姓名：薛绍宏 学号：19020100016 学院：电子工程学院
【嵌牛导读】本文介绍了嵌入式Linux音频驱动开发
【嵌牛鼻子】嵌入式Linux驱动程序开发
【嵌牛提问】嵌入式Linux音频驱动如何开发？
【嵌牛正文】
1.嵌入式音频系统硬件连接
下图所示的嵌入式设备使用IIS将音频数据发送给编解码器。对编解码器的I/O寄存器的编程通过IIC总线进行。
2.音频体系结构-ALSA
ALSA是Advanced Linux Sound Architecture 的缩写，目前已经成为了linux的主流音频体系结构
在内核设备驱动层，ALSA提供了alsa-driver，同时在应用层，ALSA为我们提供了alsa-lib，应用程序只要调用alsa-lib提供的API，即可以完成对底层音频硬件的控制。
3.ALSA设备文件
ALSA驱动核心会创建和管理一些设备节点，比如：
/dev/snd/controlC0: 一个控制结点，（应用程序用它来控制声卡，例如通道选择，音量的控制等）
/dev/snd/pcmC0D0p:用于播放的pcm设备
/dev/snd/pcmC0D0c:用于录音的pcm设备
C0D0代表的是声卡0中的设备0，最后一个c代表capture，最后一个p代表playback。
4.声卡的建立流程
第一步，创建snd_card的一个实例
snd_card可以说是整个ALSA音频驱动最顶层的一个结构，整个声卡的软件逻辑结构开始于该结构，几乎所有与声音相关的逻辑设备都是在snd_card的管理之下.
第二步，创建声卡的功能部件（逻辑设备），例如PCM， Mixer等,并将逻辑设备与步骤一创建的声卡绑定
通常， alsa-driver的已经提供了一些常用的部件的创建函数，PCM ---- snd_pcm_new()、CONTROL -- snd_ctl_create()
第三步，将声卡注册进ALSA框架
经过以上的创建步骤之后，声卡的逻辑结构如下图所示：
5.PCM设备的创建
对于一个pcm设备，可以生成两个设备文件，一个用于playback，一个用于capture，代码中也确定了他们的命名规则：
playback -- pcmCxDxp，通常系统中只有一个声卡和一个pcm，它就是pcmC0D0p
capture -- pcmCxDxc，通常系统中只有一个声卡和一个pcm，它就是pcmC0D0c
新建一个pcm设备的过程：
snd_card_create ，pcm是声卡下的一个设备（部件），所以第一步是要创建一个声卡
snd_pcm_new， 调用该api创建一个pcm，在该api中会做以下事情：
建立playback stream，相应的substream也同时建立
建立capture stream，相应的substream也同时建立
调用snd_device_new()把该pcm挂到声卡中，参数ops中的dev_register字段指向了函数 snd_pcm_dev_register，这个回调函数会在声卡的注册阶段被调用
snd_pcm_set_ops， 设置操作该pcm的控制/操作接口函数，参数中的snd_pcm_ops结构中的函数通常就是我们驱动要实现的函数
snd_card_register 注册声卡，在这个阶段会遍历声卡下的所有逻辑设备，并且调用各设备的注册回调函数，对于pcm，就是第二步提到的snd_pcm_dev_register函数，该回调函数建立了和用户空间应用程序（ alsa-lib）通信所用的设备文件节点:/dev/snd/pcmCxxDxxp和/dev/snd/pcmCxxDxxc
6.Control设备的创建
Control设备和PCM设备一样，都属于声卡下的逻辑设备。用户空间的应用程序通过alsa-lib访问该Control设备，读取或设置control的状态，从而达到控制音频Codec进行各种Mixer等控制操作。
要自定义一个Control，我们首先要定义3各回调函数：info，get和put。然后，定义一个snd_kcontrol_new结构：
static struct snd_kcontrol_new my_control __devinitdata = {
.iface = SNDRV_CTL_ELEM_IFACE_MIXER,
.name = "PCM Playback Switch",
.index = 0,
.access = SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE,
.private_value = 0xffff,
.info = my_control_info,
.get = my_control_get,
.put = my_control_put
};
iface字段指出了control的类型
name字段是该control的名字
index字段用于保存该control的在该卡中的编号。
access字段包含了该control的访问类型。
private_value字段包含了一个任意的长整数类型值。
info回调函数用于获取control的详细信息
get回调函数用于读取control的当前值，并返回给用户空间的应用程序。
put回调函数用于把应用程序的控制值设置到control中。
我们需要在我们的驱动程序初始化时主动调用snd_pcm_new()函数创建pcm设备，而control设备则在snd_card_create()内被创建，snd_card_create()通过调用snd_ctl_create()函数创建control设备节点。所以我们无需显式地创建control设备，只要建立声卡，control设备被自动地创建。
7.移动设备中的ALSA（ASoC）
ASoC--ALSA System on Chip ，是为了更好地支持嵌入式处理器和移动设备中的音频Codec的一套软件体系。ASoC不能单独存在，它建立在标准ALSA驱动之上，必须和标准的ALSA驱动框架相结合才能工作。
在软件层面， ASoC也把嵌入式设备的音频系统同样分为3大部分， Machine， Platform和Codec
Machine驱动：跟单板相关，绑定Platform和Codec驱动，即表明使用的是哪个Platform，哪个CPU DAI、DMA、Codec和Codec DAI。
Platform驱动 ：它包含了该SoC平台的音频DMA和音频接口DAI的配置和控制（ I2S， PCM等等）
Codec驱动 ：它包含了一些音频的控件（ Controls），音频接口， DAMP（动态音频电源管理）的定义和某些Codec IO功能。所有的Codec驱动都要提供以下特性：
Codec DAI 和 PCM的配置信息；
Codec的IO控制方式（ I2C， SPI等）；
Mixer和其他的音频控件；
Codec的ALSA音频操作接口；
8.ASoC架构中的Machine
ASoC把声卡注册为Platform Device。
Machine驱动在一个重要的数据结构snd_soc_dai_link中，指定了Platform、 Codec、 codec_dai、 cpu_dai的名字，稍后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，用他们填充以上几个数据结构，然后注册Platform设备即可。
platform总线会匹配这两个名字相同的device和driver，同时会触发soc_probe的调用，它正是整个ASoC驱动初始化的入口。
