ALSA学习(7)——ASoC架构中的codec

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参考博客： https://blog.csdn.net/DroidPhone/article/details/

一、Codec简介

在移动设备中，Codec的作用可以归结为4种，分别是：

1. 对PCM等信号进行D/A转换，把数字的音频信号转换为模拟信号
2. 对Mic、Linein或者其他输入源的模拟信号进行A/D转换，把模拟的声音信号转变CPU能够处理的数字信号
3. 对音频通路进行控制，比如播放音乐，收听调频收音机，又或者接听电话时，音频信号在codec内的流通路线是不一样的
4. 对音频信号做出相应的处理，例如音量控制，功率放大，EQ控制等等
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ASoC对Codec的这些功能都定义好了一些列相应的接口，以方便地对Codec进行控制。ASoC对Codec驱动的一个基本要求是：驱动程序的代码必须要做到平台无关性，以方便同一个Codec的代码不经修改即可用在不同的平台上。以下的讨论基于wolfson的Codec芯片WM8994，kernel的版本3.3.x。

二、 ASoC中对Codec的数据抽象

描述Codec的最主要的几个数据结构分别是：snd_soc_codec，snd_soc_codec_driver，snd_soc_dai，snd_soc_dai_driver，其中的snd_soc_dai和snd_soc_dai_driver在ASoC的Platform驱动中也会使用到，Platform和Codec的DAI通过snd_soc_dai_link结构，在Machine驱动中进行绑定连接。下面我们先看看这几个结构的定义，这里我只贴出我要关注的字段，详细的定义请参照：/include/sound/soc.h。

snd_soc_codec：

/* SoC Audio Codec device */ struct snd_soc_codec { 
    const char *name; /* Codec的名字*/ struct device *dev; /* 指向Codec设备的指针 */ const struct snd_soc_codec_driver *driver; /* 指向该codec的驱动的指针 */ struct snd_soc_card *card; /* 指向Machine驱动的card实例 */ int num_dai; /* 该Codec数字接口的个数，目前越来越多的Codec带有多个I2S或者是PCM接口 */ int (*volatile_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否是volatile */ int (*readable_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否可读 */ int (*writable_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否可写 */ /* runtime */ ...... /* codec IO */ void *control_data; /* 该指针指向的结构用于对codec的控制，通常和read，write字段联合使用 */ enum snd_soc_control_type control_type;/* 可以是SND_SOC_SPI，SND_SOC_I2C，SND_SOC_REGMAP中的一种 */ unsigned int (*read)(struct snd_soc_codec *, unsigned int); /* 读取Codec寄存器的函数 */ int (*write)(struct snd_soc_codec *, unsigned int, unsigned int); /* 写入Codec寄存器的函数 */ /* dapm */ struct snd_soc_dapm_context dapm; /* 用于DAPM控件 */ }; 

snd_soc_codec_driver:

/* codec driver */ struct snd_soc_codec_driver { 
    /* driver ops */ int (*probe)(struct snd_soc_codec *); /* codec驱动的probe函数，由snd_soc_instantiate_card回调 */ int (*remove)(struct snd_soc_codec *); int (*suspend)(struct snd_soc_codec *); /* 电源管理 */ int (*resume)(struct snd_soc_codec *); /* 电源管理 */ /* Default control and setup, added after probe() is run */ const struct snd_kcontrol_new *controls; /* 音频控件指针 */ const struct snd_soc_dapm_widget *dapm_widgets; /* dapm部件指针 */ const struct snd_soc_dapm_route *dapm_routes; /* dapm路由指针 */ /* codec wide operations */ int (*set_sysclk)(...); /* 时钟配置函数 */ int (*set_pll)(...); /* 锁相环配置函数 */ /* codec IO */ unsigned int (*read)(...); /* 读取codec寄存器函数 */ int (*write)(...); /* 写入codec寄存器函数 */ int (*volatile_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否是volatile */ int (*readable_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否可读 */ int (*writable_register)(...); /* 用于判定某一寄存器是否可写 */ /* codec bias level */ int (*set_bias_level)(...); /* 偏置电压配置函数 */ }; 

snd_soc_dai:

