Linux 音频驱动(三) ASoC音频驱动之Codec驱动

1. 简介

在内核源码Documentation/sound/alsa/soc/overview.txt中，对Codec驱动有如下论述：
Codec驱动程序独立于平台，包含音频控件，音频接口功能，编解码器DAPM定义和编解码器IO功能。如果需要，该类可扩展至BT，FM和MODEM IC。Codec类驱动程序应该是可以在任何体系结构和机器上运行的通用代码。

注：DAPM，Dynamic Audio Power Management，动态音频电源管理，为移动Linux设备设计，使得音频系统任何时候都工作在最低功耗状态。

对于Playback来说，user space送过来的PCM数据是经过抽样量化出来的数字信号，在codec经过DAC转换成模拟信号送到外放耳机输出，这样我们就可以听到声音了。
Codec字面意思是编解码器，但芯片里面的功能部件很多，常见的有AIF、DAC、ADC、Mixer、PGA、Line-in、Line-out，有些高端的codec芯片还有EQ、DSP、SRC、DRC、AGC、Echo canceller、Noise suppression等部件。

本文重点关注codec_daiI驱动和codec驱动。
Codec指音频codec共有的部分，包括codec初始化函数、控制接口、寄存器缓存、控件列表、dapm部件列表、音频路由列表、偏置电压设置函数等描述信息.
Codec_dai指codec上的数字音频接口DAI驱动描述，各个接口的描述信息不一定都是一致的，所以各个音频接口都有它自身的驱动描述，包括音频接口的初始化函数、操作函数集、能力描述等。

2. 源码分析

Kernel 版本：3.10
Codec驱动是编解码器部分的控制代码，其抽象出两个结构体分别为snd_soc_codec_driver和snd_soc_dai_driver。

2.1. Codec

2.1.1. 数据结构struct snd_soc_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 *);int (*resume)(struct snd_soc_codec *);/* Default control and setup, added after probe() is run */const struct snd_kcontrol_new *controls;int num_controls;const struct snd_soc_dapm_widget *dapm_widgets;int num_dapm_widgets;const struct snd_soc_dapm_route *dapm_routes;int num_dapm_routes;/* codec wide operations */int (*set_sysclk)(struct snd_soc_codec *codec,int clk_id, int source, unsigned int freq, int dir);int (*set_pll)(struct snd_soc_codec *codec, int pll_id, int source,unsigned int freq_in, unsigned int freq_out);/* codec IO */unsigned int (*read)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);int (*write)(struct snd_soc_codec *, unsigned int, unsigned int);int (*display_register)(struct snd_soc_codec *, char *,size_t, unsigned int);int (*volatile_register)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);int (*readable_register)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);int (*writable_register)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);unsigned int reg_cache_size;short reg_cache_step;short reg_word_size;const void *reg_cache_default;short reg_access_size;const struct snd_soc_reg_access *reg_access_default;enum snd_soc_compress_type compress_type;......
};

probe：codec驱动的probe函数，由snd_soc_instantiate_card回调；
controls：音频控件指针；
dapm_widgets：dapm部件指针；
dapm_routes：dapm路由指针；
set_sysclk：时钟配置函数；
set_pll：锁相环配置函数；
read：读取codec寄存器接口；
write：写入codec寄存器接口；
volatile_register：判断指定的寄存器是否是volatile属性；假如是，则asoc-core读取它的时候不会读cache，会直接通过控制接口访问硬件IO；
readable_register：判断指定的寄存器是否可读；
writable_register：判断指定的寄存器是否可写；
reg_cache_default：codec寄存器的缺省值；
reg_cache_size：codec缺省的寄存器值数组大小；
reg_word_size：codec寄存器值宽度。

关于CODEC register cache，还不清楚其目的，可能是为了减小Codec寄存器访问延时。如果是非volatile类型的寄存器，直接访问cache里的备份即可，不需要每次都访问硬件寄存器，从而达到加速访问的效果。
查了相关资料，这部分和regmap机制关联性很大。有兴趣的读者可以自己研究一下regmap机制。
Regmap 机制是在 Linux 3.1 加入进来的特性。主要目的是减少慢速 I/O 驱动上的重复逻辑，提供一种通用的接口来操作底层硬件上的寄存器。其实这就是内核做的一次重构。Regmap 除了能做到统一的 I/O 接口，还可以在驱动和硬件 IC 之间做一层缓存，从而能减少底层 I/O 的操作次数。

