ALSA学习(5)——ASoC架构中的Machine

参考博客:https://blog.youkuaiyun.com/DroidPhone/article/details/7231605
(以下内容皆为原博客转载)

一、注册Platform Device

ASoC把声卡注册为Platform Device,我们以装配有WM8994的一款Samsung的开发板SMDK为例子做说明,WM8994是一颗Wolfson生产的多功能Codec芯片。
代码的位于:/sound/soc/samsung/smdk_wm8994.c,我们关注模块的初始化函数:

static int __init smdk_audio_init(void)
{
   
   
	int ret;
 
	smdk_snd_device = platform_device_alloc("soc-audio", -1);
	if (!smdk_snd_device)
		return -ENOMEM;
	platform_set_drvdata(smdk_snd_device, &smdk);
	ret = platform_device_add(smdk_snd_device);
	if (ret)
		platform_device_put(smdk_snd_device);

	return ret;
}

由此可见,模块初始化时,注册了一个名为soc-audio的Platform设备,同时把smdk设到platform_device结构的dev.drvdata字段中,这里引出了第一个数据结构snd_soc_card的实例smdk,他的定义如下:

static struct snd_soc_dai_link smdk_dai[] = {
   
   
	{
   
    /* Primary DAI i/f */
		.name = "WM8994 AIF1",
		.stream_name = "Pri_Dai",
		.cpu_dai_name = "samsung-i2s.0",
		.codec_dai_name = "wm8994-aif1",
		.platform_name = "samsung-audio",
		.codec_name = "wm8994-codec",
		.init = smdk_wm8994_init_paiftx,
		.ops = &smdk_ops,
	}, {
   
    /* Sec_Fifo Playback i/f */
		.name = "Sec_FIFO TX",
		.stream_name = "Sec_Dai",
		.cpu_dai_name = "samsung-i2s.4",
		.codec_dai_name = "wm8994-aif1",
		.platform_name = "samsung-audio",
		.codec_name = "wm8994-codec",
		.ops = &smdk_ops,
	},
};
 
static struct snd_soc_card smdk = {
   
   
	.name = "SMDK-I2S",
	.owner = THIS_MODULE,
	.dai_link = smdk_dai,
	.num_links = ARRAY_SIZE(smdk_dai),
};

通过snd_soc_card结构,又引出了Machine驱动的另外两个个数据结构:
snd_soc_dai_link(实例:smdk_dai[] )
snd_soc_ops(实例:smdk_ops )
其中,snd_soc_dai_link中,指定了Platform、Codec、codec_dai、cpu_dai的名字,稍后Machine驱动将会利用这些名字去匹配已经在系统中注册的platform,codec,dai,这些注册的部件都是在另外相应的Platform驱动和Codec驱动的代码文件中定义的,这样看来,Machine驱动的设备初始化代码无非就是选择合适Platform和Codec以及dai,用他们填充以上几个数据结构,然后注册Platform设备即可。当然还要实现连接Platform和Codec的dai_link对应的ops实现,本例就是smdk_ops,它只实现了hw_params函数:smdk_hw_params

二、注册Platform Driver

按照Linux的设备模型,有platform_device,就一定会有platform_driver。ASoC的platform_driver在以下文件中定义:sound/soc/soc-core.c。

还是先从模块的入口看起:

