Audio Codec

2018年08月30日 16:57:40 gbmaotai 閱讀數：545

在移動設備中，Codec的作用可以歸結爲4種，分別是：

1.對PCM等信號進行D/A轉換，把數字的音頻信號轉換爲模擬信號

2.對Mic、Linein或者其他輸入源的模擬信號進行A/D轉換，把模擬的聲音信號轉變CPU能夠處理的數字信號

3.對音頻通路進行控制，比如播放音樂，收聽調頻收音機，又或者接聽電話時，音頻信號在codec內的流通路線是不一樣的

4.對音頻信號做出相應的處理，例如音量控制，功率放大，EQ控制等等

移動設備中的ALSA（ASoC）

ASoC–ALSA System on Chip ，是爲了更好地支持嵌入式處理器和移動設備中的音頻Codec的一套軟件體系。ASoC不能單獨存在，它建立在標準ALSA驅動之上，必須和標準的ALSA驅動框架相結合才能工作。

Machine

是指某一款機器,可以是某款設備,某款開發板,又或者是某款智能手機,由此可以看出Machine幾乎是不可重用的,每個Machine上的硬件實現可能都不一樣,CPU不一樣,Codec不一樣,音頻的輸入、輸出設備也不一樣,Machine爲CPU、Codec、輸入輸出設備提供了一個載體.

Platform (Soc)

一般是指某一個SoC平臺,比如pxaxxx,s3cxxxx,omapxxx等等,與音頻相關的通常包含該SoC中的時鐘、DMA、I2S、PCM等等,只要指定了SoC,那麼我們可以認爲它會有一個對應的Platform,它只與SoC相關,與Machine無關,這樣我們就可以把Platform抽象出來,使得同一款SoC不用做任何的改動,就可以用在不同的Machine中.實際上,把Platform認爲是某個SoC更好理解.

Codec

字面上的意思就是編解碼器,Codec裏面包含了I2S接口、D/A、A/D、Mixer、PA(功放),通常包含多種輸入(Mic、Line-in、I2S、PCM)和多個輸出(耳機、喇叭、聽筒,Line-out),Codec和Platform一樣,是可重用的部件,同一個Codec可以被不同的Machine使用.嵌入式Codec通常通過I2C對內部的寄存器進行控制.

在軟件層面， ASoC也把嵌入式設備的音頻系統同樣分爲3大部分， Machine， Platform和Codec

Machine驅動：

跟單板相關，綁定Platform和Codec驅動，即表明使用的是哪個Platform，哪個CPU DAI、DMA、Codec和Codec DAI。

Platform驅動：

它包含了該SoC平臺的音頻DMA和音頻接口DAI的配置和控制（ I2S， PCM等等）, (DAI: Digital Audio Interface)

Codec驅動：

它包含了一些音頻的控件（ Controls），音頻接口， DAMP（動態音頻電源管理）的定義和某些Codec IO功能。所有的Codec驅動都要提供以下特性：
Codec DAI 和 PCM的配置信息；
Codec的IO控制方式（ I2C， SPI等）；
Mixer和其他的音頻控件；
Codec的ALSA音頻操作接口；

ASoC把聲卡實現爲一個Platform Device,然後利用Platform_device結構中的dev字段:dev.drvdata,它實際上指向一個snd_soc_device結構.可以認爲snd_soc_device是整個ASoC數據結構的根本,

snd_soc_device結構引出了snd_soc_card
snd_soc_card又引出了snd_soc_platform、snd_soc_dai_link和snd_soc_codec結構
,
**snd_soc_card代表着Machine驅動,
snd_soc_platform則代表着Platform驅動,
snd_soc_codec和soc_codec_device則代表了Codec驅動,**

而snd_soc_dai_link則負責連接Platform和Codec.

