ALSA架构分析

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我是靠谱客的博主沉静蜜蜂，最近开发中收集的这篇文章主要介绍ALSA架构分析，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

主要分为以下几类：
pcmC0D0p —— Playback
pcmC0D0c —— Capture
controlC0 —— Control，比如各种音频控件开关、音量增益等

一套嵌入式硬件平台（Machine）包含了平台AP（Platform）和音频CODEC芯片（Codec），对应ASoC的三个设备驱动。这三个设备分别注册各自功能的dev设备，但都是以内核platform设备模型来创建.

https://blog.csdn.net/RadianceBlau/article/details/79432661
https://blog.csdn.net/u014310046/article/details/53671853
https://blog.csdn.net/longwang155069/article/details/53392769

ASOC音频架构
为了实现上述的新feature，ASOC将嵌入式音频系统分为三大类可重复使用的驱动程序: Platform, Machine, Codec。

Codec类: Codec即编解码芯片的驱动，此Codec驱动是和平台无关，包含的功能有: 音频的控制接口，音频读写IO接口，以及DAPM的定义等。如果需要的话，此Codec类可以在BT，FM，MODEM模块中不做修改的使用。因此Codec就是一个可重复使用的模块，同一个Codec在不同的SOC中可以使用。

Platform类: 可以理解为某款SOC平台，平台驱动中包括音频DMA引擎驱动，数字接口驱动(I2S, AC97, PCM)以及该平台相关的任何音频DSP驱动。同样此Platform也可以重用，在不同的Machine中可以直接重复使用。

Machine类: Machine可以理解为是一个桥梁，用于在Codec和Platform之间建立联系。此Machine指定了该机器使用那个Platform，那个Codec，最终会通过Machine建立两者之间的联系。

ASoC把音频系统同样分为3大部分：Machine，Platform/CPU和Codec。
Platform ：
一般是指某一个SoC平台，比如MT6582, MT6595, MT6752等等，与音频相关的通常包含该SoC中的Clock、AFE、I2S、DMA等等。
Codec ：字面上的意思就是编解码器，Codec里面包含了I2S接口、DAC、ADC、Mixer、PA（功放），通常包含多种输入（Mic、Line-in、I2S、PCM）和多个输出（耳机、喇叭、听筒，Line-out），Codec和Platform一样，是可重用的部件。
Machine ：
绑定platform driver和codec driver 。

一、Machine设备驱动：
Machine设备可以看成是一块嵌入式主板（Board）或者一块声卡。machine设备驱动是ASoC驱动框架的入口，主要功能是负责platform/cpu和codec之间的连接和控制，或者响应独立于Platform功能和Codec功能之外的特殊音频事件，如平台GPIO控制外置功放等，这些属于machine本身的特定操作代码，都会放到machine驱动里。
Machine设备驱动的主要功能是定义各种DAI（Digital Audio Interface） links，它的作用是把platform/cpu和codec设备驱动连接起来，形成完整的音频通路。

machine设备的初始化是整个ASoC驱动的入口。 machine设备的probe()会调用snd_soc_register_card()去注册声卡，然后在snd_soc_instantiate_card()里实例化声卡设备的时候，调用Platform和Codec设备各自的probe()，完成这两个设备的初始化。
sound/soc/mediatek/common_int/mtk-soc-machine.c
"mediatek,audio"
.probe = mt_soc_snd_init,
   platform_set_drvdata(pdev, &mt_snd_soc_card_mt);
       static struct snd_soc_card mt_snd_soc_card_mt = {
           .name = "mt-snd-card",
           .dai_link = mt_soc_dai_common,
           .num_links = ARRAY_SIZE(mt_soc_dai_common),
       };
   snd_soc_register_card
       snd_soc_instantiate_card
           1. 根据num_links的值，进行DAIs的bind工作。第一步先bind cpu侧的dai
           snd_soc_find_dai   此函数会在component_list链表中先找到相同的name，然后在component->dai_list中查找是否有相同的dai_name。此处的component_list是在注册codec和platform中的时候设置的。会在codec和platform的时候会详细介绍。在此处找到注册的cpu_dai之后，存在snd_soc_pcm_runtime中的cpu_dai中。