static int __init snd_soc_init(void)
<think>嗯,用户这次问的是Android音频驱动中PA的物理含义和作用,这是个很专业的嵌入式系统问题。从用户引用的资料来看,ta应该是有一定Linux内核和驱动开发基础的,特别是引用[2]详细讨论了ASoC框架的machine驱动,说明用户对音频子系统架构有研究需求。 用户可能正在调试Android设备的音频问题,或者在学习音频驱动开发。ta特意强调要“物理层面”的解释,说明需要硬件相关的具体实现细节,而不仅仅是抽象概念。结合之前翻译的蓝牙SCO术语,用户的工作似乎涉及蓝牙音频和底层驱动的整合。 关于PA(Power Amplifier),在Android音频驱动中确实是个关键但少有人细说的组件。需要从三个层面解释: 1. 物理实体:实际是PCB上的功放芯片,比如TI的TAS2563或Qualcomm的WSA881x,通常靠近扬声器接口布局 2. 驱动控制:通过I2C/SPI总线发送增益参数,由GPIO控制使能引脚 3. 系统集成:ALSA控件会暴露“HPOUT Power Enable”这样的开关 特别要注意用户引用[2]提到的machine驱动作用——这正是PA控制逻辑的归属层。比如高通平台会在msm-pcm-routing.c中配置PA的DAPM(动态音频电源管理)路径。 用户可能遇到的真实问题是:插入耳机后外放仍在响,这就是PA状态切换失败的表现。需要检查machine驱动中HPH_EN和LDO_SPKR的GPIO映射是否正确。 值得展开的是PA的电源管理特性:现代Class D功放有低于1μA的待机电流,驱动里会通过regulator_set_load()设置不同功率状态。这在用户引用的传感器低功耗场景(引用[3])有相似设计思想。</think>在Android音频驱动中,**PA(Power Amplifier,功率放大器)** 指物理硬件层面的音频功率放大电路,其核心作用是将低功率音频信号放大至可驱动扬声器/听筒的功率级别。以下是分层解析: --- ### 一、物理本质与硬件定位 1. **实体芯片** PA是独立的模拟电路芯片(如TI的TAS2563、Qualcomm的WSA881x),通常位于: - 手机主板音频编解码器(Codec)输出端 - 与扬声器/听筒之间的物理电路上 $$ \text{Codec} \xrightarrow{\text{I²S/PCM}} \text{PA} \xrightarrow{\text{模拟信号}} \text{Speaker} $$ 2. **电气特性** - 输入:接收Codec输出的**低功率模拟信号**(通常<100mW) - 输出:驱动扬声器的**高功率信号**(0.5W~3W,峰值可达5W) - 关键参数:信噪比(SNR)>100dB,总谐波失真(THD)<0.1% --- ### 二、在Android音频驱动中的作用 1. **信号放大控制** - 通过**GPIO/I²C总线**接收驱动指令(如`audio_pa_ctrl`) - 动态调节增益(20dB~36dB)以适应不同场景[^1] ```c // 内核驱动典型控制逻辑(简化) static void pa_enable(bool on) { gpio_set_value(PA_GPIO_PIN, on); // 使能PA电源 i2c_write(PA_I2C_ADDR, GAIN_REG, on ? 0x1F : 0x00); // 设置增益 } ``` 2. **电源与功耗管理** - **动态关断**:通话结束瞬间关闭PA电源(节省~30mA电流) - **爆音抑制**:在启停时插入淡入淡出曲线(见下图时序) $$ \text{Enable} \xrightarrow{t=5\text{ms}} \text{Ramp Up} \xrightarrow{t=10\text{ms}} \text{Full Power} $$ 3. **保护机制** - 温度监测:超过85°C触发降功率 - 短路保护:输出级实时电流检测 --- ### 三、与Android音频框架的集成 在ASoC框架中,PA作为**Machine Driver**的受控组件(参考用户引用[2]): ```mermaid graph LR A[用户空间APP] --> B[ALSA] B --> C[PCM接口] C --> D[Platform Driver] D --> E[Machine Driver] E -->|GPIO/I²C| F[PA芯片] E -->|I²S| G[Codec] G --> F F --> H[扬声器] ``` 1. **DAPM(动态音频电源管理)** Machine驱动通过定义`SND_SOC_DAPM_SPK("Speaker", pa_enable)`将PA纳入电源状态机[^2] 2. **设备树配置示例** ```dts // msm8976.dtsi片段 pa: power_amp { compatible = "ti,tas2563"; reg = <0x4c>; // I²C地址 enable-gpios = <&tlmm 62 GPIO_ACTIVE_HIGH>; vdd-supply = <&vreg_pa_5v>; }; ``` --- ### 四、典型问题与调试 1. **无音频输出** - 检查`/sys/kernel/debug/asoc/msm8976-pa/`下的寄存器值 - 测量PA供电引脚电压(通常3.3V/5V) 2. **音频失真** - 示波器观察PA输出波形削顶(过驱动) - 降低驱动设置的增益值`GAIN_REG` --- ### 相关问题 1. PA的Class D与Class AB放大架构在移动设备中有何优劣? 2. Android如何通过HAL层控制PA的能效模式? 3. 如何设计PA的热保护算法避免扬声器损坏? 4. 蓝牙耳机与内置PA的协同工作流程是怎样的? [^1]: 高通音频驱动设计指南 QDAA.2021.07, Section 4.5 [^2]: Linux内核文档 Documentation/sound/soc/dapm.txt
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