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Linux驱动之ALSA（四）Platform驱动

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平台驱动程序可以注册PCM驱动程序、CPU DAI驱动程序及其操作函数，为PCM组件预分配缓冲区，并根据需要设置回放和采集操作。换言之，平台驱动程序包含该平台的音频引擎和音频接口驱动程序（如I2S、AC97和PCM）。

平台驱动程序以构成平台的SoC为目标。它涉及平台的DMA（即音频数据在SoC中的每个块之间如何传输）和CPU DAI（即CPU向编解码器发送音频数据的路径或CPU从编解码器获得音频数据的路径）。

平台驱动程序有两个重要的数据结构体：structsnd_soc_component_driver和structsnd_soc_dai_driver。前者负责DMA数据管理，后者负责DAI的参数配置。当然，前文在讨论编解码器类驱动程序时已经描述过这两种数据结构体，因此，本节将仅介绍与平台代码相关的附加概念。

CPU DAI驱动程序

在平台侧，大部分工作都可以由core完成，尤其是与DMA相关的工作。因此，CPU DAI驱动程序通常只提供组件驱动程序结构中的接口名称，而让core完成其余的工作。以下是STM SPDIF驱动程序的示例，它在sound/soc/stm/stm32_spdif.c中实现：

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static const struct snd_soc_dai_ops stm32_spdifrx_pcm_dai_ops = {
  .startup	= stm32_spdifrx_startup,
  .hw_params	= stm32_spdifrx_hw_params,
  .trigger	= stm32_spdifrx_trigger,
  .shutdown	= stm32_spdifrx_shutdown,
};
static struct snd_soc_dai_driver stm32_spdifrx_dai[] = {
  {
    .probe = stm32_spdifrx_dai_probe,
    .capture = {
      .stream_name = "CPU-Capture",
      .channels_min = 1,
      .channels_max = 2,
      .rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_192000,
      .formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S32_LE |
           SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE,
    },
    .ops = &stm32_spdifrx_pcm_dai_ops,
  }
};
...
static const struct snd_soc_component_driver stm32_spdifrx_component = {
  .name = "stm32-spdifrx",
};
...
static int stm32_spdifrx_probe(struct platform_device *pdev)
{
    ...
    ret = snd_dmaengine_pcm_register(&pdev->dev, pcm_config, 0);
  if (ret) {
    if (ret != -EPROBE_DEFER)
      dev_err(&pdev->dev, "PCM DMA register error %d\n", ret);
    return ret;
  }
  ret = snd_soc_register_component(&pdev->dev,
           &stm32_spdifrx_component,
           stm32_spdifrx_dai,
           ARRAY_SIZE(stm32_spdifrx_dai));

    ...
}

其中snd_soc_component_driver只提供了name信息，件驱动程序和DAI驱动程序都和往常一样通过snd_soc_register_component()注册。 struct snd_soc_dai_driver必须根据实际的DAI属性设置，如果需要，应该设置dai_ops。当然，该设置的很大一部分是由snd_dmaengine_pcm_register()完成的，它将根据提供的设置组件驱动程序的PCM操作。

Platform DMA驱动程序

在声音生态系统中，我们有多种类型的设备：PCM、MIDI、混音器、音序器、计时器等。这里的PCM指的是脉冲编码调制（pulse code modulation），即对连续变化的模拟信号进行采样、量化和编码以产生数字信号。但要注意，这里它是指处理基于采样的数字音频的设备，而不是MIDI等。PCM层（ALSA核心的一部分）负责完成所有数字音频工作，例如，准备板卡以进行采集或回放、启动与设备之间的传输等。简而言之，如果你想回放或采集声音，那么你就需要一个PCM设备。

PCM驱动程序通过覆盖由struct snd_pcm_ops结构体公开的函数指针来帮助执行DMA操作。它与平台无关，仅与SOC DMA引擎上游API交互。然后，DMA引擎与特定于平台的DMA驱动程序交互以获得正确的DMA设置。struct snd_pcm_ops是一个包含一组回调函数的结构体，这些回调函数与有关PCM接口的不同事件相关。在处理ASoC（不是纯粹的ALSA）时，只要你使用通用PCM DMA引擎框架，就永远不需要按原样实例化此结构体。核心会为你完成这项工作。

音频DMA接口

音频DMA驱动程序通过snd_dmaengine_pcm_register()注册。此函数可以为设备注册一个struct snd_dmaengine_pcm_config。下面是它的原型：

