Linux 音频子系统分析5

原创于 2024-12-25 14:25:32 发布 · 1.1k 阅读

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Linux 音频子系统分析5（基于Linux6.6）---ALSA platform介绍

一、概述

在Platform部分，主要是平台相关的DMA操作和音频管理。流程是先将音频数据从内存通过DMA方式传输到CPU侧的dai接口，然后通过CPU的dai接口(通过I2S总线)将数据送达到Codec中，数据会在Codec侧进行解码操作，最终输出到耳机/音箱中。下图作为参考：

Platform驱动的主要作用是完成音频数据的管理，最终通过CPU的数字音频接口（DAI）把音频数据传送给Codec进行处理，最终由Codec输出驱动耳机或者是喇叭的音信信号。

在具体实现上，ASoC把Platform驱动分为两个部分：

snd_soc_dai_driver - 代表cpu侧的dai驱动，其中包括dai的配置(音频格式，clock，音量等)。
snd_soc_platform_driver - 代表平台使用的dma驱动，主要是数据的传输等。

其中，snd_soc_platform_driver负责管理音频数据，把音频数据通过dma或其他操作传送至cpu dai中，snd_soc_dai_driver则主要完成cpu一侧的dai的参数配置，同时也会通过一定的途径把必要的dma等参数与snd_soc_platform_driver进行交互。

1. Platform的概述

Platform 是 ASoC 中的一个核心概念，代表了与特定硬件平台或处理器（如 SoC，System on Chip）相关的音频硬件接口。它主要处理的是音频硬件与平台的连接、管理以及资源的配置。在 ASoC 的架构中，Platform 负责实现音频数据接口（DAI，Digital Audio Interface）与硬件的交互，它与 SoC 上的音频相关硬件模块进行紧密结合。

通常，Platform 涉及以下几个关键点：

音频硬件接口（DAI）管理：平台负责配置和控制与 SoC 上音频硬件（如音频处理器、音频 I/O 设备等）相关的接口。
资源分配和控制：平台负责分配和管理 SoC 中的音频硬件资源，比如时钟、复位、DMA（Direct Memory Access）等。它确保音频数据流正确传输并得到合理的资源支持。
系统与设备之间的桥梁：Platform 作为 Machine 和 Codec 之间的桥梁，管理从硬件平台到音频编解码器（Codec）的数据流。它负责确保平台上的音频数据正确地传递到音频编解码器，或从编解码器传输回平台。

2. Platform的结构

在 ASoC 中，platform 主要通过一个叫做 snd_soc_platform 的结构来进行描述。这个结构主要包含了与平台相关的设备信息和操作函数。

例如，snd_soc_platform 结构体中包含了如下字段：

platform_ops：指向包含平台相关操作的结构体（如配置时钟、复位、DMA、音频传输等）。
name：平台的名称。
dev：指向平台设备的指针，用于获取与该平台相关的设备资源（如时钟、复位控制等）。

3. Platform与Machine和Codec的关系

在 ASoC 中，Platform 是 Machine 和 Codec 之间的桥梁，它充当了一个中介角色，协调两个组件之间的交互：

Machine：代表的是整个音频系统的整体结构，它包括音频编解码器和平台的配置。Machine 通常会定义整个音频设备的架构，包括音频编解码器（Codec）和与平台相关的音频接口（DAI）链接。
Platform：平台与具体的硬件接口密切相关，管理音频硬件资源，配置音频数据的传输和处理。平台需要保证时钟、复位等资源的配置，使得音频数据流可以顺畅地传递。
Codec：音频编解码器负责实际的音频数据处理（例如模拟到数字转换、数字到模拟转换等），并提供与平台的音频接口连接。

通过 snd_soc_dai_link 结构，Platform、Machine 和 Codec 会协同工作，保证音频数据从平台到编解码器的正确传输，或者反向传输。

