Codec driver example(es8323/es8316 on rockchip)
Codec Block Diagram
codec硬件框图如下(ES8323)
录音过程(ADC data)
模拟输入从LIN1/RIN1,经过MUX到ADC,通过ASDOUT发送给对端(CPU I2S控制器)
放音过程(DAC data)
数字信号从DSDIN进入(对端CPU I2S控制器),发送到DAC,DAC通过DACL/DACR连接到MixL/MixR,最后输出到LOUT1/ROUT1
基础知识
参考文章
Frame & Period
- Sample:样本长度,音频数据最基本的单位,常见的有8位和16位
- Channel:声道数,分为单声道mono和立体声stereo
- Frame:帧,构成一个完整的声音单元,所谓的声音单元是指一个采样样本,Frame = Sample * channel
- Rate:又称 sample rate,采样率,即每秒的采样次数,针对帧而言
- Period Size:周期,每次硬件中断处理音频数据的帧数,对于音频设备的数据读写,以此为单位
- Buffer Size:数据缓冲区大小,这里指runtime的buffer size一般来说 buffer_size = period_size * period_count, period_count 相当于处理完一个 buffer 数据所需的硬件中断次数
下面一张图直观的表示buffer/period/frame/sample之间的关系
这个buffer中有4个period,每当DMA搬运完一个period的数据就会出生一次中断,因此搬运这个buffer中的数据将产生4次中断.ALSA 为什么这样做？因为数据缓存区可能很大,一次传输可能会导致不可接受的延迟,为了解决这个问题,alsa 把缓存区拆分成多个周期,以周期为单元传输数据
Codec驱动(es8323.c)
硬件连接
SPK_CTL连接GPIO7_B7
HP_CTL连接GPIO7_A4
HP_DET连接GPIO0_B5
DeviceTree Describe
&i2c2 {
es8323: es8323@10 {
compatible = "es8323";
reg = <0x10>;
spk-con-gpio = <&gpio7 GPIO_B7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
hp-con-gpio = <&gpio0 GPIO_B5 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
hp-det-gpio = <&gpio7 GPIO_A4 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};
};
Machine驱动(rk_es8323.c rockchip平台)
DeviceTree Describe
/ {
rockchip-es8323 {
compatible = "rockchip-es8323";
dais {
dai0 {
audio-codec = <&es8323>;
audio-controller = <&i2s>;
format = "i2s";
};
};
};
};
Platform驱动(rk_i2s.c rockchip平台)
DeviceTree Describe
i2s: rockchip-i2s@0xff890000 {
compatible = "rockchip-i2s";
reg = <0xff890000 0x10000>;
i2s-id = <0>;
clocks = <&clk_i2s>, <&clk_i2s_out>, <&clk_gates10 8>;
clock-names = "i2s_clk","i2s_mclk", "i2s_hclk";
interrupts = <GIC_SPI 85 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
dmas = <&pdma0 0>, <&pdma0 1>;
dma-names = "tx", "rx";
pinctrl-names = "default", "sleep";
pinctrl-0 = <&i2s_mclk &i2s_sclk &i2s_lrckrx &i2s_lrcktx &i2s_sdi &i2s_sdo0 &i2s_sdo1 &i2s_sdo2 &i2s_sdo3>;
pinctrl-1 = <&i2s_gpio>;
};
从datasheet里Address Mapping可以找到I2S控制器被映射到的位置
中断号(SPI[85])
DMA编号(tx[0], rx[1])
I2S寄存器信息,32bit,步进4
Codec驱动(es8316.c)
硬件连接(同ES8323)
DeviceTree Describe
&i2c2 {
es8316: es8316@10 {
compatible = "es8316";
reg = <0x10>;
spk-con-gpio = <&gpio7 GPIO_B7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
hp-con-gpio = <&gpio0 GPIO_B5 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
hp-det-gpio = <&gpio7 GPIO_A4 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};
};
Machine驱动(rk_es8316.c rockchip平台)
DeviceTree Describe
/ {
rockchip-es8316 {
compatible = "rockchip-es8316";
dais {
dai0 {
audio-codec = <&es8316>;
audio-controller = <&i2s>;
format = "i2s";
};
};
};
};
Platform驱动(rk_i2s.c rockchip平台, 同ES8323)
ALSA DAPM
设计dapm的主要目的之一,就是希望声卡上的各种部件的电源按需分配,需要的就上电,不需要的就下电,使得整个音频系统总是处于最小的耗电状态,最主要的就是,这一切对用户空间的应用程序是透明的,也就是说,用户空间的应用程序无需关心那个部件何时需要电源,它只要按需要设定好音频路径,播放音频数,暂停或停止,dapm框架会根据音频路径,完美地对各种部件的电源进行控制,而且精确地按某种顺序进行,防止上下电过程中产生不必要的pop-pop声
kcontrol
一个kcontrol代表着一个mixer(混音器),或是一个mux(多路开关),或是一个音量控制器等
定义一个kcontrol主要就是定义一个snd_kcontrol_new结构
struct snd_kcontrol_new {
...
