六、Audio-ALSA架构中的codec

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一、codec简介

处理器如果既想“听到”外界的声音，又想向外界传达自己的“心声”，那么就需要同时用到 DAC 和 ADC 这两款芯片。那是不是买两颗 DAC 和 ADC 芯片就行了呢？答案肯定是可以的，但是音频不单单是能出声、能听到就行。我们往往需要听到的声音动听、录进去的语音贴近真实、可以调节音效、对声音能够进行一些处理(需要 DSP 单元)、拥有统一的标准接口，方便开发等等。将这些针对声音的各种要求全部叠加到 DAC 和 ADC 芯片上，那么就会得到一个专门用于音频的芯片，也就是音频编解码芯片，英文名字就是 Audio CODEC，所以我们在手机或者电脑的介绍中看到“CODEC”这个词语，一般说的都是音频编解码。

音频 CODEC 的本质是 ADC 和 DAC

二、codec的作用

在移动设备中，Codec的作用可以归结为4种，分别是:

• 对PCM等信号进行DIA转换，把数字的音频信号转换为模拟信号–播放
• 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–录音
• 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;
• 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

ASoC对Codec的这些功能都定义好了一系列相应的接口，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。

Linux内核版本：4.1.15
主芯片：IMX6ULL
codec芯片：WM8960

三、codec相关结构体简介

描述Codec的最主要的4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DAl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，在本文中codec的设备是使用设备树描述的，在这里就不多多说，主要是codec driver，这里我只贴出我要关注的字段。

3.1、snd_soc_codec_driver

/* codec driver */ struct snd_soc_codec_driver { 
    /* driver ops */ int (*probe)(struct snd_soc_codec *); int (*remove)(struct snd_soc_codec *); int (*suspend)(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)(struct snd_soc_codec *codec, int clk_id, int source, unsigned int freq, int dir); /*时钟配置函数*/ int (*set_pll)(struct snd_soc_codec *codec, int pll_id, int source, unsigned int freq_in, unsigned int freq_out); /*锁相环配置函数*/ /* codec IO */ unsigned int (*read)(struct snd_soc_codec *, unsigned int); /*读取codec寄存器函数*/ int (*write)(struct snd_soc_codec *, unsigned int, unsigned int); /*写入codec寄存器函数*/ /* codec bias level */ int (*set_bias_level)(struct snd_soc_codec *, enum snd_soc_bias_level level); /*偏置电压配置函数*/ bool ignore_pmdown_time; /* Doesn't benefit from pmdown delay */ }; 

3.2、snd_soc_dai_driver

struct snd_soc_dai_driver { 
    /* DAI description */ const char *name; /*dai驱动的名字*/ /* 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); /* compress dai */ bool compress_dai; /* DAI is also used for the control bus */ bool bus_control; /* 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*/ /* probe ordering - for components with runtime dependencies */ int probe_order; int remove_order; }; 

3.3、struct snd_soc_dai_ops

snd_soc_dai_ops用于实现该dai的控制和配置参数：

代码路径：include\sound\soc-dai.h

struct snd_soc_dai_ops { 
    /* * DAI clocking configuration, all optional. * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params. */ int (*set_sysclk)(struct snd_soc_dai *dai, int clk_id, unsigned int freq, int dir); /*设置dai的主时钟;*/ int (*set_pll)(struct snd_soc_dai *dai, int pll_id, int source, unsigned int freq_in, unsigned int freq_out); /*设置PLL参数;*/ int (*set_clkdiv)(struct snd_soc_dai *dai, int div_id, int div); /*设置分频系数;*/ int (*set_bclk_ratio)(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int ratio); /* * DAI format configuration * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params. */ int (*set_fmt)(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int fmt); /*设置dai的格式;*/ int (*xlate_tdm_slot_mask)(unsigned int slots, unsigned int *tx_mask, unsigned int *rx_mask); int (*set_tdm_slot)(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int tx_mask, unsigned int rx_mask, int slots, int slot_width); /*如果dai支持时分复用，用于设置时分复用的slot*/ int (*set_channel_map)(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int tx_num, unsigned int *tx_slot, unsigned int rx_num, unsigned int *rx_slot); /*声道的时分复用映射设置*/ int (*set_tristate)(struct snd_soc_dai *dai, int tristate);/*设置dai引脚的状态，当与其他dai并联使用同一引脚时需要使用该回调*/ /* * DAI digital mute - optional. * Called by soc-core to minimise any pops. */ int (*digital_mute)(struct snd_soc_dai *dai, int mute); int (*mute_stream)(struct snd_soc_dai *dai, int mute, int stream); /* * ALSA PCM audio operations - all optional. * Called by soc-core during audio PCM operations. */ int (*startup)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_soc_dai *); /*打开设备，设备开始工作的时候回调*/ void (*shutdown)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_soc_dai *); /*关闭设备前调用*/ int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_pcm_hw_params *, struct snd_soc_dai *); /*设置硬件的相关参数*/ int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_soc_dai *); int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_soc_dai *); /* * NOTE: Commands passed to the trigger function are not necessarily * compatible with the current state of the dai. For example this * sequence of commands is possible: START STOP STOP. * So do not unconditionally use refcounting functions in the trigger * function, e.g. clk_enable/disable. */ int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *, int, struct snd_soc_dai *); /*结束传输，暂停传世，恢复传输的时候被回调*/ int (*bespoke_trigger)(struct snd_pcm_substream *, int, struct snd_soc_dai *); /* * For hardware based FIFO caused delay reporting. * Optional. */ snd_pcm_sframes_t (*delay)(struct snd_pcm_substream *, struct snd_soc_dai *); }; 

