8.声卡驱动02-自己实现alsa驱动-虚拟声卡-匹配

亲自动手，丰衣足食。本文目的是实现史上最简单的Linux声卡驱动。
如果你是初学者，可能从其他文章了解到声卡驱动，不出意外你可能已经云里雾里了，除非你聪明绝顶(秃顶那种)。
其实生成声卡的节点，子需要几个函数就可以了，它们分别是：

platform：snd_soc_register_component()注册CPU DAI, snd_soc_register_platform()注册platform;
codec：snd_soc_register_codec()注册CODEC DAI和CODEC;
machine：snd_soc_register_card()注册声卡，真正生成节点在这里。

平台：ubuntu 16.04，kernel版本是4.15.0, 本来是想使用qemu测试的，但是电脑配置太低，运行较卡，放弃了。
入口想使用qemu搭建虚拟平台，可参考：【嵌入式Linux驱动入门】一、基于QEMU的IMX6ULL虚拟开发环境搭建。

框架图：

1. codec

1.1 注册codec dai和codec

ret = snd_soc_register_codec(&pdev->dev, &soc_vcodec_drv,vcodec_dai, ARRAY_SIZE(vcodec_dai));

先看看soc_vcodec_drv定义

static struct snd_soc_codec_driver soc_vcodec_drv = {.probe = vcodec_probe,.remove = vcodec_remove,//.read = vcodec_reg_read,//.write = vcodec_reg_write,.ignore_pmdown_time = 1,
};

匹配成功会调用probe()函数, read/write并不是音频数据的读写，而是codec寄存器的读写。
再看看vcodec_dai的定义

static const struct snd_soc_dai_ops vcodec_dai_ops = {.startup      = vcodec_startup,  //open之后调用，表示开始，做一下初始化操作.hw_params        = vcodec_hw_params,    //设置硬件参数，如采样率等.prepare       = vcodec_prepare,  //每次数据传送输之前调用.trigger       = vcodec_trigger,  //数据传输的开始，暂停，恢复和停止时，该函数会被调用.shutdown       = vcodec_shutdown,
};static struct snd_soc_dai_driver vcodec_dai[] = {{.name  = "vcodec_dai",.playback = {.channels_min = 1,.channels_max = 2,.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_192000 |    //codec支持的采样率SNDRV_PCM_RATE_KNOT,.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE |  //codec支持的格式，就是数据位宽SNDRV_PCM_FMTBIT_S24_LE   |SNDRV_PCM_FMTBIT_S32_LE,},.capture = {.channels_min = 1,.channels_max = 2,.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_48000 | //codec支持的采样率SNDRV_PCM_RATE_KNOT,.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE |  //codec支持的采样率SNDRV_PCM_FMTBIT_S24_LE    |SNDRV_PCM_FMTBIT_S32_LE,},.ops = &vcodec_dai_ops,},
};

vcodec_dai是代表codec侧的dai驱动，其中包括dai的配置(音频格式，clock，音量等)；
playback表示有播放功能，capture表示录音功能，如果去掉其中一个，表示没有相应功能；
vcodec_dai_ops是由asoc-core调用的函数集，是在open之后调用的，它们的调用顺序是
startup --> hw_params --> prepare --> trigger --> shutdown

另外vcodec_dai_ops还有成员函数digital_mute，功能就是字面意思开关静音，开发过程中经常遇到pop声，可以在这开关功放。

1.2 分析一下snd_soc_register_codec

简略版snd_soc_register_codec(), 留下我们关心的内容

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;codec = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_codec), GFP_KERNEL);codec->component.codec = codec;ret = snd_soc_component_initialize(&codec->component,&codec_drv->component_driver, dev);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;ret = snd_soc_register_dais(&codec->component, dai_drv, num_dai, false);list_for_each_entry(dai, &codec->component.dai_list, list)dai->codec = codec;snd_soc_component_add_unlocked(&codec->component);list_add(&codec->list, &codec_list);
}

