Linux ALSA声卡驱动之七：ASoC架构中的Codec
1. ?Codec簡介
在移動設備中，Codec的作用可以歸結為4種，分別是：
對PCM等信號進行D/A轉換，把數字的音頻信號轉換為模擬信號
對Mic、Linein或者其他輸入源的模擬信號進行A/D轉換，把模擬的聲音信號轉變CPU能夠處理的數字信號
對音頻通路進行控制，比如播放音樂，收聽調頻收音機，又或者接聽電話時，音頻信號在codec內的流通路線是不一樣的
對音頻信號做出相應的處理，例如音量控制，功率放大，EQ控制等等
ASoC對Codec的這些功能都定義好了一些列相應的接口，以方便地對Codec進行控制。ASoC對Codec驅動的一個基本要求是：驅動程序的代碼必須要做到平臺無關性，以方便同一個Codec的代碼不經修改即可用在不同的平臺上。以下的討論基于wolfson的Codec芯片WM8994，kernel的版本3.3.x。
2. ?ASoC中對Codec的數據抽象
描述Codec的最主要的幾個數據結構分別是：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驅動中也會使用到，Platform和Codec的DAI通過snd_soc_dai_link結構，在Machine驅動中進行綁定連接。下面我們先看看這幾個結構的定義，這里我只貼出我要關注的字段，詳細的定義請參照：/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設備的指針?*/??
????const?struct?snd_soc_codec_driver?*driver;?/*?指向該codec的驅動的指針?*/??
????struct?snd_soc_card?*card;????/*?指向Machine驅動的card實例?*/??
????int?num_dai;?/*?該Codec數字接口的個數，目前越來越多的Codec帶有多個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讀?*/??
????int?(*writable_register)(...);??/*?用于判定某一寄存器是否可寫?*/??
??
????/*?runtime?*/??
????......??
????/*?codec?IO?*/??
????void?*control_data;?/*?該指針指向的結構用于對codec的控制，通常和read，write字段聯合使用?*/??
????enum?snd_soc_control_type?control_type;/*?可以是SND_SOC_SPI，SND_SOC_I2C，SND_SOC_REGMAP中的一種?*/??
????unsigned?int?(*read)(struct?snd_soc_codec?*,?unsigned?int);??/*?讀取Codec寄存器的函數?*/??
????int?(*write)(struct?snd_soc_codec?*,?unsigned?int,?unsigned?int);??/*?寫入Codec寄存器的函數?*/??
????/*?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驅動的probe函數，由snd_soc_instantiate_card回調?*/??
????int?(*remove)(struct?snd_soc_codec?*);????
????int?(*suspend)(struct?snd_soc_codec?*);??/*?電源管理?*/??
????int?(*resume)(struct?snd_soc_codec?*);??/*?電源管理?*/??
??
????/*?Default?control?and?setup,?added?after?probe()?is?run?*/??
????const?struct?snd_kcontrol_new?*controls;??/*?音頻控件指針?*/??
????const?struct?snd_soc_dapm_widget?*dapm_widgets;??/*?dapm部件指針?*/??
????const?struct?snd_soc_dapm_route?*dapm_routes;??/*?dapm路由指針?*/??
??
????/*?codec?wide?operations?*/??
????int?(*set_sysclk)(...);??/*?時鐘配置函數?*/??
????int?(*set_pll)(...);??/*?鎖相環配置函數?*/??
??
????/*?codec?IO?*/??
????unsigned?int?(*read)(...);??/*?讀取codec寄存器函數?*/??
????int?(*write)(...);??/*?寫入codec寄存器函數?*/??
????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讀?*/??
????int?(*writable_register)(...);??/*?用于判定某一寄存器是否可寫?*/??
??
????/*?codec?bias?level?*/??
????int?(*set_bias_level)(...);??/*?偏置電壓配置函數?*/??
??
};??
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;??/*?設備指針?*/??
??
????/*?driver?ops?*/??
????struct?snd_soc_dai_driver?*driver;??/*?指向dai驅動結構的指針?*/??
??
????/*?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，指向所綁定的平臺?*/??
????????struct?snd_soc_codec?*codec;??/*?如果是codec?dai指向所綁定的codec?*/??
????};??
????struct?snd_soc_card?*card;??/*?指向Machine驅動中的crad實例?*/??
};??
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驅動名字?*/??