在soc_probe函数中会完成以下任务：
调用标准的alsa函数创建声卡实例
挨个调用了codec， dai和platform驱动的probe函数
调用了soc_new_pcm()函数用于创建标准alsa驱动的pcm逻辑设备
最后则是调用标准alsa驱动的声卡注册函数对声卡进行注册
9.ASoC架构中的Codec
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D/A转换，把数字的音频信号转换为模拟信号
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
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
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。
Codec驱动的步骤：
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。
在snd_soc_register_codec函数中，它申请了一个snd_soc_codec结构的实例：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！然后初始化snd_soc_codec结构的各个字段，多数字段的值来自上面定义的snd_soc_codec_driver的实例。
通过snd_soc_register_dais函数对本Codec的dai进行注册
在snd_soc_register_dais函数中为每个snd_soc_dai实例分配内存，确定dai的名字，用snd_soc_dai_driver实例的字段对它进行必要初始化
最后，它把codec实例链接到全局链表codec_list中，把dai链接到全局链表dai_list中，并且调snd_soc_instantiate_cards函数触发Machine驱动进行一次匹配绑定操作
10.ASoC架构中的Platform
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有把Platform驱动分为两个部分： snd_soc_platform_driver和snd_soc_dai_driver。其中， 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， 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。
snd_soc_platform_driver的注册
实现该驱动大致可以分为以下几个步骤：
定义一个snd_soc_platform_driver结构的实例；
在platform_driver的probe回调中利用ASoC的API： snd_soc_register_platform()注册上面定义的实例；
实现snd_soc_platform_driver中的各个回调函数
snd_soc_platform_driver中的ops字段是一个snd_pcm_ops结构，实现该结构中的各个回调函数是soc platform驱动的主要工作，他们基本都涉及dma操作以及dma buffer的管理等工作。下面介绍几个重要的回调函数：
ops.open：当应用程序打开一个pcm设备时，该函数会被调用
ops.hw_params：驱动的hw_params阶段，该函数会被调用，该函数会通过snd_soc_dai_get_dma_data函数获得对应的dai的dma参数
ops.prepare：正式开始数据传送之前会调用该函数，该函数通常会完成dma操作的必要准备工作。
ops.trigger：数据传送的开始，暂停，恢复和停止时，该函数会被调用。
ops.pointer：该函数返回传送数据的当前位置
cpu的snd_soc_dai driver驱动的注册
dai驱动通常对应cpu的一个或几个I2S/PCM接口，与snd_soc_platform一样， dai驱动也是实现为一个platform driver，实现一个dai驱动大致可以分为以下几个步骤：
定义一个snd_soc_dai_driver结构的实例；
在对应的platform_driver中的probe回调中通过API： snd_soc_register_dai或者snd_soc_register_dais，注
册snd_soc_dai实例；
实现snd_soc_dai_driver结构中的probe、 suspend等回调；
实现snd_soc_dai_driver结构中的snd_soc_dai_ops字段中的回调函数
它的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，这些回调函数基本可以分为3大类，驱动程序可以根据实际情况实现其中的一部分：
工作时钟配置函数 通常由machine驱动调用
标准的snd_soc_ops回调 通常由soc-core在进行PCM操作时调用
抗pop， pop声 由soc-core调用
11.音频数据的dma操作
soc-platform驱动的最主要功能就是要完成音频数据的传送，大多数情况下，音频数据都是通过dma来完成的
申请dma buffer
在声卡的建立阶段，pcm_new回调函数会被调用，函数进一步为playback和capture分别调用preallocate_dma_buffer函数分配dma内存，然后完成substream->dma_buffer的初始化赋值工作
在声卡的hw_params阶段， snd_soc_platform_driver结构的ops->hw_params会被调用，在该回调用，通常会使用api： snd_pcm_set_runtime_buffer()把substream->dma_buffer的数值拷贝到substream->runtime的相关字段中（ .dma_area, .dma_addr, .dma_bytes），这样以后就可以通过substream->runtime获得这些地址和大小信息了。
dma buffer获得后，即是获得了dma操作的源地址，那么目的地址在哪里？其实目的地址当然是在dai中，也就是前面介绍的snd_soc_dai结构的playback_dma_data和capture_dma_data字段中，而这两个字段的值也是在hw_params阶段，由snd_soc_dai_driver结构的ops->hw_params回调，利用api： snd_soc_dai_set_dma_data进行设置的。紧随其后， snd_soc_platform_driver结构的ops->hw_params回调利用api： snd_soc_dai_get_dma_data获得这些dai的dma信息，其中就包括了dma的目的地址信息。这些dma信息通常还会被保存在substream->runtime->private_data中，以便在substream的整个生命周期中可以随时获得这些信息，从而完成对dma的配置和操作
dma buffer管理
播放时，应用程序把音频数据源源不断地写入dma buffer中，然后相应platform的dma操作则不停地从该buffer中取 出数据，经dai送往codec中。录音时则正好相反， codec源源不断地把A/D转换好的音频数据经过dai送入dma buffer中，而应用程序则不断地从该buffer中读走音频数据。