/* * Digital Audio Interface runtime data. * * Holds runtime data for a DAI. */ struct snd_soc_dai { 
    const char *name; /* dai的名字 */ struct device *dev; /* 设备指针 */ /* driver ops */ struct snd_soc_dai_driver *driver; /* 指向dai驱动结构的指针 */ /* DAI runtime info */ unsigned int capture_active:1; /* stream is in use */ unsigned int playback_active:1; /* stream is in use */ /* DAI DMA data */ void *playback_dma_data; /* 用于管理playback dma */ void *capture_dma_data; /* 用于管理capture dma */ /* parent platform/codec */ union { 
    struct snd_soc_platform *platform; /* 如果是cpu dai，指向所绑定的平台 */ struct snd_soc_codec *codec; /* 如果是codec dai指向所绑定的codec */ }; struct snd_soc_card *card; /* 指向Machine驱动中的crad实例 */ }; 

snd_soc_dai_driver:

/* * Digital Audio Interface Driver. * * Describes the Digital Audio Interface in terms of its ALSA, DAI and AC97 * operations and capabilities. Codec and platform drivers will register this * structure for every DAI they have. * * This structure covers the clocking, formating and ALSA operations for each * interface. */ struct snd_soc_dai_driver { 
    /* DAI description */ const char *name; /* dai驱动名字 */ /* DAI driver callbacks */ int (*probe)(struct snd_soc_dai *dai); /* dai驱动的probe函数，由snd_soc_instantiate_card回调 */ int (*remove)(struct snd_soc_dai *dai); int (*suspend)(struct snd_soc_dai *dai); /* 电源管理 */ int (*resume)(struct snd_soc_dai *dai); /* ops */ const struct snd_soc_dai_ops *ops; /* 指向本dai的snd_soc_dai_ops结构 */ /* DAI capabilities */ struct snd_soc_pcm_stream capture; /* 描述capture的能力 */ struct snd_soc_pcm_stream playback; /* 描述playback的能力 */ }; 

snd_soc_dai_ops用于实现该dai的控制盒参数配置：

struct snd_soc_dai_ops { 
    /* * DAI clocking configuration, all optional. * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params. */ int (*set_sysclk)(...); int (*set_pll)(...); int (*set_clkdiv)(...); /* * DAI format configuration * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params. */ int (*set_fmt)(...); int (*set_tdm_slot)(...); int (*set_channel_map)(...); int (*set_tristate)(...); /* * DAI digital mute - optional. * Called by soc-core to minimise any pops. */ int (*digital_mute)(...); /* * ALSA PCM audio operations - all optional. * Called by soc-core during audio PCM operations. */ int (*startup)(...); void (*shutdown)(...); int (*hw_params)(...); int (*hw_free)(...); int (*prepare)(...); int (*trigger)(...); /* * For hardware based FIFO caused delay reporting. * Optional. */ snd_pcm_sframes_t (*delay)(...); }; 

三、Codec的注册

因为Codec驱动的代码要做到平台无关性，要使得Machine驱动能够使用该Codec，Codec驱动的首要任务就是确定snd_soc_codec和snd_soc_dai的实例，并把它们注册到系统中，注册后的codec和dai才能为Machine驱动所用。以WM8994为例，对应的代码位置：/sound/soc/codecs/wm8994.c，模块的入口函数注册了一个platform driver：

static struct platform_driver wm8994_codec_driver = { 
    .driver = { 
    .name = "wm8994-codec", .owner = THIS_MODULE, }, .probe = wm8994_probe, .remove = __devexit_p(wm8994_remove), }; module_platform_driver(wm8994_codec_driver); 

有platform driver，必定会有相应的platform device，这个platform device的来源后面再说，显然，platform driver注册后，probe回调将会被调用，这里是wm8994_probe函数：

static int __devinit wm8994_probe(struct platform_device *pdev) { 
    return snd_soc_register_codec(&pdev->dev, &soc_codec_dev_wm8994, wm8994_dai, ARRAY_SIZE(wm8994_dai)); } 