4. Platform的主要功能

时钟控制（Clock Control）：在音频数据的传输过程中，时钟同步是至关重要的。Platform 负责时钟的配置与管理，确保所有音频数据流在适当的时钟同步下运行。
复位控制（Reset Control）：平台负责音频硬件模块的复位，确保硬件在启动或恢复过程中处于正确的状态。
DMA 管理（DMA Management）：许多音频平台会使用 DMA 来高效地传输音频数据。Platform 负责配置和管理 DMA 控制器，将音频数据从内存传输到音频编解码器，或反向传输数据。
设备树和硬件资源配置（Device Tree and Hardware Resource Configuration）：在一些基于设备树的系统中，Platform 还负责从设备树中解析硬件配置信息，并根据这些配置来初始化音频硬件资源（如 GPIO、I2S 接口、时钟源等）。

二、Platform代码分析

2.1、platform注册

sound/soc/samsung/s3c24xx-i2s.c

platform_driver

static struct platform_driver s3c24xx_iis_driver = {
	.probe  = s3c24xx_iis_dev_probe,
	.driver = {
		.name = "s3c24xx-iis",
	},
};

arch/arm/mach-s3c/devs.c

platform_device

#ifdef CONFIG_PLAT_S3C24XX
static struct resource s3c_iis_resource[] = {
	[0] = DEFINE_RES_MEM(S3C24XX_PA_IIS, S3C24XX_SZ_IIS),
};

struct platform_device s3c_device_iis = {
	.name		= "s3c24xx-iis",
	.id		= -1,
	.num_resources	= ARRAY_SIZE(s3c_iis_resource),
	.resource	= s3c_iis_resource,
	.dev		= {
		.dma_mask		= &samsung_device_dma_mask,
		.coherent_dma_mask	= DMA_BIT_MASK(32),
	}
};
#endif /* CONFIG_PLAT_S3C24XX */

匹配上之后，调用 s3c24xx_iis_dev_probe函数。

sound/soc/samsung/s3c24xx-i2s.c

static int s3c24xx_iis_dev_probe(struct platform_device *pdev)
{
	int ret = 0;
	struct resource *res;

	res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
	if (!res) {
		dev_err(&pdev->dev, "Can't get IO resource.\n");
		return -ENOENT;
	}
	s3c24xx_i2s.regs = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
	if (IS_ERR(s3c24xx_i2s.regs))
		return PTR_ERR(s3c24xx_i2s.regs);

	s3c24xx_i2s_pcm_stereo_out.dma_addr = res->start + S3C2410_IISFIFO;
	s3c24xx_i2s_pcm_stereo_in.dma_addr = res->start + S3C2410_IISFIFO;

	ret = devm_snd_soc_register_component(&pdev->dev,
			&s3c24xx_i2s_component, &s3c24xx_i2s_dai, 1);
	if (ret) {
		pr_err("failed to register the dai\n");
		return ret;
	}

	ret = samsung_asoc_dma_platform_register(&pdev->dev);
	if (ret)
		pr_err("failed to register the dma: %d\n", ret);

	return ret;
}

该函数主要完成：

i2s控制器的地址映射,dma的地址映射；
通过samsung_asoc_dma_platform_register注册dma相关；
通过devm_snd_soc_register_component注册一个component组件。传入的参数分别是snd_soc_component_driver和snd_soc_dai_driver。

2.2、snd_soc_dai driver驱动注册

首先通过devm_snd_soc_register_component注册一个component组件。传入的参数分别是snd_soc_component_driver和snd_soc_dai_driver，这个跟codec的dai的结构类似。

sound/soc/samsung/s3c24xx-i2s.c

static const struct snd_soc_dai_ops s3c24xx_i2s_dai_ops = {
	.trigger	= s3c24xx_i2s_trigger,
	.hw_params	= s3c24xx_i2s_hw_params,
	.set_fmt	= s3c24xx_i2s_set_fmt,
	.set_clkdiv	= s3c24xx_i2s_set_clkdiv,
	.set_sysclk	= s3c24xx_i2s_set_sysclk,
};

static struct snd_soc_dai_driver s3c24xx_i2s_dai = {
	.probe = s3c24xx_i2s_probe,
	.suspend = s3c24xx_i2s_suspend,
	.resume = s3c24xx_i2s_resume,
	.playback = {
		.channels_min = 2,
		.channels_max = 2,
		.rates = S3C24XX_I2S_RATES,
		.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S8 | SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE,},
	.capture = {
		.channels_min = 2,
		.channels_max = 2,
		.rates = S3C24XX_I2S_RATES,
		.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S8 | SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE,},
	.ops = &s3c24xx_i2s_dai_ops,
};