第6~18行，我们定义的soc_vcodec_drv只是一个副本，重新定义了一个snd_soc_codec指针codec，并将soc_vcodec_drv的回调函数复制到codec->component；
第9行，snd_soc_component_initialize()初始化codec->component, 里面fmt_single_name()生成component->name用于匹配，规则是:dev_name(dev), 如：vcodec.0。如果是I2C设备，却是[dev->driver->name].[bus]-[addr];
第20行，里面调用snd_soc_register_dais()注册codec_dai，会加到codec->component.dai_list
第24行，注册codec->component，会添加到全局链表component_list
第25行，添加codec到全局链表codec_list

2. platform

2.1 注册cpu dai

ret = snd_soc_register_component(&pdev->dev, &vplat_cpudai_component,&vplat_cpudai_dai, 1);

看一下vplat_cpudai_component和vplat_cpudai_dai定义

static const struct snd_soc_component_driver vplat_cpudai_component = {.name = "vplat-cpudai",
};static struct snd_soc_dai_driver vplat_cpudai_dai = {.name   = "vplat-cpudai",.playback = {.channels_min = 1,.channels_max = 2,.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_192000 |SNDRV_PCM_RATE_KNOT,.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE |SNDRV_PCM_FMTBIT_S24_LE  |SNDRV_PCM_FMTBIT_S32_LE,},.capture = {.channels_min = 1,.channels_max = 2,.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_48000 |SNDRV_PCM_RATE_KNOT,.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE |SNDRV_PCM_FMTBIT_S24_LE |SNDRV_PCM_FMTBIT_S32_LE,},.ops = NULL,
};

跟codec dai差不多

分析一下snd_soc_register_component

snd_soc_register_component(...) -->struct snd_soc_component *cmpnt;//1.新建一个componentcmpnt = kzalloc(sizeof(*cmpnt), GFP_KERNEL);ret = snd_soc_component_initialize(cmpnt, cmpnt_drv, dev); -->component->name = fmt_single_name(dev, &component->id);//2.注册cpu_dai,最终添加cpu_dai到component->dai_list链表ret = snd_soc_register_dais(cmpnt, dai_drv, num_dai, true); -->soc_add_dai(component, dai_drv + i,count == 1 && legacy_dai_naming); -->dai->name = fmt_single_name(dev, &dai->id);list_add(&dai->list, &component->dai_list);//3.注册component，最终添加到全局链表component_listsnd_soc_component_add(cmpnt); -->snd_soc_component_add_unlocked(component); -->list_add(&component->list, &component_list);

可见，snd_soc_register_component, 做了3件事

新建一个component；

注册cpu_dai,最终添加cpu_dai到component->dai_list链表。关注一下用于匹配的name是怎么来的，是通过fmt_single_name()函数生成的，规则是: dev_name(dev), 那么这里cpu_dai的那么是vplat.0,不清楚的可以这样看：

vbox@vbox-pc:/sys/bus/platform/drivers/vplat$ ls -l
total 0
--w------- 1 root root 4096 10月 25 10:09 bind
lrwxrwxrwx 1 root root    0 10月 25 10:09 module -> ../../../../module/vplatform
--w------- 1 root root 4096 10月 25 10:09 uevent
--w------- 1 root root 4096 10月 25 10:09 unbind
lrwxrwxrwx 1 root root    0 10月 25 10:09 vplat.0 -> ../../../../devices/platform/vplat.0

注册component，最终添加到全局链表component_list；

2.2 注册platform

ret = snd_soc_register_platform(&pdev->dev, &vplat_soc_drv);