其中，soc_codec_dev_wm8994和wm8994_dai的定义如下（代码中定义了3个dai，这里只列出第一个）：

static struct snd_soc_codec_driver soc_codec_dev_wm8994 = { 
    .probe = wm8994_codec_probe, .remove = wm8994_codec_remove, .suspend = wm8994_suspend, .resume = wm8994_resume, .set_bias_level = wm8994_set_bias_level, .reg_cache_size = WM8994_MAX_REGISTER, .volatile_register = wm8994_soc_volatile, }; 

static struct snd_soc_dai_driver wm8994_dai[] = { 
    { 
    .name = "wm8994-aif1", .id = 1, .playback = { 
    .stream_name = "AIF1 Playback", .channels_min = 1, .channels_max = 2, .rates = WM8994_RATES, .formats = WM8994_FORMATS, }, .capture = { 
    .stream_name = "AIF1 Capture", .channels_min = 1, .channels_max = 2, .rates = WM8994_RATES, .formats = WM8994_FORMATS, }, .ops = &wm8994_aif1_dai_ops, }, ...... } 

static struct snd_soc_dai_driver wm8994_dai[] = { 
    { 
    .name = "wm8994-aif1", .id = 1, .playback = { 
    .stream_name = "AIF1 Playback", .channels_min = 1, .channels_max = 2, .rates = WM8994_RATES, .formats = WM8994_FORMATS, }, .capture = { 
    .stream_name = "AIF1 Capture", .channels_min = 1, .channels_max = 2, .rates = WM8994_RATES, .formats = WM8994_FORMATS, }, .ops = &wm8994_aif1_dai_ops, }, ...... } 

 codec = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_codec), GFP_KERNEL); 

确定codec的名字，这个名字很重要，Machine驱动定义的snd_soc_dai_link中会指定每个link的codec和dai的名字，进行匹配绑定时就是通过和这里的名字比较，从而找到该Codec的！

/* create CODEC component name */ codec->name = fmt_single_name(dev, &codec->id); 

然后初始化它的各个字段，多数字段的值来自上面定义的snd_soc_codec_driver的实例 soc_codec_dev_wm8994：

 codec->write = codec_drv->write; codec->read = codec_drv->read; codec->volatile_register = codec_drv->volatile_register; codec->readable_register = codec_drv->readable_register; codec->writable_register = codec_drv->writable_register; codec->dapm.bias_level = SND_SOC_BIAS_OFF; codec->dapm.dev = dev; codec->dapm.codec = codec; codec->dapm.seq_notifier = codec_drv->seq_notifier; codec->dapm.stream_event = codec_drv->stream_event; codec->dev = dev; codec->driver = codec_drv; codec->num_dai = num_dai; 

在做了一些寄存器缓存的初始化和配置工作后，通过 snd_soc_register_dais函数 对本Codec的dai进行注册：

 /* register any DAIs */ if (num_dai) { 
    ret = snd_soc_register_dais(dev, dai_drv, num_dai); if (ret < 0) goto fail; } 

四、mfd设备

前面已经提到，codec驱动把自己注册为一个platform driver，那对应的platform device在哪里定义？答案是在以下代码文件中：/drivers/mfd/wm8994-core.c。

WM8994本身具备多种功能，除了codec外，它还有作为LDO和GPIO使用，这几种功能共享一些IO和中断资源，linux为这种设备提供了一套标准的实现方法：mfd设备。其基本思想是为这些功能的公共部分实现一个父设备，以便共享某些系统资源和功能，然后每个子功能实现为它的子设备，这样既共享了资源和代码，又能实现合理的设备层次结构，主要利用到的API就是：mfd_add_devices()，mfd_remove_devices()，mfd_cell_enable()，mfd_cell_disable()，mfd_clone_cell()。

