android soundrecorder之一 linux alsa 音频架构

转载请标注原文地址：http://blog.youkuaiyun.com/uranus_wm/article/details/11595647

平台配置：samsung exynos4412 + wm8994（wolfson audio codec） + lsu6300v（龙尚wcdma modem）

半年前调试wm8994语音通话和录音功能时，参考了droidphone和spenic两位博友的帖子

他们对linux alsa架构有深入的了解，帖子也写得比较详细，可惜对于新手上手调试还是碰到很多问题不理解，特别是调试手段方面

在此我将自己的调试过程做个备忘录，也希望对广大苦逼的程序猿有所帮助，难免有错，还望不吝指出：

这篇文章主要介绍linux alsa的数据结构和初始化过程

后面一篇文章重点介绍soundrecord的控制和数据流程

1.说明下demo板的音频系统框图：

3G音频接口PCM直接与codec相连，通话时音频数据走向和AP没有关闭，通话录音除外

2. 介绍下注册一个alsa类型声卡涉及到的几个paltform_device和关键数据结构的系统框图：

注册声卡，文件位置：/sound/soc/samsung/smdk_wm8994.c

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1. static struct snd_soc_dai_link smdk_dai[] = { 
2.     { /* Primary DAI i/f */ 
3.         .name = "WM8994 AIF1", 
4.         .stream_name = "Pri_Dai", 
5.         .cpu_dai_name = "samsung-i2s.0", 
6.         .codec_dai_name = "wm8994-aif1", 
7.         .platform_name = "samsung-audio", 
8.         .codec_name = "wm8994-codec", 
9.         .init = smdk_wm8994_init_paiftx, 
10.         .ops = &smdk_ops, 
11.     }, { /* Sec_Fifo DAI i/f */ 
12.         .name = "Sec_FIFO TX", 
13.         .stream_name = "Sec_Dai", 
14.         .cpu_dai_name = "samsung-i2s.4", 
15.         .codec_dai_name = "wm8994-aif1", 
16. #if defined(CONFIG_SND_SAMSUNG_NORMAL) || defined(CONFIG_SND_SAMSUNG_RP) 
17.         .platform_name = "samsung-audio", 
18. #else 
19.         .platform_name = "samsung-audio-idma", 
20. #endif 
21.         .codec_name = "wm8994-codec", 
22.         .init = smdk_wm8994_init_paiftx, 
23.         .ops = &smdk_ops, 
24.     },  { /* Second DAI i/f */ 
25.         .name = "WM8994 AIF2", 
26.         .stream_name = "Voice_Dai", 
27.         .cpu_dai_name = "smdk-voice-dai", 
28.         .codec_dai_name = "wm8994-aif2", 
29.         .platform_name = "snd-soc-dummy", 
30.         .codec_name = "wm8994-codec", 
31.         .init = smdk_wm8994_init_paiftx, 
32.         .ops = &smdk_voice_ops, 
33.     } 
34.      
35. }; 
36.  
37. static struct snd_soc_card smdk = { 
38.     .name = "SMDK-WM8994", 
39.     .dai_link = smdk_dai, 
40.     .num_links = ARRAY_SIZE(smdk_dai), 
41. }; 

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 DAI i/f */
		.name = "Sec_FIFO TX",
		.stream_name = "Sec_Dai",
		.cpu_dai_name = "samsung-i2s.4",
		.codec_dai_name = "wm8994-aif1",
#if defined(CONFIG_SND_SAMSUNG_NORMAL) || defined(CONFIG_SND_SAMSUNG_RP)
		.platform_name = "samsung-audio",
#else
		.platform_name = "samsung-audio-idma",
#endif
		.codec_name = "wm8994-codec",
		.init = smdk_wm8994_init_paiftx,
		.ops = &smdk_ops,
	},	{ /* Second DAI i/f */
		.name = "WM8994 AIF2",
		.stream_name = "Voice_Dai",
		.cpu_dai_name = "smdk-voice-dai",
		.codec_dai_name = "wm8994-aif2",
		.platform_name = "snd-soc-dummy",
		.codec_name = "wm8994-codec",
		.init = smdk_wm8994_init_paiftx,
		.ops = &smdk_voice_ops,
	}
    
