Linux 音频子系统分析4_alsa platform codec machine-优快云博客

Linux 音频子系统分析4（基于Linux6.6）---ALSA Machine介绍

一、概述

ASoC被分为Machine、Platform和Codec三大部分，其中Machine驱动负责Platform和Codec之间的耦合以及部分和设备或板子特定的代码。

1.1、Machine 的概述

ASoC 中的 Machine 层主要负责以下功能：

硬件设备的管理：
- Machine 层为音频硬件系统提供一个抽象层，用于配置和管理平台硬件（Platform）和音频编解码器（Codec）之间的关系。
- 它描述了如何将具体的硬件设备（如 DAC、ADC、扬声器、麦克风等）连接到音频处理链上。
音频数据流的控制：
- 在 Machine 层中，音频数据流的传输和处理路径通常由Platform层的驱动与Codec驱动的接口决定。Machine 负责在它们之间建立和管理音频流的路径。
- 这包括从音频源到音频目标的信号流动，例如从一个麦克风传输到音频解码器，然后再到扬声器。
接口的配置和绑定：
- Machine 层负责将 Platform 和 Codec 层的接口进行配置和绑定，确保数据可以正确地从硬件平台流向音频编解码器，或反向操作。
- 它包含音频硬件的相关配置信息，例如采样率、时钟源等。
支持音频播放和录制：
- 在 Machine 中，开发者可以定义音频播放和录制的策略。例如，指定数据流的方向、音频通道的数量、以及是否需要进行音量控制等。

1.2、Machine 的构成

通常，一个 ASoC Machine 驱动会通过以下方式来定义其结构：

snd_soc_machine：
- 这是一个核心结构体，它定义了机器设备的基本操作接口，诸如音频设备的初始化、音频流的启动和停止等。
snd_soc_card：
- snd_soc_card 是 Machine 驱动的核心结构之一，表示一个具体的音频硬件卡（即整个音频硬件系统）。它包括音频编解码器、平台、控制接口等配置，负责管理音频设备的整体功能。
音频设备初始化：
- Machine 驱动会通过注册平台设备和 Codec 设备来初始化音频系统。它定义了如何将平台设备和编解码器结合在一起，并通过设置音频处理流程来完成音频输入输出。
音频控制接口：
- Machine 层中可能包含一些音频控制接口，例如音量调节、静音控制等。通过这些控制接口，开发者可以在应用程序中与音频硬件进行交互。

1.3、硬件设计

数据流向：

当需要发出声音信号的时候，数据从内存通过系统总线进入soc的I2S模块，I2S模块再把数据发送到UDA1341，然后通过扬声器输出；
当需要接收声音信号的时候，数据从外界通过声音采集设备，进入UDA1341，然后I2S模块，最后通过系统总线传输到内存。

1.2 代码分析

arch/arm/mach-s3c/mach-mini2440.c

platform_device：

static struct platform_device mini2440_audio = {
	.name		= "s3c24xx_uda134x",
	.id		= 0,
	.dev		= {
		.platform_data	= &mini2440_audio_pins,
	},
};

sound/soc/samsung/s3c24xx_uda134x.c

platform_driver：

static struct platform_driver s3c24xx_uda134x_driver = {
	.probe  = s3c24xx_uda134x_probe,
	.driver = {
		.name = "s3c24xx_uda134x",
	},
};
module_platform_driver(s3c24xx_uda134x_driver);

sound/soc/samsung/s3c24xx_uda134x.c

匹配成功后，调用probe函数：

static int s3c24xx_uda134x_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct snd_soc_card *card = &snd_soc_s3c24xx_uda134x;
	struct s3c24xx_uda134x *priv;
	int ret;

	priv = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*priv), GFP_KERNEL);
	if (!priv)
		return -ENOMEM;

	mutex_init(&priv->clk_lock);

	card->dev = &pdev->dev;
	snd_soc_card_set_drvdata(card, priv);

	ret = devm_snd_soc_register_card(&pdev->dev, card);

	return ret;
}

函数实现：

初始化struct snd_soc_card *card = &snd_soc_s3c24xx_uda134x;
注册devm_snd_soc_register_card(&pdev->dev, card);

