Linux ALSA聲卡驅(qū)動之一：移動設備中的ALSA（ASoC）

1.? ASoC的由來

ASoC--ALSA System on Chip ，是建立在標準ALSA驅(qū)動層上，為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。在ASoc出現(xiàn)之前，內(nèi)核對于SoC中的音頻已經(jīng)有部分的支持，不過會有一些局限性：

Codec驅(qū)動與SoC CPU的底層耦合過于緊密，這種不理想會導致代碼的重復，例如，僅是wm8731的驅(qū)動，當時Linux中有分別針對4個平臺的驅(qū)動代碼。

音頻事件沒有標準的方法來通知用戶，例如耳機、麥克風的插拔和檢測，這些事件在移動設備中是非常普通的，而且通常都需要特定于機器的代碼進行重新對音頻路勁進行配置。

當進行播放或錄音時，驅(qū)動會讓整個codec處于上電狀態(tài)，這對于PC沒問題，但對于移動設備來說，這意味著浪費大量的電量。同時也不支持通過改變過取樣頻率和偏置電流來達到省電的目的。

ASoC正是為了解決上述種種問題而提出的，目前已經(jīng)被整合至內(nèi)核的代碼樹中：sound/soc。ASoC不能單獨存在，他只是建立在標準ALSA驅(qū)動上的一個它必須和標準的ALSA驅(qū)動框架相結(jié)合才能工作。

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2.? 硬件架構(gòu)

通常，就像軟件領域里的抽象和重用一樣，嵌入式設備的音頻系統(tǒng)可以被劃分為板載硬件（Machine）、Soc（Platform）、Codec三大部分，如下圖所示：

圖2.1? 音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Machine? 是指某一款機器，可以是某款設備，某款開發(fā)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(xiàn)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為CPU、Codec、輸入輸出設備提供了一個載體。

Platform? 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，那么我們可以認為它會有一個對應的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認為是某個SoC更好理解。

Codec? 字面上的意思就是編解碼器，Codec里面包含了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(nèi)部的寄存器進行控制。?

3.? 軟件架構(gòu)

在軟件層面，ASoC也把嵌入式設備的音頻系統(tǒng)同樣分為3大部分，Machine，Platform和Codec。

Codec驅(qū)動? ASoC中的一個重要設計原則就是要求Codec驅(qū)動是平臺無關的，它包含了一些音頻的控件（Controls），音頻接口，DAMP（動態(tài)音頻電源管理）的定義和某些Codec IO功能。為了保證硬件無關性，任何特定于平臺和機器的代碼都要移到Platform和Machine驅(qū)動中。所有的Codec驅(qū)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；

必要時，也可以提供以下功能：

DAPM描述信息；

DAPM事件處理程序；

DAC數(shù)字靜音控制

Platform驅(qū)動? 它包含了該SoC平臺的音頻DMA和音頻接口的配置和控制（I2S，PCM，AC97等等）；它也不能包含任何與板子或機器相關的代碼。

Machine驅(qū)動? Machine驅(qū)動負責處理機器特有的一些控件和音頻事件（例如，當播放音頻時，需要先行打開一個放大器）；單獨的Platform和Codec驅(qū)動是不能工作的，它必須由Machine驅(qū)動把它們結(jié)合在一起才能完成整個設備的音頻處理工作。

4.? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

整個ASoC是由一些列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，要搞清楚ASoC的工作機理，必須要理解這一系列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關系和作用，下面的關系圖展示了ASoC中重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關聯(lián)方式：

圖4.1 ?Kernel-2.6.35-ASoC中各個結(jié)構(gòu)的靜態(tài)關系

ASoC把聲卡實現(xiàn)為一個Platform Device，然后利用Platform_device結(jié)構(gòu)中的dev字段：dev.drvdata，它實際上指向一個snd_soc_device結(jié)構(gòu)?？梢哉J為snd_soc_device是整個ASoC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的根本，由他開始，引出一系列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于表述音頻的各種特性和功能。snd_soc_device結(jié)構(gòu)引出了snd_soc_card和soc_codec_device兩個結(jié)構(gòu)，然后snd_soc_card又引出了snd_soc_platform、snd_soc_dai_link和snd_soc_codec結(jié)構(gòu)。如上所述，ASoC被劃分為Machine、Platform和Codec三大部分，如果從這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)看來，snd_codec_device和snd_soc_card代表著Machine驅(qū)動，snd_soc_platform則代表著Platform驅(qū)動，snd_soc_codec和soc_codec_device則代表了Codec驅(qū)動，而snd_soc_dai_link則負責連接Platform和Codec。

5.? 3.0版內(nèi)核對ASoC的改進

本來寫這篇文章的時候參考的內(nèi)核版本是2.6.35，不過有CSDN的朋友提出在內(nèi)核版本3.0版本中，ASoC做了較大的變化。故特意下載了3.0的代碼，發(fā)現(xiàn)確實有所變化，下面先貼出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)關系圖：

圖5.1?? Kernel 3.0中的ASoC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由上圖我們可以看出，3.0中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更為合理和清晰，取消了snd_soc_device結(jié)構(gòu)，直接用snd_soc_card取代了它，并且強化了snd_soc_pcm_runtime的作用，同時還增加了另外兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)snd_soc_codec_driver和snd_soc_platform_driver，用于明確代表Codec驅(qū)動和Platform驅(qū)動。

后續(xù)的章節(jié)中將會逐一介紹Machine和Platform以及Codec驅(qū)動的工作細節(jié)和關聯(lián)。

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