static const struct snd_soc_component_driver s3c24xx_i2s_component = {
	.name		= "s3c24xx-i2s",
};

snd_soc_dai_driver 该结构需要自己根据不同的soc芯片进行定义，其主要有以下几个：

probe、remove 回调函数，分别在声卡加载和卸载时被调用；
suspend、resume 电源管理回调函数；
ops 指向snd_soc_dai_ops结构，用于配置和控制该dai；
playback snd_soc_pcm_stream结构，用于指出该dai支持的声道数，码率，数据格式等能力；
capture snd_soc_pcm_stream结构，用于指出该dai支持的声道数，码率，数据格式等能力；
对于devm_snd_soc_register_component这个接口，其最终调用snd_soc_register_component这个接口。

sound/soc/soc-core.c

int snd_soc_register_component(struct device *dev,
			const struct snd_soc_component_driver *component_driver,
			struct snd_soc_dai_driver *dai_drv,
			int num_dai)
{
	struct snd_soc_component *component;
	int ret;

	component = devm_kzalloc(dev, sizeof(*component), GFP_KERNEL);
	if (!component)
		return -ENOMEM;

	ret = snd_soc_component_initialize(component, component_driver, dev);
	if (ret < 0)
		return ret;

	return snd_soc_add_component(component, dai_drv, num_dai);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(snd_soc_register_component);

此函数和snd_soc_register_codec的大体流程一致，都是初始化snd_soc_component的实例，然后注册dai，最终将注册的dai放入到component->dai_list中，然后将分配的component放入到component_list链表中。ops字段指向一个snd_soc_dai_ops结构，该结构实际上是一组回调函数的集合，dai的配置和控制几乎都是通过这些回调函数来实现的。

sound/soc/samsung/s3c24xx-i2s.c

static const struct snd_soc_dai_ops s3c24xx_i2s_dai_ops = {
	.trigger	= s3c24xx_i2s_trigger,
	.hw_params	= s3c24xx_i2s_hw_params,
	.set_fmt	= s3c24xx_i2s_set_fmt,
	.set_clkdiv	= s3c24xx_i2s_set_clkdiv,
	.set_sysclk	= s3c24xx_i2s_set_sysclk,
}

trigger:数据传送的开始，暂停，恢复和停止时，该函数会被调用。
hw_params:驱动的hw_params阶段，该函数会被调用。通常，该函数会通过snd_soc_dai_get_dma_data函数获得对应的dai的dma参数，获得的参数一般都会保存在snd_pcm_runtime结构的private_data字段。然后通过snd_pcm_set_runtime_buffer函数设置snd_pcm_runtime结构中的dma buffer的地址和大小等参数。要注意的是，该回调可能会被多次调用，具体实现时要小心处理多次申请资源的问题。
set_fmt:设置dai的格式
set_clkdiv: 设置分频系数
set_sysclk: 设置dai的主时钟

2.3、dma注册

对于DMA，首先要配置一些DMA的参数，对于该接口中，在dai的probe函数中有一个初始化dma的接口：

sound/soc/samsung/s3c24xx-i2s.c

static struct snd_dmaengine_dai_dma_data s3c24xx_i2s_pcm_stereo_out = {
	.chan_name	= "tx",
	.addr_width	= 2,
};

static struct snd_dmaengine_dai_dma_data s3c24xx_i2s_pcm_stereo_in = {
	.chan_name	= "rx",
	.addr_width	= 2,
};

snd_soc_dai_init_dma_data(dai, &s3c24xx_i2s_pcm_stereo_out,
					&s3c24xx_i2s_pcm_stereo_in);

通过该接口会将dma的channel,name,size分别配置到dai的playback和capture中；注册dma的实现，该接口中有samsung_dmaengine_pcm_config结构，是传输pcm数据平台的DMA的相关配置。比如DMA传输之前要做方向，位数，源地址，目的地址的配置。这些都是个具体平台相关的。

sound/soc/soc-generic-dmaengine-pcm.c

/**
 * snd_dmaengine_pcm_register - Register a dmaengine based PCM device
 * @dev: The parent device for the PCM device
 * @config: Platform specific PCM configuration
 * @flags: Platform specific quirks
 */
int snd_dmaengine_pcm_register(struct device *dev,
	const struct snd_dmaengine_pcm_config *config, unsigned int flags)
{
	const struct snd_soc_component_driver *driver;
	struct dmaengine_pcm *pcm;
	int ret;

	pcm = kzalloc(sizeof(*pcm), GFP_KERNEL);
	if (!pcm)
		return -ENOMEM;