四、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WM8960为例，对应的代码位置:/sound/soc/codecs/wm8960.c，模块的入口函数注册了一个i2c_driver :

static const struct of_device_id wm8960_of_match[] = { 
    { 
    .compatible = "wlf,wm8960", }, { 
    } }; MODULE_DEVICE_TABLE(of, wm8960_of_match); static struct i2c_driver wm8960_i2c_driver = { 
    .driver = { 
    .name = "wm8960", .owner = THIS_MODULE, .of_match_table = wm8960_of_match, }, .probe = wm8960_i2c_probe, .remove = wm8960_i2c_remove, .id_table = wm8960_i2c_id, }; 

这指定了其compatible 属性，与设备树中的compatible 属性就可以调用其probe函数；

设备树中codec实例如下：

之后就会进入probe函数的流程：

static int wm8960_i2c_probe(struct i2c_client *i2c, const struct i2c_device_id *id) { 
    ret = snd_soc_register_codec(&i2c->dev, &soc_codec_dev_wm8960, &wm8960_dai, 1); } 

在这里会注册snd_soc_codec_driver与snd_soc_dai_driver，其实例也在同一个文件中：

snd_soc_codec_driver：

snd_soc_dai_driver：

可见，Codec驱动的第一个步骤就是定义snd_soc_codec_driver和snd_soc_dai_driver的实例，然后调用snd_soc_register_codec函数对Codec进行注册。进入snd_soc_register_codec函数看看:

int snd_soc_register_codec(struct device *dev, const struct snd_soc_codec_driver *codec_drv, struct snd_soc_dai_driver *dai_drv, int num_dai) { 
    struct snd_soc_codec *codec; struct snd_soc_dai *dai; int ret, i; dev_dbg(dev, "codec register %s\n", dev_name(dev)); codec = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_codec), GFP_KERNEL); if (codec == NULL) return -ENOMEM; codec->component.dapm_ptr = &codec->dapm; codec->component.codec = codec; ret = snd_soc_component_initialize(&codec->component, &codec_drv->component_driver, dev); if (ret) goto err_free; if (codec_drv->controls) { 
    codec->component.controls = codec_drv->controls; codec->component.num_controls = codec_drv->num_controls; } if (codec_drv->dapm_widgets) { 
    codec->component.dapm_widgets = codec_drv->dapm_widgets; codec->component.num_dapm_widgets = codec_drv->num_dapm_widgets; } if (codec_drv->dapm_routes) { 
    codec->component.dapm_routes = codec_drv->dapm_routes; codec->component.num_dapm_routes = codec_drv->num_dapm_routes; } if (codec_drv->probe) codec->component.probe = snd_soc_codec_drv_probe; if (codec_drv->remove) codec->component.remove = snd_soc_codec_drv_remove; if (codec_drv->write) codec->component.write = snd_soc_codec_drv_write; if (codec_drv->read) codec->component.read = snd_soc_codec_drv_read; codec->component.ignore_pmdown_time = codec_drv->ignore_pmdown_time; codec->dapm.idle_bias_off = codec_drv->idle_bias_off; codec->dapm.suspend_bias_off = codec_drv->suspend_bias_off; if (codec_drv->seq_notifier) codec->dapm.seq_notifier = codec_drv->seq_notifier; if (codec_drv->set_bias_level) codec->dapm.set_bias_level = snd_soc_codec_set_bias_level; codec->dev = dev; codec->driver = codec_drv; codec->component.val_bytes = codec_drv->reg_word_size; #ifdef CONFIG_DEBUG_FS codec->component.init_debugfs = soc_init_codec_debugfs; codec->component.debugfs_prefix = "codec"; #endif if (codec_drv->get_regmap) codec->component.regmap = codec_drv->get_regmap(dev); for (i = 0; i < num_dai; i++) { 
    fixup_codec_formats(&dai_drv[i].playback); fixup_codec_formats(&dai_drv[i].capture); } ret = snd_soc_register_dais(&codec->component, dai_drv, num_dai, false); if (ret < 0) { 
    dev_err(dev, "ASoC: Failed to register DAIs: %d\n", ret); goto err_cleanup; } list_for_each_entry(dai, &codec->component.dai_list, list) dai->codec = codec; mutex_lock(&client_mutex); snd_soc_component_add_unlocked(&codec->component); list_add(&codec->list, &codec_list); mutex_unlock(&client_mutex); dev_dbg(codec->dev, "ASoC: Registered codec '%s'\n", codec->component.name); return 0; err_cleanup: snd_soc_component_cleanup(&codec->component); err_free: kfree(codec); return ret; } 

首先申请snd_soc_codec实例：

随后确定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!

此函数在snd_soc_component_initialize中调用的。

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。

随后通过snd_soc_register_dais函数对本Codec的dai进行注册:

把dai_driver添加到component->dai_list中去。

最后把codec驱动添加到codec_list中去，至此完成codec的注册。
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/0de882f084c043bcacc9a6d.png

五、codec的初始化

Machine驱动的初始化（请参考alsa-machine驱动部分），codec和 dai的注册，都会调用snd_soc_instantiate_cards()进行一次声卡和codec，dai，platform的匹配绑定过程，这里所说的绑定，正如Machine驱动一文中所描述，就是通过3个全局链表，按名字进行匹配，把匹配的codec，dai和platform实例赋值给声卡每对dai的snd_soc_pcm_runtime变量中。一旦绑定成功，将会使得codec和dai驱动的probe回调被调用，codec的初始化工作就在该回调中完成。对于WM8960，该回调就是wm8960_probe函数:

wm8960_probe实例如下：