           2. 然后根据codec的数据，寻找codec侧的dai。
           snd_soc_find_dai
           然后将找到的codec侧的dai也同样赋值给snd_soc_pcm_runtime中的codec_dai中。
           3.在platform_list链表中查找platfrom，根据dai_link中的platform_name域。如果没有platform_name，则设置为"snd-soc-dummy"
           这样查找完毕之后，snd_soc_pcm_runtime中存储了查找到的codec, dai, platform。

           4. 接着初始化注册的codec cache，cache_init代表是否已经初始化过。

           5. 然后调用ALSA中的创建card的函数: snd_card_new创建一个card
           snd_card_new

           6. 然后依次调用各个子部件的probe函数
           soc_probe_link_components
           soc_probe_link_dais

           7. 在soc_probe_link_dais函数中依次调用了cpu_dai， codec_dai侧的probe函数
           cpu_dai->driver->probe
           soc_probe_codec_dai

           8. 最终调用到soc_new_pcm函数创建pcm设备
           soc_new_pcm
           最中此函数会调用ALSA的标准创建pcm设备的接口: snd_pcm_new，然后会设置pcm相应的ops操作函数集合。然后调用到platform->driver->pcm_new的函数。此处不帖函数了。

           9. 接着会在dapm和dai widget做相应的操作，后期会设置control参数，最终会调用到ALSA的注册card的函数snd_card_regist。
           snd_card_register

           总结：经过Machine的驱动的注册，Machine会根据注册以"soc_audio"为名字的平台设备，然后在同名的平台的驱动的probe函数中，会根据snd_soc_dai_link结构体中的name，进行匹配查找相应的codec, codec_dai，platform, cpu_dai。找到之后将这些值全部放入结构体snd_soc_pcm_runtime的相应位置，然后注册card，依次调用codec, platform，cpu_dai侧相应的probe函数进行初始化，接着创建pcm设备，注册card到系统中。其实ASOC也就是在ALSA的基础上又再次封装了一次，让写驱动更方便，简便。

           这样封装之后，就可以大大简化驱动的编写，关于Machine驱动需要做的:
           1. 注册名为"soc-audio"的平台设备。
           2. 分配一个struct snd_soc_card结构体，然后设置其中的dai_link。对其中的dai_link再次设置。
           3. 将struct snd_soc_card结构放入到平台设备的dev的私有数据中。
           4. 注册平台设备。


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。那是通过什么指定的？如果有兴趣可以详细看snd_soc_dai_link的注释，此注释写的非常清楚。
   {
       .name = "I2S0DL1OUTPUT",
       .stream_name = MT_SOC_I2SDL1_STREAM_NAME,
       .cpu_dai_name = MT_SOC_I2S0DL1_NAME,
       .platform_name = MT_SOC_I2S0DL1_PCM,
       .codec_dai_name = MT_SOC_CODEC_I2S0TXDAI_NAME,
       .codec_name = MT_SOC_CODEC_NAME,
   },

二、Platform 设备驱动：
Platform设备可看作是平台AP（SoC主控，或CPU）。它负责提供嵌入式平台端的音频功能，如播放、录音、 Voice通话等。
Platform设备驱动主要有两个作用：
（1） transfer：负责平台AP端的audio/voice数据流（stream）和DSP之间的传输；
（2） routing：将stream数据流按照特定的路线对应到其他音频模块中。
ASoC会注册多个Platform设备来负责不同功能的音频模块：
（1） msm-pcm-dsp：负责audio回放/录音
代码路径： kernel/sound/msm/msm-pcm-q6.c
（2） msm-pcm-voice：负责voice通话
代码路径： kernel/sound/msm/msm-pcm-voice-v2.c
（3） msm-voip-dsp：负责VoIP通话
代码路径： kernel/sound/msm/msm-pcm-voip-v2.c
（4） msm-compress-dsp：负责压缩格式的audio播放
代码路径： kernel/sound/msm/msm-compressed-q6-v2.c
（5） msm-pcm-routing：负责stream数据流的路线指定
代码路径： kernel/sound/msm/msm-pcm-routing-v2.c
代码路径： kernel/sound/msm/msm-pcm-routing-v2.c
kernel-4.4/sound/soc/mediatek/mt6739/mt6739-sound.c