ASoC架構中的Machine

Machine驅動，結構alc5623_card，裏面包含dai_link。

Machine驅動在一個重要的數據結構snd_soc_dai_link中，指定了Platform、 Codec、 codec_dai、 cpu_dai的名字，稍後Machine驅動將會利用這些名字去匹配已經在系統中註冊的platform， codec， dai，這些註冊的部件都是在另外相應的Platform驅動和Codec驅動的代碼文件中定義的，這樣看來， Machine驅動的設備初始化代碼無非就是選擇合適Platform和Codec以及dai，用他們填充以上幾個數據結構，然後註冊Platform設備即可。

ASoC的platform_driver在以下文件中定義：sound/soc/soc-core.c。
ASoC定義了三個全局的鏈表頭變量：codec_list、dai_list、platform_list，系統中所有的Codec、DAI、Platform都在註冊時連接到這三個全局鏈表上

platform總線會匹配這兩個名字相同的device和driver，同時會觸發soc_probe( alc5623_probe())的調用，它正是整個ASoC驅動初始化的入口。

在soc_probe函數中會完成以下任務：
調用標準的alsa函數創建聲卡實例 (定義 alc5623_card ,註冊 snd_soc_register_card))

挨個調用了codec， dai和platform驅動的probe函數

調用了soc_new_pcm()函數用於創建標準alsa驅動的pcm邏輯設備
最後則是調用標準alsa驅動的聲卡註冊函數對聲卡進行註冊
static struct snd_soc_dai_link alc5623_dai_link = {
.name = "ASOC-alc5623",
.stream_name = "alc5623 HiFi",
.cpu_dai_name = DEV_NAME_I2S, /* nxp_snd_i2s_driver name */
.platform_name = DEV_NAME_PCM, /* nxp_snd_pcm_driver name */
.codec_dai_name = "alc5621-hifi", /* alc5623_dai's name */
.codec_name = "alc562x-codec.0-001a", /* alc5623_i2c_driver name + '.' + bus + '-' + address(7bit) */
.ops = &alc5623_ops,
.symmetric_rates = 1,
.init = alc5623_dai_init,
.ops = &alc5623_ops,
};

static struct snd_soc_card alc5623_card = {
.name = "I2S-alc5623", /* proc/asound/cards */
.owner = THIS_MODULE,
.dai_link = &alc5623_dai_link,
.num_links = 1,
.suspend_pre = &alc5623_suspend_pre,
.resume_pre = &alc5623_resume_pre,
.resume_post = &alc5623_resume_post,
};

ASoC架構中的Codec 是一個i2c_driver

描述Codec的最主要的幾個數據結構分別是：
snd_soc_codec_driver，snd_soc_dai_driver

確定snd_soc_codec_driver和snd_soc_dai-driver的實例，並把它們註冊到系統中，註冊後的codec和dai才能爲Machine驅動所用

其中的snd_soc_dai和snd_soc_dai_driver在ASoC的Platform驅動中也會使用到， Platform和Codec的DAI通過snd_soc_dai_link結構，在Machine驅動中進行綁定連接。

Codec驅動的步驟：
定義snd_soc_codec_driver和snd_soc_dai_driver的實例，然後調用snd_soc_register_codec函數對Codec進行註冊。

static struct snd_soc_dai_driver alc5632_dai = {
    .name = "alc5632-hifi",
    .playback = {
        .stream_name = "HiFi Playback",
        .channels_min = 1,
        .channels_max = 2,
        .rate_min = 8000,
        .rate_max = 48000,
        .rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_48000,
        .formats = ALC5632_FORMATS,},
    .capture = {
        .stream_name = "HiFi Capture",
        .channels_min = 1,
        .channels_max = 2,
        .rate_min = 8000,
        .rate_max = 48000,
        .rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_48000,
        .formats = ALC5632_FORMATS,},