};

static struct snd_soc_card smdk = {
	.name = "SMDK-WM8994",
	.dai_link = smdk_dai,
	.num_links = ARRAY_SIZE(smdk_dai),
};

BSP初始化的时候，注册了一个名为"soc-audio"的平台设备，该设备有一个私有数据结构体snd_soc_dai_link

本例中smdk_dai总共有三个dai_link，具体说明一下：

前两个dai_link分别是Primary DAI和Sec_Fifo DAI在物理层上其实都是exynos4412的I2S0与wm8994的aif1相连接

只不过软件上用了多路复用，表示层两个dai_link。作用在4412这边Sec_Fifo DAI即"samsung-i2s.4"这个虚拟端口支持更高的采样率

但它只能用于playback，不能用于capture；因此soundrecord只能用Primary DAI。另外Sec_Fifo DAI在使用dma时用的是idma，

即snd_dma_buffer来自于iram。

第三个dai_link是用于电话语音，物理层上由codec wm8994的aif2与lsu6300v的pcm接口相连

再说明下snd_soc_dai_link的结构体成员：

.name = "WM8994 AIF2"指定dai_link的名字，可以随便取

.stream_name = "Voice_Dai"指定cpu侧stream名称，可以随便取

.cpu_dai_name = "smdk-voice-dai" 指定与codec_dai对应连接的cpu_dai的名字，本例中我们必须为lsu6300v声明注册一个cpu_dai，如：

[cpp] view plain copy print ?

1.    { 
2.     .name = "smdk-voice-dai", 
3.     .id = 3, 
4.     .playback = { 
5.         .channels_min = 1, 
6.         .channels_max = 2, 
7.         .rates = WM8994_RATES, 
8.         .formats = WM8994_FORMATS, 
9.         //.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000, 
10.         //.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE, 
11.     }, 
12.     .capture = { 
13.         .channels_min = 1, 
14.         .channels_max = 2, 
15.         .rates = WM8994_RATES, 
16.         .formats = WM8994_FORMATS, 
17.         //.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000, 
18.         //.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE, 
19.     }, 
20.     .ops = &smdk_voice_dai_ops, 
21. }, 

    {
		.name = "smdk-voice-dai",
		.id = 3,
		.playback = {
			.channels_min = 1,
			.channels_max = 2,
			.rates = WM8994_RATES,
			.formats = WM8994_FORMATS,
			//.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000,
			//.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE,
		},
		.capture = {
			.channels_min = 1,
			.channels_max = 2,
			.rates = WM8994_RATES,
			.formats = WM8994_FORMATS,
			//.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000,
			//.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE,
		},
		.ops = &smdk_voice_dai_ops,
	},

由于lsu630v和4412本身没有关联，注册cpu_dai完全是为了满足alsa的需要，所以注册的位置随便放在哪里都可以，如"snd-soc-dummy"设备里，甚至可以放在wm8994注册的dai之后。

.codec_dai_name = "wm8994-aif2" 指定用哪个codec_dai，名字必须与codec里面注册的dai name相同

.platform_name = "snd-soc-dummy"指定cpu lsu6300v的platform，可以不写默认用的就是"snd-soc-dummy"这个虚拟设备，但最好另写一个，因为后面注册snd_pcm_hardware时需要用到这个设备

