Android音频(2)——ALSA声卡驱动——ASoC

一、ASoC简介

　　ASoC（Alsa System on Chaip），也称为移动设备中的ALSA。是建立在标准ALSA驱动层上，为了更好地支持嵌入式处理器和移动设备中的音频Codec的一套软件体系。ASoC不能单独存在，他只是建立在标准ALSA驱动上的一个它必须和标准的ALSA驱动框架相结合才能工作。

二、ASoC硬件架构

　　嵌入式设备中的音频系统(ASoC)可以被划分为板载硬件（Machine）、Soc（Platform）、Codec三大部分，如下图所示：

Machine：是指某款单板，包含特定的外设，为CPU、Codec提供了一个载体，Machine驱动几乎是不可重用的。

Platform：一般是指某一个SoC平台，可以理解为某款Soc，具有I2S，AC97音频接口等，内部有时钟，DMA单元用于传输音频数据。

Codec：音频编解码器，Codec里面包含了I2S接口、D/A、A/D、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），一般Soc可通过I2C来控制codec芯片。

三、ASoC软件架构

　　对应于硬件，软件驱动上也分Machine驱动、Platform驱动、Codec驱动三大部分，其中Platform驱动用于驱动Soc端的音频相关模块，Codec驱动用于驱动音频编解码器，的Machine驱动负责Platform驱动和Codec驱动之间的耦合以及部分和设备或板子特定的代码。

Platform驱动:

　　只与特定的Soc有关，实现Soc的音频DMA驱动和Soc端的dai接口驱动，注册的所有platform驱动都会挂载在全局platform_list链表上。注册的Soc端的cpu_dai接口驱动挂载在全局dai_list上。只要指定了SoC，就会有一个对应的Platform，它只与SoC相关，与Machine无关，这样我们就可以把Platform抽象出来，使得同一款SoC不用做
任何的改动，就可以用在不同的Machine中。

Codec驱动:

　　只与Codec编解码器驱动有关，与Soc和Machine无关。所有注册的Codec驱动都会挂载在全局codec_list链表上，注册的Codec端的dai接口驱动挂载在全局dai_list上。Codec和Platform一样，要实现为可重用的部件，同一个Codec可以被不同的Machine使用。嵌入式Codec驱动通常通过I2C对编解码芯片进行控制。

Machine驱动:

　　 用于将Platform驱动和Codec驱动关联在一起，通过snd_soc_dai_link中的名字指定使用哪个Platform驱动，使用哪个Soc端的dai接口，使用哪个Codec驱动，使用Codec上的哪个dai接口。同时也做一些特定于单板的操作。只要是与Soc和Codec驱动无关的操作，都应该放在Machine驱动中。Machine驱动中注册的and_codec_card放在全局card_list链表上。ASoC的一切都从Machine驱动开始，包括声卡的注册，绑定Platform和Codec驱动等等。

涉及的三个驱动中涉及的全局链表

//soc-core.c中
struct list_head card_list;     /*Machine驱动注册的snd_codec_card放在这个链表上*/
struct list_head dai_list;         /*soundsocsamsungI2s.c中使用snd_soc_register_dai注册的cpu_dai会放在这上面，codec中注册的codec端的dai也会挂在这上面*/
struct list_head platform_list; /*注册的Soc的platform驱动在这个链表上*/
struct list_head codec_list;     /*音频编解码芯片驱动注册的codec挂载在这个链表上*/

snd_soc_card是整个ASoc的核心结构体。

四、ASoC架构中的Machine驱动

1.核心结构体
snd_soc_dai_link
snd_soc_card

2.注册
//设备端：
struct snd_soc_dai_link tiny4412_wm8960_dai_link;
struct snd_soc_card myalsa_card;

tiny4412_wm8960_init
    platform_set_drvdata(&asoc_dev, &myalsa_card);

//驱动端：
soc_probe(struct platform_device *pdev) //soc-core.c
    snd_soc_register_card(card);

　　Machine驱动负责处理单板特有的一些控件和音频事件。单独的Platform和Codec驱动是不能工作的，它必须由Machine驱动把它们结合在一起才能完成整个设备的音频处理工作。snd_soc_dai_link则负责关联Platform和Codec。

　　snd_soc_card代表着Machine驱动中要注册的声卡设备，(也就是tiny4412_wm8960.c，它只是平台设备的设备端，在设备端构造snd_soc_card，在驱动端
注册这个card，驱动端是soc-core.c)

　　snd_soc_dai_link中，指定了Platform、Codec、codec_dai、cpu_dai的名字，稍后Machine驱动将会利用这些名字去匹配已经在系统中注册的platform，codec，dai，这些注册的部件都是在另外相应的Platform驱动和Codec驱动的代码文件中定义的，这样看来，Machine驱动的设备初始化代码无非就是选择合适Platform和Codec以及dai，用他们填充以上几个数据结构，然后注册Platform设备即可。当然还要实现连接Platform和Codec的dai_link对应的ops实现。

　　通过snd_soc_register_card，为snd_soc_pcm_runtime数组申请内存，每一个dai_link对应snd_soc_pcm_runtime数组的一个单元，然后把snd_soc_card中的dai_link配置复制到相应的snd_soc_pcm_runtime中，最后，大部分的工作都在snd_soc_instantiate_card中实现，包括调用soc_bind_dai_link()来解析struct snd_soc_dai_link来关联各个设备。