二、snd_soc_card 结构体初始化：

/* 创建并配置一个 snd_soc_card 结构体 */
static struct snd_soc_card snd_soc_s3c24xx_uda134x = {
	.name = "S3C24XX_UDA134X",
	.owner = THIS_MODULE,
	.dai_link = &s3c24xx_uda134x_dai_link,
	.num_links = 1,
};

static struct snd_soc_dai_link s3c24xx_uda134x_dai_link = {
	.name = "UDA134X",
	.stream_name = "UDA134X",
	.codec_name = "uda134x-codec",						//根据codec_name知道用哪一个编解码芯片
	.codec_dai_name = "uda134x-hifi",					//codec_dai_name表示codec芯片里的哪一个接口，有些编解码芯片有多个接口
	.cpu_dai_name = "s3c24xx-iis",						//cpu_dai_name表示2440那一侧的dai接口（IIs接口），
	.ops = &s3c24xx_uda134x_ops,
	.platform_name	= "samsung-audio",					//platform_name表示DMA 
};

static struct snd_soc_ops s3c24xx_uda134x_ops = {
	.startup = s3c24xx_uda134x_startup,
	.shutdown = s3c24xx_uda134x_shutdown,
	.hw_params = s3c24xx_uda134x_hw_params,
};

通过snd_soc_card结构，又引出了Machine驱动的另外两个数据结构：

snd_soc_dai_link：dai_link结构就是用作连接platform和codec的，指明到底用那个codec，那个platfrom。（实例：s3c24xx_uda134x_dai_link）
snd_soc_ops（实例：s3c24xx_uda134x_ops）

其中snd_soc_dai_link，指定了Platform、Codec、codec_dai、cpu_dai的名字，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，用它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，

`2.1、s3c24xx_uda134x_ops` 结构体的例子

在 s3c24xx_uda134x_ops 中，通常会包含以下几个关键操作函数：

set_fmt：设置数据格式，例如选择是否是 I2S、左对齐还是右对齐。
set_clkdiv：设置时钟分频器，用于控制音频数据的时钟频率。
start 和 stop：控制音频数据流的启动和停止。

例子：

/* UDA134x 编解码器的 DAI 操作结构体 */
static const struct snd_soc_dai_ops s3c24xx_uda134x_ops = {
    /* 设置数据格式 */
    .set_fmt = s3c24xx_uda134x_set_fmt,
    
    /* 设置时钟分频器 */
    .set_clkdiv = s3c24xx_uda134x_set_clkdiv,

    /* 启动音频传输 */
    .startup = s3c24xx_uda134x_startup,
    
    /* 停止音频传输 */
    .shutdown = s3c24xx_uda134x_shutdown,
};

/* 设置音频数据格式 */
static int s3c24xx_uda134x_set_fmt(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int fmt)
{
    /* 根据传入的 fmt 设置音频编解码器的数据格式 */
    switch (fmt & SND_SOC_DAIFMT_FORMAT_MASK) {
        case SND_SOC_DAIFMT_I2S:
            /* 配置为 I2S 格式 */
            break;
        case SND_SOC_DAIFMT_LEFT_J:
            /* 配置为左对齐格式 */
            break;
        case SND_SOC_DAIFMT_RIGHT_J:
            /* 配置为右对齐格式 */
            break;
        default:
            return -EINVAL;
    }
    return 0;
}

/* 设置时钟分频器 */
static int s3c24xx_uda134x_set_clkdiv(struct snd_soc_dai *dai, int div)
{
    /* 设置时钟分频器 */
    /* 例如，配置 UDA134X 编解码器的时钟 */
    return 0;
}

/* 启动音频传输 */
static int s3c24xx_uda134x_startup(struct snd_pcm_substream *substream,
                                    struct snd_soc_dai *dai)
{
    /* 启动音频流，准备编解码器 */
    return 0;
}

/* 停止音频传输 */
static void s3c24xx_uda134x_shutdown(struct snd_pcm_substream *substream,
                                      struct snd_soc_dai *dai)
{
    /* 停止音频流 */
}

结构体说明

s3c24xx_uda134x_ops：这是一个 snd_soc_dai_ops 结构体，它定义了与 UDA134X 音频编解码器相关的操作函数，包括设置音频格式、时钟设置、启动和停止音频流的功能。
set_fmt：设置音频数据流的格式，例如 I2S 格式、左对齐或右对齐等。
set_clkdiv：设置时钟分频器，调整音频数据流的时钟频率。
startup 和 shutdown：控制音频流的启动与停止，这通常在硬件初始化和音频流停止时调用。