看一下vplat_soc_drv定义

static struct snd_pcm_ops vplat_pcm_ops = {.open        = vplat_pcm_open,.close        = vplat_pcm_close,.ioctl       = snd_pcm_lib_ioctl,.hw_params = vplat_pcm_hw_params,.prepare    = vplat_pcm_prepare,.trigger    = vplat_pcm_trigger,.pointer   = vplat_pcm_pointer,.mmap      = vplat_pcm_mmap,//.copy       = vplat_pcm_copy,
};static struct snd_soc_platform_driver vplat_soc_drv = {.ops      = &vplat_pcm_ops,          //由asoc-core回调同codec.pcm_new    = vplat_pcm_new,           //分配DMA内存.pcm_free  = vplat_pcm_free_buffers,  //释放DMA内存
};

分析一下snd_soc_register_platform

snd_soc_register_platform(...) -->struct snd_soc_platform *platform;platform = kzalloc(sizeof(struct snd_soc_platform), GFP_KERNEL); -->ret = snd_soc_add_platform(dev, platform, platform_drv); -->ret = snd_soc_component_initialize(&platform->component,&platform_drv->component_driver, dev);snd_soc_component_add_unlocked(&platform->component);list_add(&platform->list, &platform_list);

一样的套路，重新分配一个platform，vplat_soc_drv就是个副本，snd_soc_component_initialize()同样调用fmt_single_name()给platform取个名。

platform也会有一个component，同样注册到全局的component_list链表。

platform最终注册到全局的platform_list链表。

3. machine

3.1 注册soc_card

 struct snd_soc_card *card = &snd_soc_my_card;card->dev = &pdev->dev;ret = snd_soc_register_card(card);

看一下snd_soc_my_card定义

static struct snd_soc_dai_link my_card_dai_link[] = {{.name         = "my-codec",.stream_name    = "MY-CODEC",        //stream的名字.codec_name      = "vcodec.0",        //用于指定codec芯片.codec_dai_name = "vcodec_dai",     //用于codec侧的dai名字.cpu_dai_name   = "vplat.0",     //用于指定cpu侧的dai名字.platform_name  = "vplat.0",     //用于指定cpu侧平台驱动，通常都是DMA驱动，用于传输.init            = my_card_init,        //在probe后调用.ops         = &my_card_ops,        //asoc-core回调，全是硬件操作},
};static struct snd_soc_card snd_soc_my_card = {.name          = "my-codec",.owner          = THIS_MODULE,.dai_link        = my_card_dai_link,.num_links      = ARRAY_SIZE(my_card_dai_link),
};

其中dai_link结构就是用作连接platform和codec的，指明到底用那个codec，那个platfrom。
一个dai_link对应着一个stream，一个stream可能有一个或两个substream，分别是playback或catpure。

3.2 分析一下snd_soc_register_card

snd_soc_register_card(...) -->//一个for循环，初始化所有dai_linkret = soc_init_dai_link(card, link);ret = snd_soc_instantiate_card(card); -->//一个for循环, 绑定所有dai_link的dairet = soc_bind_dai_link(card, &card->dai_link[i]); -->//创建runtimertd = soc_new_pcm_runtime(card, dai_link);//绑定cpu_dairtd->cpu_dai = snd_soc_find_dai(&cpu_dai_component);//绑定codec和codec_daicodec_dais = rtd->codec_dais;codec_dais[i] = snd_soc_find_dai(&codecs[i]);rtd->codec_dai = codec_dais[0];rtd->codec = rtd->codec_dai->codec;//绑定platformlist_for_each_entry(platform, &platform_list, list)...rtd->platform = platformsoc_add_pcm_runtime(card, rtd);//将runtime加到card的rtd_listlist_add_tail(&rtd->list, &card->rtd_list);  //创建snd_card, controlCX节点在此生成ret = snd_card_new(card->dev, SNDRV_DEFAULT_IDX1, SNDRV_DEFAULT_STR1,card->owner, 0, &card->snd_card);//匹配成功，回调各个的probe函数，soc_new_pcm也会被调到，创建pcmCXDXp和pcmCXDXc节点soc_probe_link_dais(card, rtd, order);