Plateform Dai:
kernel-4.4/sound/soc/mediatek/common_int/mtk-soc-dai-stub.c

在ASOC在Platform部分，主要是平台相关的DMA操作和音频管理。大概流程先将音频数据从内存通过DMA方式传输到CPU侧的dai接口，然后通过CPU的dai接口(通过I2S总线)将数据从达到Codec中，数据会在Codec侧会解码的操作，最终输出到耳机/音箱中。

在platfrom侧的主要功能有: 音频数据管理，音频数据传输通过dma；数据如何通过cpudai传入到codec dai，已经cpu测dai的配置。
而上述的两大类功能在ASOC中使用两个结构体表示:
snd_soc_dai_driver代表cpu侧的dai驱动，其中包括dai的配置(音频格式，clock，音量等)。
snd_soc_platform_driver代表平台使用的dma驱动，主要是数据的传输等。
和Machine一样，使用snd_soc_platform结构对所有platform设备进行统一抽象。

如何找到Machine对应的Platform呢？答案也是通过Machine中的snd_soc_dai_link中的platform_name。在内核中搜素platform_name所对应的name。
通常还有另一种方式，会将cpu侧dai的驱动和平台相关的dma驱动分离的。也就是machine中的snd_soc_dai_link的platform_name和cpu_dai_name不相同。而上述的samsung的例子则是platform_name和cpu_dai_name是相同的。不过原理都是相同的最后都会调用snd_soc_add_platform函数注册platform到AOSC core的。

在内核中搜素platform_name所对应的name。
sound/soc/mediatek/common_int/mtk-soc-pcm-dl1-i2s0.c
static const struct of_device_id mt_soc_pcm_dl1_i2s0_of_ids[] = {
   {.compatible = "mediatek,mt_soc_pcm_dl1_i2s0",},
   {}
};
static struct platform_driver mtk_i2s0_driver = {
   .driver = {
       .name = "mt-soc-i2s0-pcm",
       .owner = THIS_MODULE,
#ifdef CONFIG_OF
       .of_match_table = mt_soc_pcm_dl1_i2s0_of_ids,
#endif
       },
   .probe = mtk_i2s0_probe,
   .remove = mtk_i2s0_remove,
};
static struct snd_soc_platform_driver mtk_i2s0_soc_platform = {
   .ops = &mtk_i2s0_ops,
   .pcm_new = mtk_asoc_pcm_i2s0_new,
   .probe = mtk_afe_i2s0_probe,
};

mtk_i2s0_probe
   snd_soc_register_platform //mtk_i2s0_soc_platform
       调用snd_soc_add_platform函数注册platformd到ASOC core。
       snd_soc_add_platform

   初始化platform的component，设置probe, remove回调，最终将platform添加到platform_list中，将platform->component添加到component_list链表中。

在内核中搜素cpu_dai_name所对应的name。
kernel-4.4/sound/soc/mediatek/common_int/mtk-soc-dai-stub.c
static const struct of_device_id mt_soc_dai_stub_of_ids[] = {
   { .compatible = "mediatek,mt_soc_dai_stub", },
   {}
};
static struct platform_driver mtk_dai_stub_driver = {
   .probe = mtk_dai_stub_dev_probe,
   .remove = mtk_dai_stub_dev_remove,
   .driver = {
       .name = "mt-soc-dai-driver",
       .owner = THIS_MODULE,
#ifdef CONFIG_OF
       .of_match_table = mt_soc_dai_stub_of_ids,
#endif
   },
};
static struct snd_soc_dai_driver mtk_dai_stub_dai[] = {
   {
       .playback = {
           .stream_name = MT_SOC_I2SDL1_STREAM_NAME,
           .rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_192000,
           .formats = SND_SOC_ADV_MT_FMTS,
           .channels_min = 1,
           .channels_max = 2,
           .rate_min = 8000,
           .rate_max = 192000,
       },
       .name = "mt-soc-i2s0dl1dai-driver",
       .ops = &mtk_dai_stub_ops,
   },