    .ops = &alc5632_dai_ops,
    .symmetric_rates = 1,
};

static struct snd_soc_codec_driver soc_codec_device_alc5632 = {
    .probe = alc5632_probe,
    .remove = alc5632_remove,
    .suspend = alc5632_suspend,
    .resume = alc5632_resume,
    .set_bias_level = alc5632_set_bias_level,
    .controls = alc5632_snd_controls,
    .num_controls = ARRAY_SIZE(alc5632_snd_controls),
    .dapm_widgets = alc5632_dapm_widgets,
    .num_dapm_widgets = ARRAY_SIZE(alc5632_dapm_widgets),
    .dapm_routes = alc5632_dapm_routes,
    .num_dapm_routes = ARRAY_SIZE(alc5632_dapm_routes),
};


    ret = snd_soc_register_codec(&client->dev,
        &soc_codec_device_alc5632, &alc5632_dai, 1);

在snd_soc_register_codec函數中，
傳入參數snd_soc_codec_driver和snd_soc_dai_driver，並創建snd_soc_codec和snd_soc_dai。
它申請了一個snd_soc_codec結構的實例：確定codec的名字，這個名字很重要， Machine驅動定義的snd_soc_dai_link中會指定每個link的codec和dai的名字，進行匹配綁定時就是通過和這裏的名字比較（”alc5623-hifi”），從而找到該Codec的！然後初始化snd_soc_codec結構的各個字段，多數字段的值來自上面定義的snd_soc_codec_driver的實例。
通過snd_soc_register_dais函數對本Codec的dai進行註冊
在snd_soc_register_dais函數中爲每個snd_soc_dai實例分配內存，確定dai的名字，用snd_soc_dai_driver實例的字段對它進行必要初始化
最後，它把codec實例鏈接到全局鏈表codec_list中，把dai鏈接到全局鏈表dai_list中，並且調snd_soc_instantiate_cards函數觸發Machine驅動進行一次匹配綁定操作

/* SoC Audio Codec device */  
struct snd_soc_codec {  
    const char *name;  /* Codec的名字*/  
    struct device *dev; /* 指向Codec設備的指針 */  
    const struct snd_soc_codec_driver *driver; /* 指向該codec的驅動的指針 */  
    struct snd_soc_card *card;    /* 指向Machine驅動的card實例 */  
    int num_dai; /* 該Codec數字接口的個數，目前越來越多的Codec帶有多個I2S或者是PCM接口 */    
    /* runtime */  
    ......  
    /* codec IO */  
    void *control_data; /* 該指針指向的結構用於對codec的控制，通常和read，write字段聯合使用 */  
    enum snd_soc_control_type control_type;/* 可以是SND_SOC_SPI，SND_SOC_I2C，SND_SOC_REGMAP中的一種 */  
    unsigned int (*read)(struct snd_soc_codec *, unsigned int);  /* 讀取Codec寄存器的函數 */  
    int (*write)(struct snd_soc_codec *, unsigned int, unsigned int);  /* 寫入Codec寄存器的函數 */  
    /* dapm */  
    struct snd_soc_dapm_context dapm;  /* 用於DAPM控件 */  
};  
/* codec driver */  
struct snd_soc_codec_driver {  
    /* driver ops */  
    int (*probe)(struct snd_soc_codec *);  /* codec驅動的probe函數，由snd_soc_instantiate_card回調 */  
    int (*remove)(struct snd_soc_codec *);    
    int (*suspend)(struct snd_soc_codec *);  /* 電源管理 */  
    int (*resume)(struct snd_soc_codec *);  /* 電源管理 */  
....
}

/*  
 * Digital Audio Interface runtime data.  
 *  
 * Holds runtime data for a DAI.  
 */  
struct snd_soc_dai {  
    const char *name;  /* dai的名字 */  
    struct device *dev;  /* 設備指針 */  

    /* driver ops */  
    struct snd_soc_dai_driver *driver;  /* 指向dai驅動結構的指針 */  

    /* DAI runtime info */  
    unsigned int capture_active:1;      /* stream is in use */  
    unsigned int playback_active:1;     /* stream is in use */  

