linux alsa pcm（此pcm非硬件pcm接口）

轉：https://blog.csdn.net/crycheng/article/details/7095899

CODEC ：音頻芯片的控制，比如靜音、打開（關閉）ADC（DAC）、設置ADC（DAC）的增益、耳機模式的檢測等操作。
I2S   ：數字音頻接口，用於CPU和Codec之間的數字音頻流raw data的傳輸。每當有playback或record操作時，snd_soc_dai_ops.prepare()會被調用，啟動I2S總線。
PCM   ：我不知道為什么會取這個模塊名，它其實是定義DMA操作的，用於將音頻數據通過DMA傳到I2S控制器的FIFO中。

這里的PCM實際是就是更新和管理音頻數據流的地址，分配DMA等等，將RAM中存放的音頻數據的地址傳給I2S，不是PCM協議。
音頻數據流向：
     | DMA |                     | I2S/PCM/AC97 |
RAM --------> I2SControllerFIFO -----------------> CODEC ----> SPK/Headset


PCM模塊初始化：

 

struct snd_soc_platform rk29_soc_platform = {
    .name       = "rockchip-audio",
    .pcm_ops    = &rockchip_pcm_ops,
    .pcm_new    = rockchip_pcm_new,
    .pcm_free   = rockchip_pcm_free_dma_buffers,
};
EXPORT_SYMBOL_GPL(rk29_soc_platform);

static int __init rockchip_soc_platform_init(void)
{
        DBG("Enter::%s, %d\n", __FUNCTION__, __LINE__);
    return snd_soc_register_platform(&rk29_soc_platform);
}
module_init(rockchip_soc_platform_init);

static void __exit rockchip_soc_platform_exit(void)
{
    snd_soc_unregister_platform(&rk29_soc_platform);
}

調用snd_soc_register_platform()向ALSA core注冊一個snd_soc_platform結構體。


成員pcm_new需要調用dma_alloc_writecombine()給DMA分配一塊write-combining的內存空間，並把這塊緩沖區的相關信息保存到substream->dma_buffer中，相當於構造函數。pcm_free則相反。這些成員函數都還算簡單，看看代碼即可以理解其流程。

 

 

 

snd_pcm_ops

接着我們看一下snd_pcm_ops結構體，該結構體的操作函數集的實現是本模塊的主體。

struct snd_pcm_ops {
    int (*open)(struct snd_pcm_substream *substream);
    int (*close)(struct snd_pcm_substream *substream);
    int (*ioctl)(struct snd_pcm_substream * substream,
             unsigned int cmd, void *arg);
    int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *substream,
             struct snd_pcm_hw_params *params);
    int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *substream);
    int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *substream);
    int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd);
    snd_pcm_uframes_t (*pointer)(struct snd_pcm_substream *substream);
    int (*copy)(struct snd_pcm_substream *substream, int channel,
            snd_pcm_uframes_t pos,
            void __user *buf, snd_pcm_uframes_t count);
    int (*silence)(struct snd_pcm_substream *substream, int channel,
               snd_pcm_uframes_t pos, snd_pcm_uframes_t count);
    struct page *(*page)(struct snd_pcm_substream *substream,
                 unsigned long offset);
    int (*mmap)(struct snd_pcm_substream *substream, struct vm_area_struct *vma);
    int (*ack)(struct snd_pcm_substream *substream);
};

我們主要實現open、close、hw_params、hw_free、prepare和trigger接口。

 

 

open

open函數為PCM模塊設定支持的傳輸模式、數據格式、通道數、period等參數，並為playback/capture stream分配相應的DMA通道。其一般實現如下：

static int rockchip_pcm_open(struct snd_pcm_substream *substream)
{
    struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;
    struct rockchip_runtime_data *prtd;

    DBG("Enter::%s----%d\n",__FUNCTION__,__LINE__);

    snd_soc_set_runtime_hwparams(substream, &rockchip_pcm_hardware);

    prtd = kzalloc(sizeof(struct rockchip_runtime_data), GFP_KERNEL);
    if (prtd == NULL)
        return -ENOMEM;

    spin_lock_init(&prtd->lock);

    runtime->private_data = prtd;
    return 0;
}

其中硬件參數要根據芯片的數據手冊來定義，如：

 

int snd_soc_set_runtime_hwparams(struct snd_pcm_substream *substream,
    const struct snd_pcm_hardware *hw)
{
    struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;
    runtime->hw.info = hw->info;
    runtime->hw.formats = hw->formats;
    runtime->hw.period_bytes_min = hw->period_bytes_min;
    runtime->hw.period_bytes_max = hw->period_bytes_max;
    runtime->hw.periods_min = hw->periods_min;
    runtime->hw.periods_max = hw->periods_max;
    runtime->hw.buffer_bytes_max = hw->buffer_bytes_max;
    runtime->hw.fifo_size = hw->fifo_size;
    return 0;
}

 

 

關於peroid的概念有這樣的描述：The “period” is a term that corresponds to a fragment in the OSS world. The period defines the size at which a PCM interrupt is generated. peroid的概念很重要，建議去alsa官網找相關詳細說明了解一下。

上層ALSA lib可以通過接口來獲得這些參數的，如snd_pcm_hw_params_get_buffer_size_max()來取得buffer_bytes_max。

hw_free是hw_params的相反操作，調用snd_pcm_set_runtime_buffer(substream, NULL)即可。
注：代碼中的dma_buffer是DMA緩沖區，它通過4個字段定義：dma_area、dma_addr、dma_bytes和dma_private。其中dma_area是緩沖區邏輯地址，dma_addr是緩沖區的物理地址，dma_bytes是緩沖區的大小，dma_private是ALSA的DMA管理用到的。dma_buffer是在pcm_new()中初始化的；當然也可以把分配dma緩沖區的工作放到這部分來實現，但考慮到減少碎片，故還是在pcm_new中以最大size（即buffer_bytes_max）來分配。