#ifdef CONFIG_DEBUG_FS
	pcm->component.debugfs_prefix = "dma";
#endif
	if (!config)
		config = &snd_dmaengine_pcm_default_config;
	pcm->config = config;
	pcm->flags = flags;

	ret = dmaengine_pcm_request_chan_of(pcm, dev, config);
	if (ret)
		goto err_free_dma;

	if (config->process)
		driver = &dmaengine_pcm_component_process;
	else
		driver = &dmaengine_pcm_component;

	ret = snd_soc_component_initialize(&pcm->component, driver, dev);
	if (ret)
		goto err_free_dma;

	ret = snd_soc_add_component(&pcm->component, NULL, 0);
	if (ret)
		goto err_free_dma;

	return 0;

err_free_dma:
	dmaengine_pcm_release_chan(pcm);
	kfree(pcm);
	return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(snd_dmaengine_pcm_register);

此处分配一个dmaengine_pcm结构，然后根据传入的config和flag设置pcm。
获取dma的传输通道，根据传输的是否是半双工，设置pcm的通道。
调用snd_soc_add_component函数注册platformd到ASOC core。

sound/soc/soc-core.c

snd_soc_add_component函数：

int snd_soc_add_component(struct snd_soc_component *component,
			  struct snd_soc_dai_driver *dai_drv,
			  int num_dai)
{
	int ret;
	int i;

	mutex_lock(&client_mutex);

	if (component->driver->endianness) {
		for (i = 0; i < num_dai; i++) {
			convert_endianness_formats(&dai_drv[i].playback);
			convert_endianness_formats(&dai_drv[i].capture);
		}
	}

	ret = snd_soc_register_dais(component, dai_drv, num_dai);
	if (ret < 0) {
		dev_err(component->dev, "ASoC: Failed to register DAIs: %d\n",
			ret);
		goto err_cleanup;
	}

	if (!component->driver->write && !component->driver->read) {
		if (!component->regmap)
			component->regmap = dev_get_regmap(component->dev,
							   NULL);
		if (component->regmap)
			snd_soc_component_setup_regmap(component);
	}

	/* see for_each_component */
	list_add(&component->list, &component_list);

err_cleanup:
	if (ret < 0)
		snd_soc_del_component_unlocked(component);

	mutex_unlock(&client_mutex);

	if (ret == 0)
		snd_soc_try_rebind_card();

	return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(snd_soc_add_component);

三、举例应用

1. Platform应用举例：树莓派（Raspberry Pi）音频平台

背景

树莓派是一个流行的嵌入式平台，广泛用于各种开发和音频应用。树莓派的音频平台通常包括 I2S（Inter-IC Sound）接口、音频编解码器（Codec）和音频处理功能。Linux 内核中的 ALSA ASoC 框架被用来处理音频的流和硬件资源配置。

Platform驱动的实现

在树莓派的音频驱动中，Platform 部分主要负责与硬件平台相关的资源管理，比如配置时钟、复位控制、DMA 管理等。具体来说，树莓派会使用 bcm2835-i2s 驱动来支持 I2S 总线，而音频设备和音频编解码器的操作则由 bcm2835 平台驱动控制。

以下是一个简化的例子，展示了树莓派如何使用 Platform 处理音频硬件资源：

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

static int bcm2835_i2s_platform_probe(struct platform_device *pdev)
{
    pr_info("bcm2835 I2S platform probe\n");

    /* 在这里初始化硬件资源，例如时钟、复位、DMA等 */
    return 0;
}

static int bcm2835_i2s_platform_remove(struct platform_device *pdev)
{
    pr_info("bcm2835 I2S platform remove\n");