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/**
 * snd_dmaengine_pcm_register - Register a dmaengine based PCM device
 * @dev: The parent device for the PCM device
 * @config: Platform specific PCM configuration
 * @flags: Platform specific quirks
 */
int snd_dmaengine_pcm_register(struct device *dev,
	const struct snd_dmaengine_pcm_config *config, unsigned int flags)

  • dev是PCM设备的父设备，通常是&pdev->dev

  • config是特定于平台的PCM配置，其类型为struct snd_dmaengine_pcm_config。下文将详细介绍这个结构体

  • flags表示描述如何处理DMA通道的附加标志。大多数情况下，它取值为0。但是，其可能的值已在include/sound/dmaengine_pcm.h中定义并且均以SND_DMAENGINE_为前缀。经常使用的标志包括以下3个

    • SND_DMAENGINE_PCM_FLAG_COMPAT /* 表示将使用自定义回调函数来请求通道 */
    • SND_DMAENGINE_PCM_FLAG_NO_DT /* 要求核心不要尝试通过设备树（DT）请求DMA通道 */
    • SND_DMAENGINE_PCM_FLAG_HALF_DUPLEX /* 示PCM是半双工（half-duplex）的，DMA通道在采集和回放之间共享 */

在注册之后，通用PCM DMA引擎框架将构建合适的snd_pcm_ops并设置组件驱动程序的.ops字段。

Linux中经典的DMA操作流程如下：

  • dma_request_channel:用于分配slave通道（slave channel）
  • dmaengine_slave_config:设置与slave通道和控制器相关参数
  • dma_prep_xxx:获取事务的描述符
  • dma_cookie = dmaengine_submit(tx):提交事务并抓取DMA cookie
  • dma_async_issue_pending(chan):开始传输并等待回调函数通知

在ASOC中，设备树用于将DMA通道映射到PCM设备。 snd_dmaengine_pcm_register（）可以通过dmaengine_pcm_request_chan_of（）请求DMA通道，为了执行上述前3个步骤，需要为PCM DMA引擎核心提供附加信息，可以通过填充struct snd_dmaengine_pcm_config 来完成。后两步由PCM DMA引擎核心透明处理。

struct snd_dmaengine_pcm_config结构体如下：

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struct snd_dmaengine_pcm_config {
  int (*prepare_slave_config)(struct snd_pcm_substream *substream,
      struct snd_pcm_hw_params *params,
      struct dma_slave_config *slave_config);
  struct dma_chan *(*compat_request_channel)(
			struct snd_soc_pcm_runtime *rtd,
			struct snd_pcm_substream *substream);
  int (*process)(struct snd_pcm_substream *substream,
           int channel, unsigned long hwoff,
           void *buf, unsigned long bytes);
  dma_filter_fn compat_filter_fn;
  struct device *dma_dev;
  const char *chan_names[SNDRV_PCM_STREAM_LAST + 1];

  const struct snd_pcm_hardware *pcm_hardware;
  unsigned int prealloc_buffer_size;
};

该结构体主要处理DMA通道管理、缓冲区管理和通道配置，具体参数如下：

  • prepare_slave_config: 用于为PCM子流填充DMA slave_config。它将从PCM驱动程序的hwparams回调函数中调用。
  • compat_request_channel：用于为不使用设备树的platform请求DMA channel。如果设置了它，则.compat_filter_fn将被忽略
  • compat_filter_fn：当为不使用设备树的platform请求DMA通道时，它发挥过滤功能，过滤的参数将是DAI的DMA数据
  • dma_dev：允许为注册PCM驱动程序的设备以外的设备请求DMA通道，如果设置了它，则将在此设备而不是DAI设备上请求DMA通道
  • chan_names：这是请求采集/回放DMA通道时使用的名称数组，如果设备有多个通道，则每个通道具有不同的DMA通道名称
  • pcm_hardware：描述了PCM硬件功能
  • prealloc_buffer_size：表示预分配音频缓冲区的大小

PCM DMA配置可能不会提供注册API（可能是NULL），在这种情况下你应该通过snd_soc_dai_init_dma_data（）提供采集和回放DAI DMA通道配置。通过这种方法，其他元素将从系统核心派生。

流程梳理

数据流程框图如下：

可以看到,音频数据从用户复制到DMA缓冲区,然后,DMA事务将数据移动到平台音频TxFIF,由于它与编解码器的链接(通过它们各自的DAI),这些数据将被发送到编解码器,以通过扬声器回放音频。采集操作流则相反,只是扬声器被麦克风取代。

相关函数流程如下： 原图

参考文献

《Linux设备驱动开发-约翰-马德奥》