mtk_dai_stub_dev_probe
   snd_soc_register_component(&pdev->dev, &mt_dai_component,
                   mtk_dai_stub_dai, ARRAY_SIZE(mtk_dai_stub_dai));
   通过snd_soc_register_component注册一个component组件。传入的参数分别是snd_soc_component_driver和snd_soc_dai_driver
   static const struct snd_soc_component_driver mt_dai_component = {
   .name = MT_SOC_DAI_NAME,
   };
   static struct snd_soc_dai_driver mtk_dai_stub_dai[] = {
   {
       .playback = {
           .stream_name = MT_SOC_I2SDL1_STREAM_NAME,
           .rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_192000,
           .formats = SND_SOC_ADV_MT_FMTS,
           .channels_min = 1,
           .channels_max = 2,
           .rate_min = 8000,
           .rate_max = 192000,
       },
       .name = MT_SOC_I2S0DL1_NAME,
       .ops = &mtk_dai_stub_ops,
   },
   根据传入参数，进入到devm_snd_soc_register_component函数分析。其中devm是一种资源管理的方式，不用考虑资源释放，内核会内部做好资源回收。然后进入snd_soc_register_component函数。
   这里估计没有使用devm

   此函数和snd_soc_register_codec的大体流程一致，都是初始化snd_soc_component的实例，然后注册dai，最终将注册的dai放入到component->dai_list中，然后将分配的component放入到component_list链表中。
   上述的步骤只是完成platform的一部分，关于cpu_dai侧的设置，配置。还需要平台相关的dma操作。

   总结: 通过machine中的snd_soc_dai_link中的platform_name和cpu_dai_name分别查找平台的dma设备驱动和cpu侧的dai驱动。最终会将这dai保存到component->dai_list中，platform保存到platform_list当中。然后将component放入到component_list链表中。这些数据会在Machine代码的开始过程中进行匹配操作。

   关于cpu侧的驱动总结:
   1. 分配一个cpu_dai_name的平台驱动，注册。
   2. 分配一个struct snd_soc_dai_driver结构，然后设置相应数据。
   3. 调用snd_soc_register_component函数注册cpu侧的dai结构。
   4. 分配一个struct snd_soc_platform_driver结构，设置相应的数据。
   5. 最终调用snd_soc_add_platform函数添加snd_soc_platform_driver结构。

三：CODEC设备驱动：
对于一块嵌入式设备的主板来说，一般会集成一颗音频CODEC芯片。 ASoC架构下的CODEC设备功能和物理CODEC对应，其在machine的控制下和platform设备连接，负责音频的实际处理，如声音播放（D/A）、声音采集（A/D）和各种音频control控件的设置。
平台一般会集成一个CODEC单元，也会有添加外部独立CODEC芯片，已达到更好的音质。如Wolfson的WM8998芯片，它是一颗独立的CODEC，基于I2S接口从平台获取音频数据，在其内部经过DAC输出到耳机或speaker。高通有自己的外置CODEC芯片，如WCD9326/9335等，和平台AP的音频数据接口叫Slimbus，其实是和I2S复用的GPIO口。
CODEC芯片可能需要I2C或SPI控制。
COCEC设备支持耳机插拔及按键检测功能。
CODEC设备驱动中定义了大量的mixer、 mux和各种开关的kcontrol，以及DAPM使用的widget和route。
kernel-4.4soundsocmediatekcodecmt6357mtk-soc-codec-6357.c
static const struct snd_kcontrol_new mt6357_snd_controls[] = {
   SOC_ENUM_EXT("Audio_Amp_R_Switch", Audio_DL_Enum[0], Audio_AmpR_Get,
       Audio_AmpR_Set),

并无snd_soc_dapm_widget

CODEC Dai:
kernel-4.4/sound/soc/mediatek/codec/mt6357/mtk-soc-codec-6357.c

在Machine中已经知道，snd_soc_dai_link结构就指明了该Machine所使用的Platform和Codec。在Codec这边通过codec_dai和Platform侧的cpu_dai相互通信，既然相互通信，就需要遵守一定的规则，其中codec_dai和cpu_dai统一抽象为struct snd_soc_dai结构，而将dai的相关操作使用snd_soc_dai_driver抽象。同时也需要对所有的codec设备进行抽象封装，linux使用snd_soc_codec进行所有codec设备的抽象，而将codec的驱动抽象为snd_soc_codec_driver结构。
所有简单来说，Codec侧有四个重要的数据结构:
struct snd_soc_dai，struct snd_soc_dai_driver，struct snd_soc_codec，struct snd_soc_codec_driver。