    /* DAI DMA data */  
    void *playback_dma_data;  /* 用於管理playback dma */  
    void *capture_dma_data;  /* 用於管理capture dma */  

    /* parent platform/codec */  
    union {  
        struct snd_soc_platform *platform;  /* 如果是cpu dai，指向所綁定的平臺 */  
        struct snd_soc_codec *codec;  /* 如果是codec dai指向所綁定的codec */  
    };  
    struct snd_soc_card *card;  /* 指向Machine驅動中的crad實例 */  
};  

/*  
 * Digital Audio Interface Driver.  
 *  
 * Describes the Digital Audio Interface in terms of its ALSA, DAI and AC97  
 * operations and capabilities. Codec and platform drivers will register this  
 * structure for every DAI they have.  
 *  
 * This structure covers the clocking, formating and ALSA operations for each  
 * interface.  
 */  
struct snd_soc_dai_driver {  
    /* DAI description */  
    const char *name;  /* dai驅動名字 */  

    /* DAI driver callbacks */  
    int (*probe)(struct snd_soc_dai *dai);  /* dai驅動的probe函數，由snd_soc_instantiate_card回調 */  
    int (*remove)(struct snd_soc_dai *dai);    
    int (*suspend)(struct snd_soc_dai *dai);  /* 電源管理 */  
    int (*resume)(struct snd_soc_dai *dai);    

    /* ops */  
    const struct snd_soc_dai_ops *ops;  /* 指向本dai的snd_soc_dai_ops結構 */  

    /* DAI capabilities */  
    struct snd_soc_pcm_stream capture;  /* 描述capture的能力 */  
    struct snd_soc_pcm_stream playback;  /* 描述playback的能力 */  
};

soc-core.c
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) {
        kfree(codec);
        return -ENOMEM;
    }

    if (codec_drv->compress_type)
        codec->compress_type = codec_drv->compress_type;
    else
        codec->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 __devinitconst 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;
            }
        }
    }

    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);
    }

    /* register any DAIs */
    if (num_dai) {
        ret = snd_soc_register_dais(dev, dai_drv, num_dai);
        if (ret < 0)
            goto fail;
    }

    mutex_lock(&client_mutex);
    list_add(&codec->list, &codec_list);
    snd_soc_instantiate_cards();
    mutex_unlock(&client_mutex);

ASoC架構中的Platform

Platform驅動的主要作用是完成音頻數據的管理，最終通過CPU的數字音頻接口（ cpu_dai）把音頻數據傳送給Codec進行處理，最終由Codec輸出驅動耳機或者是喇叭的音信信號。

在具體實現上， ASoC有把Platform驅動分爲兩個部分： snd_soc_platform_driver和snd_soc_dai_driver。其中， platform_driver負責管理音頻數據，把音頻數據通過dma或其他操作傳送至cpu dai中， dai_driver則主要完成cpu一側的dai的參數配置，同時也會通過一定的途徑把必要的dma等參數與snd_soc_platform_driver進行交互。

snd_soc_platform_driver

platform驅動一般平臺相關(nxp-pcm.c)

driver:
ASoC把snd_soc_platform_driver註冊爲一個系統的platform_driver
           snd_soc_register_platform()

device:
platform_device_register(&pcm_device);

dai_driver

主要完成cpu一側的dai的參數配置
cpu dai 驅動也定義爲platform_device
dai驅動通常對應cpu的一個或幾個I2S/PCM接口

driver:   
nxp-i2s.c platform_driver_register(&i2s_driver);

定義一個snd_soc_dai_driver結構的實例；

在對應的platform_driver中的probe回調中通過API：snd_soc_register_dai或者snd_soc_register_dais，註冊snd_soc_dai實例；
實現snd_soc_dai_driver結構中的probe、suspend等回調；
實現snd_soc_dai_driver結構中的snd_soc_dai_ops字段中的回調函數；

device : S5p4418/Devices.c   platform_device i2s_device_ch0 ....

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