Linux 音频驱动实验

最新推荐文章于 2025-11-25 19:39:08 发布

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#linux #音视频 #驱动开发

本文介绍了WM8960音频芯片的接口，包括输入、输出、数字音频接口和控制接口，详细讲解了I2S总线接口和I.MX6ULL的SAI接口。接着阐述了I.MX6ULLSAI接口的特性，并分析了硬件原理图。在驱动使能部分，详细描述了如何修改设备树以支持WM8960，以及如何在内核中使能相关驱动。最后提到了声卡设置与测试的过程，包括使用amixer和aplay进行声卡配置和音乐播放测试。

一、音频芯片及接口介绍

开发板通过此接口外接了一个 WM8960 音频 DAC 芯片，本章我们就来学习一下如何使能 WM8960 驱动，并且通过 WM8960 芯片来完成音乐播放与录音。

1、WM8960 简介
在这里插入图片描述
①、此部分是 WM8960 提供的输入接口，作为立体声音频输入源，一共提供了三路，分别为 LINPUT1/RINPUT1、LINPUT2/RINPUT2、LINPUT3/RINPUT3。麦克风或线路输入就连接到此接口上，这部分是需要硬件工程师重点关心的，因为音频选择从哪一路进入需要在画 PCB 的时候就应该定好。

②、此部分是 WM8960 的输出接口，比如输出给耳机或喇叭，SPK_LP/SPK_LN 用于连接左声道的喇叭，支持 1W 的 8Ω喇叭。SPK_RP/SPK_RN 用于连接右声道的喇叭，同样支持 1W的 8Ω喇叭，最后就是 HP_L/HP_R，用于连接耳机。

③、此部分是数字音频接口，用于和主控制器连接，有 5 根线，用于主控制器和 WM8960之间进行数据“沟通”。主控制器向 WM8960 的 DAC 发送的数据，WM8960 的 ADC 向主控制传递的数据都是通过此音频接口来完成的。这个接口非常重要，是我们驱动开发人员重点关注
的，此接口支持 I2S 格式。此接口 5 根线的作用如下：
ADCDAT：ADC 数据输出引脚，采集到的音频数据转换为数字信号以后通过此引脚传输给主控制器。
ADCLRC：ADC 数据对齐时钟，也就是帧时钟(LRCK)，用于切换左右声道数据，此信号的频率就是采样率。此引脚可以配置为 GPIO 功能，配置为 GPIO 以后 ADC 就会使用 DACLRC引脚作为帧时钟。
DACDAT：DAC 数据输入引脚，主控器通过此引脚将数字信号输入给 WM8960 的 DAC。
DACLRC：DAC 数据对齐时钟，功能和 ADCLRC 一样，都是帧时钟(LRCK)，用于切换左右声道数据，此信号的频率等于采样率。
BCLK：位时钟，用于同步。
MCLK：主时钟，WM8960 工作的时候还需要一路主时钟，此时钟由 I.MX6ULL 提供，MCLK 频率等于采样率的 256 或 384 倍，因此大家在 WM8960 的数据手册里面常看到MCLK=256fs 或 MCLK=384fs。

④、此部分为控制接口，是一个标准的 I2C 接口，WM8960 要想工作必须对其进行配置，这个 I2C 接口就是用于配置 WM8960 的。

2、I2S 总线接口

I2S 接口需要 3 根信号线(如果需要实现收和发，那么就要 4根信号线，收和发分别使用一根信号线)：

SCK：串行时钟信号，也叫做位时钟(BCLK)，音频数据的每一位数据都对应一个 SCK，立体声都是双声道的，因此 SCK=2×采样率×采样位数。比如采样率为 44.1KHz、16 位的立体声音频，那么 SCK=2×44100×16=1411200Hz=1.4112MHz。