??
????/*?DAI?driver?callbacks?*/??
????int?(*probe)(struct?snd_soc_dai?*dai);??/*?dai驅動的probe函數，由snd_soc_instantiate_card回調?*/??
????int?(*remove)(struct?snd_soc_dai?*dai);????
????int?(*suspend)(struct?snd_soc_dai?*dai);??/*?電源管理?*/??
????int?(*resume)(struct?snd_soc_dai?*dai);????
??
????/*?ops?*/??
????const?struct?snd_soc_dai_ops?*ops;??/*?指向本dai的snd_soc_dai_ops結構?*/??
??
????/*?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用于實現該dai的控制和參數配置：
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)(...);??
};??
3. ?Codec的注冊
因為Codec驅動的代碼要做到平臺無關性，要使得Machine驅動能夠使用該Codec，Codec驅動的首要任務就是確定snd_soc_codec和snd_soc_dai的實例，并把它們注冊到系統中，注冊后的codec和dai才能為Machine驅動所用。以WM8994為例，對應的代碼位置：/sound/soc/codecs/wm8994.c，模塊的入口函數注冊了一個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，必定會有相應的platform device，這個platform device的來源后面再說，顯然，platform driver注冊后，probe回調將會被調用，這里是wm8994_probe函數：
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的定義如下（代碼中定義了3個dai，這里只列出第一個）：
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,??
????},??
????......??
}??
可見，Codec驅動的第一個步驟就是定義snd_soc_codec_driver和snd_soc_dai_driver的實例，然后調用snd_soc_register_codec函數對Codec進行注冊。進入snd_soc_register_codec函數看看：
首先，它申請了一個snd_soc_codec結構的實例：
codec?=?kzalloc(sizeof(struct?snd_soc_codec),?GFP_KERNEL);??
確定codec的名字，這個名字很重要，Machine驅動定義的snd_soc_dai_link中會指定每個link的codec和dai的名字，進行匹配綁定時就是通過和這里的名字比較，從而找到該Codec的！
/*?create?CODEC?component?name?*/??
????codec->name?=?fmt_single_name(dev,?&codec->id);??
然后初始化它的各個字段，多數字段的值來自上面定義的snd_soc_codec_driver的實例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;??
在做了一些寄存器緩存的初始化和配置工作后，通過snd_soc_register_dais函數對本Codec的dai進行注冊：
/*?register?any?DAIs?*/??
if?(num_dai)?{??
????ret?=?snd_soc_register_dais(dev,?dai_drv,?num_dai);??
????if?(ret?<?0)??
????????goto?fail;??
}??
最后，它把codec實例鏈接到全局鏈表codec_list中，并且調用snd_soc_instantiate_cards是函數觸發Machine驅動進行一次匹配綁定操作：
list_add(&codec->list,?&codec_list);??
snd_soc_instantiate_cards();??
上面的snd_soc_register_dais函數其實也是和snd_soc_register_codec類似，顯示為每個snd_soc_dai實例分配內存，確定dai的名字，用snd_soc_dai_driver實例的字段對它進行必要初始化，最后把該dai鏈接到全局鏈表dai_list中，和Codec一樣，最后也會調用snd_soc_instantiate_cards函數觸發一次匹配綁定的操作。
? ? ? ? ? ? ? ?圖3.1 dai的注冊
關于snd_soc_instantiate_cards函數，請參閱另一篇博文：Linux音頻驅動之六：ASoC架構中的Machine。
4. ?mfd設備
前面已經提到，codec驅動把自己注冊為一個platform driver，那對應的platform device在哪里定義？答案是在以下代碼文件中：/drivers/mfd/wm8994-core.c。
WM8994本身具備多種功能，除了codec外，它還有作為LDO和GPIO使用，這幾種功能共享一些IO和中斷資源，linux為這種設備提供了一套標準的實現方法：mfd設備。其基本思想是為這些功能的公共部分實現一個父設備，以便共享某些系統資源和功能，然后每個子功能實現為它的子設備，這樣既共享了資源和代碼，又能實現合理的設備層次結構，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，因為WM8994使用I2C進行內部寄存器的存取，它首先注冊了一個I2C驅動：
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);??