回到wm8994-core.c中，因为WM8994使用I2C进行内部寄存器的存取，它首先注册了一个I2C驱动：

static struct i2c_driver wm8994_i2c_driver = { 
    .driver = { 
    .name = "wm8994", .owner = THIS_MODULE, .pm = &wm8994_pm_ops, .of_match_table = wm8994_of_match, }, .probe = wm8994_i2c_probe, .remove = wm8994_i2c_remove, .id_table = wm8994_i2c_id, }; static int __init wm8994_i2c_init(void) { 
    int ret; ret = i2c_add_driver(&wm8994_i2c_driver); if (ret != 0) pr_err("Failed to register wm8994 I2C driver: %d\n", ret); return ret; } module_init(wm8994_i2c_init); 

进入 wm8994_i2c_probe()函数，它先申请了一个wm8994结构的变量，该变量被作为这个I2C设备的driver_data使用，上面已经讲过，codec作为它的子设备，将会取出并使用这个driver_data。接下来，本函数利用regmap_init_i2c()初始化并获得一个regmap结构，该结构主要用于后续基于regmap机制的寄存器I/O，关于regmap我们留在后面再讲。最后，通过wm8994_device_init()来添加mfd子设备：

static int wm8994_i2c_probe(struct i2c_client *i2c, const struct i2c_device_id *id) { 
    struct wm8994 *wm8994; int ret; wm8994 = devm_kzalloc(&i2c->dev, sizeof(struct wm8994), GFP_KERNEL); i2c_set_clientdata(i2c, wm8994); wm8994->dev = &i2c->dev; wm8994->irq = i2c->irq; wm8994->type = id->driver_data; wm8994->regmap = regmap_init_i2c(i2c, &wm8994_base_regmap_config); return wm8994_device_init(wm8994, i2c->irq); } 

继续进入wm8994_device_init()函数，它首先为两个LDO添加mfd子设备：

 /* Add the on-chip regulators first for bootstrapping */ ret = mfd_add_devices(wm8994->dev, -1, wm8994_regulator_devs, ARRAY_SIZE(wm8994_regulator_devs), NULL, 0); 

因为WM1811，WM8994，WM8958三个芯片功能类似，因此这三个芯片都使用了WM8994的代码，所以 wm8994_device_init()接下来根据不同的芯片型号做了一些初始化动作，这部分的代码就不贴了。接着，从platform_data中获得部分配置信息：

 if (pdata) { 
    wm8994->irq_base = pdata->irq_base; wm8994->gpio_base = pdata->gpio_base; /* GPIO configuration is only applied if it's non-zero */ ...... } 

最后，初始化irq，然后添加codec子设备和gpio子设备：

 wm8994_irq_init(wm8994); ret = mfd_add_devices(wm8994->dev, -1, wm8994_devs, ARRAY_SIZE(wm8994_devs), NULL, 0); 

经过以上这些处理后，作为父设备的I2C设备已经准备就绪，它的下面挂着4个子设备：ldo-0，ldo-1，codec，gpio。其中，codec子设备的加入，它将会和前面所讲codec的platform driver匹配，触发probe回调完成下面所说的codec驱动的初始化工作。

五、 Codec初始化

1. 取出父设备的driver_data，其实就是上一节的wm8994结构变量，取出其中的regmap字段，复制到codec的control_data字段中；
2. 申请一个wm8994_priv私有数据结构，并把它设为codec设备的driver_data；
3. 通过snd_soc_codec_set_cache_io初始化regmap
4. io，完成这一步后，就可以使用API：snd_soc_read()，snd_soc_write()对codec的寄存器进行读写了；
5. 把父设备的driver_data（struct wm8994）和platform_data保存到私有结构wm8994_priv中；
6. 因为要同时支持3个芯片型号，这里要根据芯片的型号做一些特定的初始化工作； 申请必要的几个中断； 设置合适的偏置电平；
7. 通过snd_soc_update_bits修改某些寄存器； 根据父设备的platform_data，完成特定于平台的初始化配置；
8. 添加必要的control，dapm部件进而dapm路由信息；

六、 regmap-io