snd_kcontrol_get_t *get;
snd_kcontrol_put_t *put;
...
unsigned long private_value;
};
get回调函数用于获取该控件当前的状态值
put回调函数则用于设置控件的状态值
private_value字段则根据不同的控件类型有不同的意义,比如对于普通的控件,private_value字段可以用来定义该控件所对应的寄存器的地址以及对应的控制位在寄存器中的位置信息
- Mixer控件
Mixer控件用于音频通道的路由控制,由多个输入和一个输出组成,多个输入可以自由地混合在一起,形成混合后的输出
- Mux控件
mux控件与mixer控件类似,也是多个输入端和一个输出端的组合控件,与mixer控件不同的是,mux控件的多个输入端同时只能有一个被选中
- SOC_SINGLE(DAC Stereo Enhancement)
这种控件只有一个控制量,比如一个开关,Codec中某个频率,FIFO大小等
寄存器描述如下
用寄存器0x32偏移量0,最大值7,描述DAC stereo
SOC_SINGLE("DAC Stereo Enhancement", ES8316_DAC_SET3_REG32, 0, 7, 0),
- SOC_SINGLE_TLV(Mic Boost)
SOC_SINGLE_TLV是SOC_SINGLE的一种扩展,主要用于定义那些有增益控制的控件,例如音量控制器,EQ均衡器等
寄存器描述如下
对应dB数是0.01dB*1200 = 12dB
static const DECLARE_TLV_DB_SCALE(mic_bst_tlv, 0, 1200, 0);
SOC_SINGLE_TLV("MIC Boost", ES8316_ADC_D2SEPGA_REG24, 0, 1, 0, mic_bst_tlv),
- Headphone Mixer Mux
硬件框图如下
寄存器描述如下
文字描述
static const char *const es8316_hpmux_texts[] = {
"lin1-rin1",
"lin2-rin2",
"lin-rin with Boost",
"lin-rin with Boost and PGA"
};
取值范围
static const unsigned int es8316_hpmux_values[] = {0, 1, 2, 3};
用REG13寄存器偏移4位起来控制左通道,最大值7,取值见values数组
static const struct soc_enum es8316_left_hpmux_enum =
SOC_VALUE_ENUM_SINGLE(ES8316_HPMIX_SEL_REG13, 4, 7,
ARRAY_SIZE(es8316_hpmux_texts),
es8316_hpmux_texts,
es8316_hpmux_values);
添加到kcontrol
static const struct snd_kcontrol_new es8316_left_hpmux_controls =
SOC_DAPM_VALUE_ENUM("Route", es8316_left_hpmux_enum);
用REG13寄存器偏移0位起来控制右通道,最大值7,取值见values数组
static const struct soc_enum es8316_right_hpmux_enum =
SOC_VALUE_ENUM_SINGLE(ES8316_HPMIX_SEL_REG13, 0, 7,
ARRAY_SIZE(es8316_hpmux_texts),
es8316_hpmux_texts,
es8316_hpmux_values);
添加到kcontrol
static const struct snd_kcontrol_new es8316_right_hpmux_controls =
SOC_DAPM_VALUE_ENUM("Route", es8316_right_hpmux_enum);
将kcontrol添加到dapm widget中,用tinymix可以看到对应的名字