.codec_name = "wm8994-codec"：指定codec的名称，需与wm8994注册的名字一样

.init = smdk_wm8994_init_paiftx：指定初始化函数，open此dai_link时会调用此函数，主要用来开启关闭一些dapm pin

.ops = &smdk_voice_ops：指定此dai_link的操作函数open此dai_link时会调用这类函数

再说明一下框图中的snd_soc_pcm_runtime和snd_pcm_hardware：

整个soc_core都是以snd_soc_pcm_runtime为桥梁来操作，可以这么理解：每一个物理连接对应一个或多个dai_link

每个dai_link对应一个snd_pcm_hardware设备，而snd_soc_pcm_runtime就是这个设备的驱动私有数据，snd_soc_pcm_runtime包含一个snd_pcm成员

snd_pcm才是真正保存音频数据的结构体，其成员stream内部有多个substream分别用于playback和capture

因此我们在增加dai_link时一定要注意注册snd_pcm_hardware。

[cpp] view plain copy print ?

1. static const struct snd_pcm_hardware dummy_dma_hardware = { 
2.     .formats        = 0xffffffff, 
3.     .channels_min       = 1, 
4.     .channels_max       = UINT_MAX, 
5.  
6.     /* Random values to keep userspace happy when checking constraints */ 
7.     .info           = SNDRV_PCM_INFO_INTERLEAVED | 
8.                   SNDRV_PCM_INFO_BLOCK_TRANSFER, 
9.     .buffer_bytes_max   = 128*1024, 
10.     .period_bytes_min   = PAGE_SIZE, 
11.     .period_bytes_max   = PAGE_SIZE*2, 
12.     .periods_min        = 2, 
13.     .periods_max        = 128, 
14. }; 
15.  
16. static int dummy_dma_open(struct snd_pcm_substream *substream) 
17. { 
18.     snd_soc_set_runtime_hwparams(substream, &dummy_dma_hardware); 
19.  
20.     return 0; 
21. } 

static const struct snd_pcm_hardware dummy_dma_hardware = {
	.formats		= 0xffffffff,
	.channels_min		= 1,
	.channels_max		= UINT_MAX,

	/* Random values to keep userspace happy when checking constraints */
	.info			= SNDRV_PCM_INFO_INTERLEAVED |
				  SNDRV_PCM_INFO_BLOCK_TRANSFER,
	.buffer_bytes_max	= 128*1024,
	.period_bytes_min	= PAGE_SIZE,
	.period_bytes_max	= PAGE_SIZE*2,
	.periods_min		= 2,
	.periods_max		= 128,
};

static int dummy_dma_open(struct snd_pcm_substream *substream)
{
	snd_soc_set_runtime_hwparams(substream, &dummy_dma_hardware);

	return 0;
}

说到snd_pcm_hardware这个结构体，后面讲alsa init的时候还要讲到这个结构体的用途

3.linux alsa初始化流程，先看图：

从1到5是设备的probe过程：

1:dma_probe,由于soundrecorder用到dma，所以其platform其实就是dma，常用的是arm的pl330

2:snd_soc_dummy_probe,由于语音通话的platform是3G模块，它和4412没有连接，所以用了一个dummy设备作为platform

8:snd_soc_dapm_add_route,关于dapm有必要专门一章介绍，这里不做详述

10:soc_new_pcm之后才是alsa初始化的关键：

• 创建pcm device
• 为capture和playback创建substream
• 设置操作函数snd_pcm_ops
• dma_new时分配snd_dma_buffer，录音时dma控制器会从i2s的rx_fifo中拷贝数据到这个buffer，然后hal层通过iotcl请求数据时，回调用copy_to_user将音频数据拷贝到用户空间。buffer中area是mmap之后的虚地址，addr是对应物理地址，dma需要访问物理地址，而应用访问的是虚地址。

12:probe_dai_link，这里会创建设备节点/dev/snd/pcmCxDxp，Cx表示系统第几个codec，Dx表示第几个dai_link，最有一个字母p表示playback，c表示cpature

android HAL层通过tinyalsa访问这些设备节点，以实现和codec的数据通信。

至此alsa init过程基本完成，录音的实现请看下面一篇文章！

http://blog.youkuaiyun.com/uranus_wm/article/details/12748559

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