　　Machine驱动的初始化，codec和dai的注册，都会调用snd_soc_instantiate_cards()进行一次声卡和codec，dai，platform的匹配绑定过程，这里所说的绑定，正如Machine驱动一文中所描述，就是通过3个全局链表，按名字进行匹配，把匹配的codec，dai和platform实例赋值给声卡中用于描述每组关联关系的snd_soc_pcm_runtime结构中。一旦通过Machine驱动将Codec、Platform绑定成功，就会依次调用各个组件的probe()回调函数，调用关系依次是:
　　CPU dai接口的：snd_soc_dai_driver.probe()
　　Codec驱动的：snd_soc_codec_driver.probe()
　　Platform驱动的：snd_soc_platform_driver.probe()
　　Codec dai接口的：snd_soc_dai_driver.probe()
详细调用过程见soc_probe_dai_link()

snd_soc_instantiate_card(struct snd_soc_card *card)
    //通过snd_soc_dai_link中的name构建关联关系
    soc_bind_dai_link(card, i);
    //对每一条链路调用各个组件的probe()
    soc_probe_dai_link(struct snd_soc_card *card, int num)
    //如果codec驱动有多个codec_conf配置，machine驱动可以通过snd_soc_card选择一个
    //走上了ALSA的老路了
    snd_card_create(SNDRV_DEFAULT_IDX1, SNDRV_DEFAULT_STR1, card->owner, 0, &card->snd_card);
    //若Machine驱动中指定了card的probe()则调用
    card->probe(card);
    snd_soc_add_controls
    snd_soc_dapm_add_routes
    snd_card_register

五、ASoC架构中的Codec驱动

1.核心结构体
snd_soc_codec
snd_soc_codec_driver
snd_soc_dai
snd_soc_dai_driver

2.注册
//wm8960.c
snd_soc_register_codec(&i2c->dev, &soc_codec_dev_wm8960, &wm8960_dai, 1);

　　ASoC中的一个重要设计原则就是要求Codec驱动是平台无关的，它包含了一些音频的控件（Controls），音频接口，DAMP（动态音频电源管理）的定义和某些Codec IO功能。为了保证硬件无关性，任何特定于平台和机器的代码都要移到Platform和Machine驱动中。

所有的Codec驱动都要提供以下特性：
　　Codec DAI 和 PCM的配置信息；
　　Codec的IO控制方式（I2C，SPI等）；
　　Mixer和其他的音频控件；
　　Codec的ALSA音频操作接口；
必要时，也可以提供以下功能：
　　DAPM描述信息；
　　DAPM事件处理程序；
　　DAC数字静音控制

snd_soc_codec/snd_soc_codec_driver代表了Codec驱动(也就是wm8960.c)，snd_soc_register_codec()同时注册了codec和codec端的dai。

六、ASoC架构中的Platform驱动

1.核心结构体
snd_soc_platform
snd_soc_platform_driver
snd_soc_dai
snd_soc_dai_driver

2.注册
注册platform驱动：
//dma.c
snd_soc_register_platform(&pdev->dev, &samsung_asoc_platform);
注册cpu_dai驱动：
//i2s.c
i2s_alloc_dai(pdev, false);
snd_soc_register_dai(&pri_dai->pdev->dev, &pri_dai->i2s_dai_drv);

它包含了该SoC平台的音频DMA和音频接口的配置和控制（I2S，PCM，AC97等等）；它也不能包含任何与单板相关的代码。

　　Platform驱动的主要作用是完成音频数据的管理，最终通过CPU的数字音频接口（DAI）把音频数据传送给Codec进行处理，最终由Codec输出驱动耳机或者是喇叭的音信信号。

　　在具体实现上，ASoC有把Platform驱动分为两个部分：snd_soc_platform_driver和snd_soc_dai_driver。其中，platform_driver负责管理音频数据，把音频数据通过dma或其他操作传送至cpu dai中，dai_driver则主要完成cpu一侧的dai的参数配置，同时也会通过一定的途径把必要的dma等参数与snd_soc_platform_driver进行交互。

　　CPU端的dai驱动通常对应Soc的一个或几个I2S/PCM接口的驱动

七、总结

　　注意各个驱动的分工，就大致知道每个模块需要提供哪些钩子函数，这钩子函数应该由谁调用。比如Codec应该提供自己的各个控制接口给Machine驱动程序调用，Platform驱动也应该提供自己的驱动接口给Machine驱动调用。

　　自己编写驱动的时候需要提供Machine驱动的设备端，若Codec驱动还没有，则还需要提供codec的驱动。一般platform驱动是Soc厂商已经提供好的，Codec驱动是音频编解码芯片供应商提供好的。因此，我们的工作就是编写Machine驱动和适配Codec芯片到我们的单板上。

参考：

Linux ALSA声卡驱动之五：移动设备中的ALSA: https://blog.csdn.net/michaelcao1980/article/details/78228630
Linux ALSA声卡驱动之六：ASoC架构中的Machine: https://blog.csdn.net/droidphone/article/details/7231605
Linux ALSA声卡驱动之七：ASoC架构中的Codec: https://blog.csdn.net/DroidPhone/article/details/7283833
Linux ALSA声卡驱动之八：ASoC架构中的Platform: https://blog.csdn.net/droidphone/article/details/7316061