如何找到codec的代码呢？答案是通过machine中的snd_soc_dai_link结构:
.codec_name = "mt-soc-codec",

在内核中搜索codec_name="mt-soc-codec"，会在kernel-4.4soundsocmediatekcodecmt6357mtk-soc-codec-6357.c中发现
static struct platform_driver mtk_codec_6357_driver = {
   .driver = {
       .name = "mt-soc-codec",
       .owner = THIS_MODULE,
#ifdef CONFIG_OF
       .of_match_table = mt_soc_codec_63xx_of_ids,
#endif
       },
   .probe = mtk_mt6357_codec_dev_probe,
   .remove = mtk_mt6357_codec_dev_remove,
};

mtk_mt6357_codec_dev_probe
   snd_soc_register_codec(&pdev->dev,&soc_mtk_codec, mtk_6357_dai_codecs,ARRAY_SIZE(mtk_6357_dai_codecs));
   此出通过snd_soc_register_codec函数注册了uda134x的codec，同时传入了snd_soc_codec_driver和snd_soc_dai_driver结构。
   static struct snd_soc_codec_driver soc_mtk_codec = {
       .probe = mt6357_codec_probe,
       .remove = mt6357_codec_remove,
       .read = mt6357_read,
       .write = mt6357_write,
   };
   static struct snd_soc_dai_driver mtk_6357_dai_codecs[] = {
       {
       .name = MT_SOC_CODEC_I2S0TXDAI_NAME,
       .ops = &mt6323_aif1_dai_ops,
       .playback = {
               .stream_name = MT_SOC_I2SDL1_STREAM_NAME,
               .channels_min = 1,
               .channels_max = 2,
               .rate_min = 8000,
               .rate_max = 192000,
               .rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_192000,
               .formats = SND_SOC_ADV_MT_FMTS,
               }
       },
   static const struct snd_soc_dai_ops mt6323_aif1_dai_ops = {
       .prepare = mt63xx_codec_prepare,
   };

       继续进入snd_soc_register_codec函数分析。
       1. 分配一个snd_soc_codec结构，设置component参数。
       2. 调用snd_soc_component_initialize函数进行component部件的初始化，会根据snd_soc_codec_driver中的struct snd_soc_component_driver结构设置snd_soc_codec中的component组件，详细代码不在贴出。
       snd_soc_component_initialize
       3. 根据snd_soc_codec_driver的参数，进行一系列的初始化，
       4. 根据snd_soc_dai_driver中的参数设置Format
       fixup_codec_formats(&dai_drv[i].playback);
       fixup_codec_formats(&dai_drv[i].capture);
       5. 调用snd_soc_register_dais接口注册dai，传入参数有dai的驱动，以及dai的参数，因为一个codec不止一个dai接口
       snd_soc_register_dais
           根据dai的数目，分配snd_soc_dai结构，根据dai的数目设置dai的名字，这是dai的传入参数驱动，然后将此dai加入到component的dai_list中。
       6. 根据component的dai_list，对所有的dai设置其所属的codec。
       7. 将所有的组间加入到component_list中，然后将注册的codec存入codec_list中。

   至此，codec的注册就分析完毕。

总结：通过调用snd_soc_register_codec函数之后，分配的codec最终放入了codec_list链表中，codec下的component组件全部放入component_list链表中，codec下的dai全部存放入code->component.dai_list中。可以在上节的Machine中看到，machine匹配codec_dai和cpu_dai也是从code->component.dai_list中获取的。

   关于codec侧驱动总结:
   1. 分配名字为"codec_name"的平台驱动，注册。
   2. 定义struct snd_soc_codec_driver结构，设置，初始化。
   3. 定义struct snd_soc_dai_driver结构，设置，初始化。
   4. 调用snd_soc_register_codec函数注册codec。