SND_SOC_DAPM_MUX("Left Hp mux", SND_SOC_NOPM, 0, 0,
&es8316_left_hpmux_controls),
SND_SOC_DAPM_MUX("Right Hp mux", SND_SOC_NOPM, 0, 0,
&es8316_right_hpmux_controls),
- Analog Input MUX
硬件框图
寄存器描述
名字
static const char * const es8316_analog_in_txt[] = {
"lin1-rin1",
"lin2-rin2",
"lin1-rin1 with 20db Boost",
"lin2-rin2 with 20db Boost"
};
取值范围
static const unsigned int es8316_analog_in_values[] = {
0,/*1,*/
1,
2,
3
};
用寄存器0x22第4位起控制,最大值3,取值范围见values数组
static const struct soc_enum es8316_analog_input_enum =
SOC_VALUE_ENUM_SINGLE(ES8316_ADC_PDN_LINSEL_REG22, 4, 3,
ARRAY_SIZE(es8316_analog_in_txt),
es8316_analog_in_txt,
es8316_analog_in_values);
添加到kcontrol
static const struct snd_kcontrol_new es8316_analog_in_mux_controls =
SOC_DAPM_ENUM("Route", es8316_analog_input_enum);
将kcontrol添加到dapm widget中,用tinymix可以看到对应的名字
SND_SOC_DAPM_MUX("Differential Mux", SND_SOC_NOPM, 0, 0,
&es8316_analog_in_mux_controls),
Widget
所谓widget,其实可以理解为是kcontrol的进一步升级和封装,它同样是指音频系统中的某个部件,比如mixer,mux,输入输出引脚,电源供应器等,用结构体snd_soc_dapm_widget来描述
Widget之间的连接关系(route)
一个路径的连接至少包含以下几个元素 起始端widget,跳线path,到达端widget,在DAPM中,用snd_soc_dapm_route结构来描述这样一个连接关系
struct snd_soc_dapm_route {
const char *sink;
const char *control;
const char *source;
/* Note: currently only supported for links where source is a supply */
int (*connected)(struct snd_soc_dapm_widget *source,
struct snd_soc_dapm_widget *sink);
};
sink指向到达端widget的名字字符串
source指向起始端widget的名字字符串
control指向负责控制该连接所对应的kcontrol名字字符串
connected回调则定义了自定义连接检查回调函数
该结构的意义是:source通过一个kcontrol,和sink连接在一起,现在是否处于连接状态,请调用connected回调函数检查
有如下route
static const struct snd_soc_dapm_route es8316_dapm_routes[] = {
...
{"Digital Mic Mux", "dmic disable", "Mono ADC"},
{"Digital Mic Mux", "dmic data at high level", "DMIC"},
{"Digital Mic Mux", "dmic data at low level", "DMIC"},
...