WS：字段(声道)选择信号，也叫做 LRCK，也叫做帧时钟，用于切换左右声道数据，WS 为“1”表示正在传输左声道的数据，WS 为“0”表示正在传输右声道的数据。WS 的频率等于采样率，比如采样率为 44.1KHz 的音频，WS=44.1KHz。

SD：串行数据信号，也就是我们实际的音频数据，如果要同时实现放音和录音，那么就需要 2 根数据线，比如 WM8960 的 ADCDAT 和 DACDAT，就是分别用于录音和放音。不管音频数据是多少位的，数据的最高位都是最先传输的。数据的最高位总是出现在一帧开始后(LRCK变化)的第 2 个 SCK 脉冲处。

另外，有时候为了使音频 CODEC 芯片与主控制器之间能够更好的同步，会引入另外一个叫做 MCLK 的信号，也叫做主时钟或系统时钟，一般是采样率的 256 倍或 384 倍。

在这里插入图片描述

3、I.MX6ULL SAI 简介

I.MX6ULL 的 SAI 是一个全双工、支持帧同步的串行接口，支持 I2S、AC97、TDM 和音频DSP，SAI 主要特性如下：
①、帧最大为 32 个字。
②、字大小可选择 8bit 或 32bit。
③、每个接收和发送通道拥有 32×32bit 的 FIFO。
④、FIFO 错误以后支持平滑重启。

4、硬件原理图分析

在这里插入图片描述
①、SAI 接口一共用到了 6 根数据线，这 6 根数据线用于 I.MX6ULL 与 WM8960 之间的音频数据收发。
②、WM8960 在使用的时候需要进行配置，配置接口为 I2C，连接到了 I.MX6ULL 的 I2C2上。

二、音频驱动使能

NXP 官方已经写好了 WM8960 驱动，因此我们直接配置内核使能 WM8960 驱动即可，按照如下所示步骤使能 WM8960 驱动。

1、修改设备树

WM8960 与 I.MX6ULL 之间有两个通信接口：I2C 和SAI，因此设备树中会涉及到 I2C 和 SAI 两个设备节点。其中 I2C 用于配置 WM8960，SAI 接口用于音频数据传输，我们依次来配置一下这两个接口。

1.1、wm8960 i2c 接口设备树

如果去添加肯定是要看设备树的绑定手册，打开 Documentation/devicetree/bindings/sound/wm8960.txt，此文件仅仅用于描述如何在 I2C 节点下添加 WM8960 相关信息，此文档适用于所有的主控，不局限于 I.MX6ULL。
有 2 个必要的属性：

compatible：兼容属性，属性值要设置为“wlf,wm8960”。所以大家在 linux 内核里面全局搜索“wlf,wm8960”的话就会找到WM8960的I2C驱动文件，此文件为sound/soc/codecs/wm8960.c。

reg：设置 WM8960 的 I2C 地址，在正点原子的 ALPHA 开发板中 WM8960 的 I2C 地址为0X1A。
还要几个其他的可选属性：

wlf,shared-lrclk：这是一个 bool 类型的属性，如果添加了此属性，WM8960 的 R24 寄存器的 LRCM 位(bit2)就会置 1。当 LRCM 为 1 的时候只有当 ADC 和 DAC 全部关闭以后 ADCLRC和 DACLRC 时钟才会关闭。

wlf,capless：这也是一个 bool 类型的属性，如果添加了此属性，OUT3 引脚将会使能，并且为了响应耳机插入响应事件，HP_L 和 HP_R 这两个引脚都会关闭。

打开 imx6ull-alientek-emmc.dts，找到名为“i2c2”的节点，此节点下都是连接到 I2C2 总线上的设备，其中就包括了 wm8960，wm8960 节点信息如下所示：

codec: wm8960@1a {
   
   
	compatible = "wlf,wm8960";
	
	reg = <0x1a>;
	clocks = <&clks IMX6UL_CLK_SAI2>;
	clock-names = "mclk";
	wlf,shared-lrclk;
};