`2.2、s3c24xx_uda134x_dai_link` 示例

假设我们需要创建一个包含 S3C24XX SoC 和 UDA134X 音频编解码器之间的 DAI 链接结构体。我们可以在驱动程序中定义一个 snd_soc_dai_link 类型的数组，这样操作系统就能知道如何连接音频硬件。

以下是一个具体的示例代码，展示了如何定义 s3c24xx_uda134x_dai_link 以及如何配置它：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <sound/soc.h>
#include <sound/pcm.h>

static struct snd_soc_dai_link s3c24xx_uda134x_dai_link[] = {
    {
        /* 设置平台设备名称 */
        .name = "UDA134x",  /* 链接名称 */
        .stream_name = "Playback",  /* 流名称，播放或录制 */
        
        /* 连接的 DAI（数字音频接口）设备 */
        .cpu_dai = &s3c24xx_cpu_dai,  /* SoC 的 DAI */
        .codec_dai = &uda134x_dai,    /* 编解码器的 DAI */
        
        /* 设置连接的音频编解码器 */
        .codec = &uda134x_codec,  /* 选择音频编解码器 */
        
        /* 音频流配置 */
        .platform = &s3c24xx_platform,  /* 所属平台 */
        .init = s3c24xx_uda134x_dai_init,  /* 初始化操作 */
    },
};

static int s3c24xx_uda134x_dai_init(struct snd_soc_pcm_runtime *rtd)
{
    /* 编解码器初始化 */
    pr_info("Initializing UDA134x DAI link\n");
    return 0;
}

static struct snd_soc_card s3c24xx_uda134x_soc_card = {
    .name = "S3C24XX-UDA134X",  /* 声卡名称 */
    .dai_link = s3c24xx_uda134x_dai_link,  /* DAI 链接 */
    .num_links = ARRAY_SIZE(s3c24xx_uda134x_dai_link),  /* 链接数量 */
};

static int __init s3c24xx_uda134x_init(void)
{
    int ret;
    
    /* 注册 ALSA 音频设备 */
    ret = snd_soc_register_card(&s3c24xx_uda134x_soc_card);
    if (ret) {
        pr_err("Failed to register card\n");
        return ret;
    }
    
    pr_info("S3C24XX UDA134X driver initialized\n");
    return 0;
}

static void __exit s3c24xx_uda134x_exit(void)
{
    snd_soc_unregister_card(&s3c24xx_uda134x_soc_card);
    pr_info("S3C24XX UDA134X driver exited\n");
}

module_init(s3c24xx_uda134x_init);
module_exit(s3c24xx_uda134x_exit);

MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("S3C24XX UDA134X ALSA ASoC Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

解释代码

s3c24xx_uda134x_dai_link:
- 这是一个 snd_soc_dai_link 类型的数组，每个元素表示一个音频数据接口（DAI）链路。在这个例子中，定义了一个链路，用于连接 S3C24XX SoC 和 UDA134X 编解码器。
- .name 设置了链路的名称，这里是 "UDA134x"。
- .stream_name 指定音频流的名称，通常为 "Playback" 或 "Capture"，取决于流的方向。
- .cpu_dai 和 .codec_dai 分别指定了与 SoC 和编解码器对应的 DAI（数字音频接口）。&s3c24xx_cpu_dai 和 &uda134x_dai 是相应的 DAI 结构体，通常在驱动的其他部分定义。
- .codec 和 .platform 分别指定了编解码器设备和平台设备。这里假设 uda134x_codec 和 s3c24xx_platform 分别是已初始化的设备对象。
- .init 定义了一个初始化回调函数，该函数会在音频链路初始化时调用。
s3c24xx_uda134x_dai_init:
- 这是初始化音频 DAI 链接的回调函数，在音频流的初始化阶段调用，通常用于设置音频硬件的配置。
- 在此示例中，它只是输出日志信息。
s3c24xx_uda134x_soc_card:
- 这是一个 snd_soc_card 结构体，表示声卡配置。它包含了 DAI 链接和设备信息。
- .dai_link 和 .num_links 分别指定了 DAI 链接数组和数组大小。
s3c24xx_uda134x_init 和 s3c24xx_uda134x_exit:
- 这两个函数分别在模块加载和卸载时调用。s3c24xx_uda134x_init 会注册音频设备，而 s3c24xx_uda134x_exit 则会注销音频设备。