};
从代码中可以知道"Digital Mic Mux"有下面3个输入管脚
"dmic disable"
"dmic data at high level"
"dmic data at low level"
"Mono ADC"连接到"dmic disable"
"DMIC"连接到"dmic data at high level"
"DMIC"连接到"dmic data at low level"
widget的event回调函数
对于那些位于codec之外的widget,好像喇叭功放,外部的前置放大器等等,由于不是使用codec内部的寄存器进行电源控制,我们就必须利用dapm的事件机制,获得相应的上下电事件,从而可以定制widget自身的电源控制功能
在snd_soc_widget结构有一个event字段用于保存该widget的事件回调函数,同时event_flags字段用于保存该widget需要关心的dapm事件种类,只有event_flags字段中相应的事件位被设置了的事件才会发到event回调函数中进行处理
下面这些widget都是位于codec外部的器件,它们无法使用通用的寄存器操作来控制widget的电源状态,所以需要我们提供event回调函数
SND_SOC_DAPM_MIC
SND_SOC_DAPM_HP
SND_SOC_DAPM_SPK
SND_SOC_DAPM_LINE
stream widget
通常是指那些要处理音频流数据的widget
dai widget和stream widget是通过stream name进行匹配的
ES8316代码中的例子
定义I2S输入输出stream name为Capture和Playback的stream widget
SND_SOC_DAPM_AIF_OUT("I2S OUT", "Capture", 1, ES8316_SDP_ADCFMT_REG0A, 6, 0),
SND_SOC_DAPM_AIF_IN("I2S IN", "Playback", 0, SND_SOC_NOPM, 0, 0),
对应的dai driver如下
static struct snd_soc_dai_driver es8316_dai = {
.name = "ES8316 HiFi",
.playback = {
.stream_name = "Playback",
.channels_min = 1,
.channels_max = 2,
.rates = es8316_RATES,
.formats = es8316_FORMATS,
},
.capture = {
.stream_name = "Capture",
.channels_min = 1,
.channels_max = 2,
.rates = es8316_RATES,
.formats = es8316_FORMATS,
},
.ops = &es8316_ops,
.symmetric_rates = 1,
};
kcontrol 和 DAPM kcontrol
SOC_DAPM_SINGLE对应与普通控件的SOC_SINGLE
SOC_DAPM_SINGLE_TLV对应SOC_SINGLE_TLV等
相比普通的kcontrol控件,dapm的kcontrol控件只是把info,get,put回调函数换掉了
如何使用(以ES8323为例)
将es8323.dtsi包含到主dts中
#include "es8323.dtsi"
加载codec驱动
insmod es8323.ko
cat /sys/kernel/debug/asoc/codecs
内容如下(i2c_driver name.i2c控制器号-I2C设备地址)
ES8323 codec.2-0010
cat /sys/kernel/debug/asoc/dais
ES8323 HiFi
加载platform驱动
insmod rk_i2s.ko
cat /sys/kernel/debug/asoc/dais
内容如下(i2s控制器号地址.dainame)
ff890000.rockchip-i2s
cat /sys/kernel/debug/asoc/platforms
内容如下(i2s控制器号地址.dainame)
ff890000.rockchip-i2s
加载machine驱动
insmod rk_es8323.ko 有如下信息表示成功,连接两个个dai
ES8323 HiFi <-> ff890000.rockchip-i2s mapping ok
所有probe成功后在下面目录会有相关信息
/dev/snd/
/proc/asound/cards
/sys/kernel/debug/asoc/
/sys/class/sound/
测试方法
录音
tinycap test.wav
播放
tinyplay test.wav
参数控制(查看所有可调参数)
tinymix
查看某个参数值
tinymix <ctrl id>
修改某个参数值
tinymix <ctrl id> <value>
耳机检测
名词解释
headphone 耳机
micphone 麦克风
headset (耳麦)带有麦克风的耳机 headphone + micphone
设置android使用InputEvent检测
修改frameworks/base/core/res/res/values/config.xml
修改为true
<bool name="config_useDevInputEventForAudioJack">true</bool>
驱动中添加相关代码如下
snd_soc_jack_new(codec, "Headset Jack", SND_JACK_HEADSET, &chip->jack);
snd_soc_jack_report(&chip->jack, SND_JACK_HEADPHONE, SND_JACK_HEADSET);
调试
adb shell getevent 能够获得插拔耳机的事件
Attached
spin lock
-
如果只是在普通线程之间同时访问共享对象
使用spin_lock()/spin_unlock()
-
如果是在中断和普通线程之间同时访问共享对象,并且确信退出临界区后要打开中断
使用spin_lock_irq()/spin_unlock_irq()
-
如果是在中断和普通线程之间同时访问共享对象,并且退出临界区后要保持中断的状态
使用spin_lock_irqsave()/spin_unlock_irqrestore()
PCM是什么
PCM是英文Pulse-code modulation的缩写,中文译名是脉冲编码调制
PCM就是要把声音从模拟转换成数字信号的一种技术
playback:如何把用户空间的应用程序发过来的PCM数据,转化为人耳可以辨别的模拟音频
capture:把mic拾取到得模拟信号,经过采样,量化,转换为PCM信号送回给用户空间的应用程序