控件（controls）、部件（widgets）、路由（routes）：
controls 为控件，其抽象的结构体为struct snd_kcontrol_new，可以为单独的一个控件，控制声卡某一功能，如声卡的播放声音，也可以用于连接两个部件（widget）形成一条通路（route），controls的注册函数snd_soc_add_codec_controls()；
widgets 为部件，其抽象的结构体为struct snd_soc_dapm_widget，个人感觉部件就是声卡内部的节点的抽象，也是对某些controls做了一层封装，如录音输入引脚、输出引脚以及中间控制多路声音混合的混音器，widgets注册函数snd_soc_dapm_new_controls；
route 表示路由，其抽象的结构体为struct snd_soc_dapm_route。两个widget中间通过controls连接形成一条route（貌似controls可以为空），routes注册函数snd_soc_dapm_add_routes()；

2.1.2. 注册Codec

调用kzalloc()创建一个snd_soc_codec实例codec；
调用fmt_single_name()创建codec name和id；
初始化snd_soc_dai实例codec相关参数，包括读写相关的操作函数（实际上是由codec_drv来打理）；还包括dev和driver指针的链接；
调用kmemdup()分配 CODEC register cache；
如果有需要，设定default volatile_register、readable_register、writable_register回调函数；
调用fixup_codec_formats()设置数据的格式（big and little endian）；
调用list_add()将snd_soc_codec实例codec插入到codec_list链表，Machine驱动初始化时会遍历该链表，以找到dai_link声明的codec并绑定。
调用snd_soc_register_dais()注册codec_dai，下一小节我们详细分析该函数。

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)
{size_t reg_size;struct snd_soc_codec *codec;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;/* create CODEC component name */codec->name = fmt_single_name(dev, &codec->id);if (codec->name == NULL) {ret = -ENOMEM;goto fail_codec;}if (codec_drv->compress_type)codec->compress_type = codec_drv->compress_type;elsecodec->compress_type = SND_SOC_FLAT_COMPRESSION;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->ignore_pmdown_time = codec_drv->ignore_pmdown_time;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;mutex_init(&codec->mutex);/* allocate CODEC register cache */if (codec_drv->reg_cache_size && codec_drv->reg_word_size) {reg_size = codec_drv->reg_cache_size * codec_drv->reg_word_size;codec->reg_size = reg_size;/* it is necessary to make a copy of the default register cache* because in the case of using a compression type that requires* the default register cache to be marked as the* kernel might have freed the array by the time we initialize* the cache.*/if (codec_drv->reg_cache_default) {codec->reg_def_copy = kmemdup(codec_drv->reg_cache_default,reg_size, GFP_KERNEL);if (!codec->reg_def_copy) {ret = -ENOMEM;goto fail_codec_name;}}}if (codec_drv->reg_access_size && codec_drv->reg_access_default) {if (!codec->volatile_register)codec->volatile_register = snd_soc_default_volatile_register;if (!codec->readable_register)codec->readable_register = snd_soc_default_readable_register;if (!codec->writable_register)codec->writable_register = snd_soc_default_writable_register;}for (i = 0; i < num_dai; i++) {fixup_codec_formats(&dai_drv[i].playback);fixup_codec_formats(&dai_drv[i].capture);}mutex_lock(&client_mutex);list_add(&codec->list, &codec_list);mutex_unlock(&client_mutex);/* register any DAIs */ret = snd_soc_register_dais(dev, dai_drv, num_dai);if (ret < 0) {dev_err(codec->dev, "ASoC: Failed to regster DAIs: %d\n", ret);goto fail_codec_name;}dev_dbg(codec->dev, "ASoC: Registered codec '%s'\n", codec->name);return 0;......
}