進入wm8994_i2c_probe()函數，它先申請了一個wm8994結構的變量，該變量被作為這個I2C設備的driver_data使用，上面已經講過，codec作為它的子設備，將會取出并使用這個driver_data。接下來，本函數利用regmap_init_i2c()初始化并獲得一個regmap結構，該結構主要用于后續基于regmap機制的寄存器I/O，關于regmap我們留在后面再講。最后，通過wm8994_device_init()來添加mfd子設備：
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);??
}??
繼續進入wm8994_device_init()函數，它首先為兩個LDO添加mfd子設備：
/*?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);??
因為WM1811，WM8994，WM8958三個芯片功能類似，因此這三個芯片都使用了WM8994的代碼，所以wm8994_device_init()接下來根據不同的芯片型號做了一些初始化動作，這部分的代碼就不貼了。接著，從platform_data中獲得部分配置信息：
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子設備和gpio子設備：
wm8994_irq_init(wm8994);??
??
ret?=?mfd_add_devices(wm8994->dev,?-1,??
??????????????wm8994_devs,?ARRAY_SIZE(wm8994_devs),??
??????????????NULL,?0);??
經過以上這些處理后，作為父設備的I2C設備已經準備就緒，它的下面掛著4個子設備：ldo-0，ldo-1，codec，gpio。其中，codec子設備的加入，它將會和前面所講codec的platform driver匹配，觸發probe回調完成下面所說的codec驅動的初始化工作。
5. ?Codec初始化
Machine驅動的初始化，codec和dai的注冊，都會調用snd_soc_instantiate_cards()進行一次聲卡和codec，dai，platform的匹配綁定過程，這里所說的綁定，正如Machine驅動一文中所描述，就是通過3個全局鏈表，按名字進行匹配，把匹配的codec，dai和platform實例賦值給聲卡每對dai的snd_soc_pcm_runtime變量中。一旦綁定成功，將會使得codec和dai驅動的probe回調被調用，codec的初始化工作就在該回調中完成。對于WM8994，該回調就是wm8994_codec_probe函數：
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖5.1 ?wm8994_codec_probe
取出父設備的driver_data，其實就是上一節的wm8994結構變量，取出其中的regmap字段，復制到codec的control_data字段中；
申請一個wm8994_priv私有數據結構，并把它設為codec設備的driver_data；
通過snd_soc_codec_set_cache_io初始化regmap io，完成這一步后，就可以使用API：snd_soc_read()，snd_soc_write()對codec的寄存器進行讀寫了；
把父設備的driver_data（struct wm8994）和platform_data保存到私有結構wm8994_priv中；
因為要同時支持3個芯片型號，這里要根據芯片的型號做一些特定的初始化工作；
申請必要的幾個中斷；
設置合適的偏置電平；
通過snd_soc_update_bits修改某些寄存器；
根據父設備的platform_data，完成特定于平臺的初始化配置；
添加必要的control，dapm部件進而dapm路由信息；
至此，codec驅動的初始化完成。
5. ?regmap-io
我們知道，要想對codec進行控制，通常都是通過讀寫它的內部寄存器完成的，讀寫的接口通常是I2C或者是SPI接口，不過每個codec芯片寄存器的比特位組成都有所不同，寄存器地址的比特位也有所不同。例如WM8753的寄存器地址是7bits，數據是9bits，WM8993的寄存器地址是8bits，數據也是16bits，而WM8994的寄存器地址是16bits，數據也是16bits。在kernel3.1版本，內核引入了一套regmap機制和相關的API，這樣就可以用統一的操作來實現對這些多樣的寄存器的控制。regmap使用起來也相對簡單：
為codec定義一個regmap_config結構實例，指定codec寄存器的地址和數據位等信息；
根據codec的控制總線類型，調用以下其中一個函數，得到一個指向regmap結構的指針：
struct regmap *regmap_init_i2c(struct i2c_client *i2c,?const struct regmap_config *config);
struct regmap *regmap_init_spi(struct spi_device *dev,?const struct regmap_config *config);
把獲得的regmap結構指針賦值給codec->control_data；
調用soc-io的api：snd_soc_codec_set_cache_io使得soc-io和regmap進行關聯；
完成以上步驟后，codec驅動就可以使用諸如snd_soc_read、snd_soc_write、snd_soc_update_bits等API對codec的寄存器進行讀寫了。
轉載于:https://blog.51cto.com/bluefish/1440836
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Linux ALSA声卡驱动之七：ASoC架构中的Codec的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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