    /* 在这里释放硬件资源 */
    return 0;
}

static struct platform_driver bcm2835_i2s_platform_driver = {
    .driver = {
        .name = "bcm2835-i2s",
        .owner = THIS_MODULE,
    },
    .probe = bcm2835_i2s_platform_probe,
    .remove = bcm2835_i2s_platform_remove,
};

module_platform_driver(bcm2835_i2s_platform_driver);

MODULE_AUTHOR("Raspberry Pi");
MODULE_DESCRIPTION("Raspberry Pi I2S platform driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

在这个例子中：

bcm2835_i2s_platform_probe：这是树莓派 I2S 平台驱动的 probe 函数，在其中初始化与 I2S 总线相关的硬件资源，例如时钟、DMA 控制器等。
bcm2835_i2s_platform_remove：这是对应的 remove 函数，用于在卸载时清理硬件资源。

该平台驱动负责配置树莓派上的音频硬件接口，并确保正确地初始化硬件资源（如时钟、复位和 DMA）。

2. Platform应用举例：NXP i.MX SoC 音频平台

背景

NXP 的 i.MX 系列处理器广泛应用于嵌入式音频应用，这些 SoC 通常带有丰富的音频硬件接口，如 I2S、PCM、SPDIF 等。i.MX SoC 使用 ASoC 框架来支持音频硬件平台的管理，Platform 在其中负责处理硬件资源的初始化和配置。

Platform驱动的实现

在 i.MX 平台中，Platform 驱动通常与音频硬件接口（如 I2S）相关联，负责初始化和管理与音频传输相关的硬件资源。下面是一个简化的 i.MX Platform 驱动示例，展示如何管理音频硬件资源。

#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <sound/soc.h>
#include <linux/io.h>

static int imx_audio_platform_probe(struct platform_device *pdev)
{
    pr_info("i.MX audio platform probe\n");

    /* 在这里配置音频硬件资源，如时钟、复位等 */
    return 0;
}

static int imx_audio_platform_remove(struct platform_device *pdev)
{
    pr_info("i.MX audio platform remove\n");

    /* 清理资源 */
    return 0;
}

static struct platform_driver imx_audio_platform_driver = {
    .driver = {
        .name = "imx-audio-platform",
        .owner = THIS_MODULE,
    },
    .probe = imx_audio_platform_probe,
    .remove = imx_audio_platform_remove,
};

module_platform_driver(imx_audio_platform_driver);

MODULE_AUTHOR("NXP");
MODULE_DESCRIPTION("i.MX audio platform driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

在这个例子中：

imx_audio_platform_probe：用于初始化与音频硬件相关的资源，通常涉及配置时钟、复位控制、DMA 资源等。
imx_audio_platform_remove：清理硬件资源。

该驱动通过 platform_driver 启动和管理音频硬件资源，确保 i.MX 平台的音频硬件正常工作。

3. Platform应用举例：Allwinner SoC 音频平台

背景

Allwinner SoC（例如 A10、A20 等）广泛应用于低成本的嵌入式系统，这些系统通常会集成 I2S 总线、音频编解码器和其他音频接口。ASoC 框架帮助在这些 SoC 中进行音频硬件的资源管理。

Platform驱动的实现

在 Allwinner SoC 平台中，Platform 驱动与音频硬件接口（如 I2S、PCM）相结合，负责硬件资源的管理。以下是一个 Allwinner SoC 上音频平台驱动的示例。

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

static int allwinner_audio_platform_probe(struct platform_device *pdev)
{
    pr_info("Allwinner audio platform probe\n");

    /* 配置硬件资源，如时钟、复位、DMA等 */
    return 0;
}

static int allwinner_audio_platform_remove(struct platform_device *pdev)
{
    pr_info("Allwinner audio platform remove\n");

    /* 释放硬件资源 */
    return 0;
}

static struct platform_driver allwinner_audio_platform_driver = {
    .driver = {
        .name = "allwinner-audio-platform",
        .owner = THIS_MODULE,
    },
    .probe = allwinner_audio_platform_probe,
    .remove = allwinner_audio_platform_remove,
};

module_platform_driver(allwinner_audio_platform_driver);

MODULE_AUTHOR("Allwinner");
MODULE_DESCRIPTION("Allwinner audio platform driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

代码说明：