通过snd_soc_register_card来注册card, 此函数之后，声卡的相关节点基本生成；

附上多年前在linux 3.X跟的代码：wm8960_note

4. 测试

在ubuntu 16.04上测试，需要另外安装另外3个驱动：
sudo insmod /lib/modules/4.15.0-112-generic/kernel/sound/core/snd-compress.ko
sudo insmod /lib/modules/4.15.0-112-generic/kernel/sound/core/snd-pcm-dmaengine.ko
sudo insmod /lib/modules/4.15.0-112-generic/kernel/sound/soc/snd-soc-core.ko

需要注意的是：/lib/modules/有两个内核版本驱动：
vbox@vbox-pc:/lib/modules$ ls
4.15.0-112-generic  4.15.0-142-generic
笔者的ubuntu出现过问题，手动改过内核版本,用的是4.15.0-112-generic，看可以通过命令uname -a查看一下：
vbox@vbox-pc:/proc/asound$ uname -a
Linux vbox-pc 4.15.0-112-generic #113~16.04.1-Ubuntu SMP Fri Jul 10 04:37:08 UTC 2020 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

Makefile改一下KERN_DIR，KERN_DIR就是内核代码路径，Ubuntu下怎么修改，uname -a看一下内核版本，找到/usr/src/下对应的
如：KERN_DIR = /usr/src/linux-headers-4.15.0-112-generic

编译之后接下来就可以安装我们的驱动了
sudo insmod vplatform.ko
sudo insmod vcodec.ko
sudo insmod vmachine.ko

查看打印

vmachine vmachine.0: vcodec_dai <-> vplat.0 mapping ok

说明匹配成功，查看一下系统有哪些声卡

vbox@vbox-pc:/proc/asound$ cat cards0 [I82801AAICH    ]: ICH - Intel 82801AA-ICHIntel 82801AA-ICH with AD1980 at irq 211 [mycodec        ]: my-codec - my-codecOracleCorporation-VirtualBox-1.2-VirtualBox

mycodec就是我们的声卡，注册在card1.
查看一下pcm

vbox@vbox-pc:/proc/asound$ cat pcm
00-00: Intel ICH : Intel 82801AA-ICH : playback 1 : capture 1
00-01: Intel ICH - MIC ADC : Intel 82801AA-ICH - MIC ADC : capture 1
01-00: MY-CODEC vcodec_dai-0 :  : playback 1 : capture 1

MY-CODEC就是我们注册的声卡了。
“01-00”：表示声卡1，device 0
这时节点应该生成了

vbox@vbox-pc:/dev/snd$ ls -l
total 0
drwxr-xr-x  2 root root       80 10月 24 09:39 by-path
crw-rw----+ 1 root audio 116,  2 10月 24 09:31 controlC0
crw-rw----+ 1 root audio 116,  6 10月 24 09:39 controlC1
crw-rw----+ 1 root audio 116,  4 10月 24 09:32 pcmC0D0c
crw-rw----+ 1 root audio 116,  3 10月 24 09:32 pcmC0D0p
crw-rw----+ 1 root audio 116,  5 10月 24 09:31 pcmC0D1c
crw-rw----+ 1 root audio 116,  8 10月 24 09:39 pcmC1D0c
crw-rw----+ 1 root audio 116,  7 10月 24 09:39 pcmC1D0p
crw-rw----+ 1 root audio 116,  1 10月 24 09:31 seq
crw-rw----+ 1 root audio 116, 33 10月 24 09:31 timer

成功生成controlC1、pcmC1D0c、pcmC1D0p。
如果是移植真正codec，到这里基本是能用了，但是这里是要写一个不涉及硬件操作的虚拟声卡，所以是不能用的，后续继续。

另外测试平台不限于ubuntu 16.04，只要内核版本相差不大，应该都能编译通过，是能用的。
现在看看，还是挺简单的，为什么当初学的时候那么费劲？因为没有动手敲。

附上代码位置：https://codechina.csdn.net/u014056414/myalsa/-/tree/2026176f47f4de4ed6aa671a1c9206880b0cf7d2

认准提交“1.匹配, 生成节点”