2.2. Codec DAI

2.2.1. 数据结构struct snd_soc_dai_driver

通过struct snd_soc_dai_driver结构体来定义一个codec_dai。struct snd_soc_dai_driver结构体如下：

struct snd_soc_dai_driver {/* DAI description */const char *name;unsigned int id;int ac97_control;unsigned int base;/* DAI driver callbacks */int (*probe)(struct snd_soc_dai *dai);int (*remove)(struct snd_soc_dai *dai);int (*suspend)(struct snd_soc_dai *dai);int (*resume)(struct snd_soc_dai *dai);/* compress dai */bool compress_dai;/* ops */const struct snd_soc_dai_ops *ops;/* DAI capabilities */struct snd_soc_pcm_stream capture;struct snd_soc_pcm_stream playback;unsigned int symmetric_rates:1;/* probe ordering - for components with runtime dependencies */int probe_order;int remove_order;
};

name：codec_dai的名称标识，machine中的dai_link通过codec_dai_name来匹配codec_dai；
probe：codec_dai的probe函数，由snd_soc_instantiate_card()回调；
playback：回放数据流性能描述信息，如所支持的声道数、采样率、音频格式；
capture：录制数据流性能描述信息，如所支持声道数、采样率、音频格式；
ops：指向codec_dai的操作函数集，这些函数集非常重要，它定义了DAI的时钟配置、格式配置、数字静音、PCM音频接口、FIFO延迟报告等回调。struct snd_soc_dai_ops 结构体注释非常详细，这里不再赘述。

2.2.2. 注册Codec DAI：snd_soc_register_dais()

严格来说，注册codec_dai是通过snd_soc_register_codec()->snd_soc_register_dais()。
codec和codec_dai是通过snd_soc_register_codec()同时注册的。snd_soc_register_codec()的第3个入参dai_drv、第4个入参num_dai会传入到snd_soc_register_dais()中，如2.1.2.小节第8步。

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);

通过snd_soc_register_dais()把初始化完成的snd_soc_dai_driver注册到asoc-core：

调用kzalloc()创建一个snd_soc_dai实例；
调用fmt_single_name()创建codec_dai name和id；
初始化snd_soc_dai实例dai相关参数；
从列表(codec_list)获取codec设备，并与DAI(codec_dai)关联起来；
调用list_add()将snd_soc_dai实例插入到dai_list链表，Machine驱动初始化时会遍历该链表，以找到dai_link声明的codec_dai并绑定。

static int snd_soc_register_dais(struct device *dev,struct snd_soc_dai_driver *dai_drv, size_t count)
{struct snd_soc_codec *codec;struct snd_soc_dai *dai;int i, ret = 0;dev_dbg(dev, "ASoC: dai register %s #%Zu\n", dev_name(dev), count);for (i = 0; i < count; i++) {dai = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_dai), GFP_KERNEL);if (dai == NULL) {ret = -ENOMEM;goto err;}/* create DAI component name */dai->name = fmt_multiple_name(dev, &dai_drv[i]);if (dai->name == NULL) {kfree(dai);ret = -EINVAL;goto err;}dai->dev = dev;dai->driver = &dai_drv[i];if (dai->driver->id)dai->id = dai->driver->id;elsedai->id = i;dai->dapm.dev = dev;if (!dai->driver->ops)dai->driver->ops = &null_dai_ops;mutex_lock(&client_mutex);list_for_each_entry(codec, &codec_list, list) {if (codec->dev == dev) {dev_dbg(dev, "ASoC: Mapped DAI %s to ""CODEC %s\n", dai->name, codec->name);dai->codec = codec;break;}}if (!dai->codec)dai->dapm.idle_bias_off = 1;list_add(&dai->list, &dai_list);mutex_unlock(&client_mutex);dev_dbg(dai->dev, "ASoC: Registered DAI '%s'\n", dai->name);}return 0;err:for (i--; i >= 0; i--)snd_soc_unregister_dai(dev);return ret;
}

3. 总结

问：codec_dai从属于codec，应该可以实现由codec_dai就能找到它对应的父设备codec的方法，那dai_link为什么要同时声明codec和codec_dai ？

答：系统上如果有两个以上的codec，而恰好不同codec上的codec_dai有重名的话，此时就必须同时声明codec和codec_dai才能找到正确的音频接口。