關於DMA的中斷處理

另外留意open函數中的audio_dma_request(&s[0], audio_dma_callback);中的audio_dma_callback，這是dma的中斷函數，這里以callback的形式存在，其實到dma的底層還是這樣的形式：static irqreturn_t dma_irq_handler(int irq, void *dev_id)，在DMA中斷處理dma_irq_handler()中調用callback。這些跟具體硬件平台的DMA實現相關，如果沒有類似的機制，那么還是要在pcm模塊中實現這個中斷。

 

 

void rockchip_pcm_dma_irq(s32 ch, void *data)
{
        struct snd_pcm_substream *substream = data;
    struct rockchip_runtime_data *prtd;
    unsigned long flags;

    DBG("Enter::%s----%d\n",__FUNCTION__,__LINE__);

    prtd = substream->runtime->private_data;
    if (substream)
        snd_pcm_period_elapsed(substream);
    spin_lock(&prtd->lock);
    prtd->dma_loaded--;
    if (prtd->state & ST_RUNNING) {
        rockchip_pcm_enqueue(substream);
    }
        spin_unlock(&prtd->lock);
        local_irq_save(flags);
    if (prtd->state & ST_RUNNING) {
        if (prtd->dma_loaded) {
            if (substream->stream == SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK)
                audio_start_dma(substream, DMA_MODE_WRITE);
            else
                audio_start_dma(substream, DMA_MODE_READ);
        }
    }
    local_irq_restore(flags);
}

 

prepare

當pcm“准備好了”調用該函數。在這里根據channels、buffer_bytes等來設定DMA傳輸參數，跟具體硬件平台相關。注：每次調用snd_pcm_prepare()的時候均會調用prepare函數。

 

trigger

當pcm開始、停止、暫停的時候都會調用trigger函數。

 

static int rockchip_pcm_trigger(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd)
{
    struct rockchip_runtime_data *prtd = substream->runtime->private_data;
    int ret = 0;
    /**************add by qiuen for volume*****/
    struct snd_soc_pcm_runtime *rtd = substream->private_data;
    struct snd_soc_dai *pCodec_dai = rtd->dai->codec_dai;
    int vol = 0;
    int streamType = 0;

    DBG("Enter::%s----%d\n",__FUNCTION__,__LINE__);

    if(cmd==SNDRV_PCM_TRIGGER_VOLUME){
        vol = substream->number % 100;
        streamType = (substream->number / 100) % 100;
        DBG("enter:vol=%d,streamType=%d\n",vol,streamType);
        if(pCodec_dai->ops->set_volume)
            pCodec_dai->ops->set_volume(streamType, vol);
    }
    /****************************************************/
    spin_lock(&prtd->lock);

    switch (cmd) {
    case SNDRV_PCM_TRIGGER_START:
            DBG(" START \n");
        prtd->state |= ST_RUNNING;
        rk29_dma_ctrl(prtd->params->channel, RK29_DMAOP_START);
        /*
        if (substream->stream == SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK) {
            audio_start_dma(substream, DMA_MODE_WRITE);
        } else {
            audio_start_dma(substream, DMA_MODE_READ);
        }
        */
#ifdef CONFIG_ANDROID_POWER
        android_lock_suspend(&audio_lock);
        DBG("%s::start audio , lock system suspend\n" , __func__ );
#endif
        break;
    case SNDRV_PCM_TRIGGER_RESUME:
        DBG(" RESUME \n");
        break;
    case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_RELEASE:
        DBG(" RESTART \n");
        break;

    case SNDRV_PCM_TRIGGER_STOP:
    case SNDRV_PCM_TRIGGER_SUSPEND:
    case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_PUSH:
        DBG(" STOPS \n");
        prtd->state &= ~ST_RUNNING;
        rk29_dma_ctrl(prtd->params->channel, RK29_DMAOP_STOP);
        //disable_dma(prtd->params->channel);
#ifdef CONFIG_ANDROID_POWER
        android_unlock_suspend(&audio_lock );
        DBG("%s::stop audio , unlock system suspend\n" , __func__ );
#endif

        break;
    default:
        ret = -EINVAL;
        break;
    }

    spin_unlock(&prtd->lock);
    return ret;
}

 

Trigger函數里面的操作應該是原子的，不要在調用這些操作時進入睡眠，trigger函數應盡量小，甚至僅僅是觸發DMA。

 

pointer

static snd_pcm_uframes_t wmt_pcm_pointer(struct snd_pcm_substream *substream)
PCM中間層通過調用這個函數來獲取緩沖區的位置。一般情況下，在中斷函數中調用snd_pcm_period_elapsed()或在pcm中間層更新buffer的時候調用它。然后pcm中間層會更新指針位置和計算緩沖區可用空間，喚醒那些在等待的線程。這個函數也是原子的。
 

snd_pcm_runtime
我們會留意到ops各成員函數均需要取得一個snd_pcm_runtime結構體指針，這個指針可以通過substream->runtime來獲得。snd_pcm_runtime是pcm運行時的信息。當打開一個pcm子流時，pcm運行時實例就會分配給這個子流。它擁有很多多種信息：hw_params和sw_params配置拷貝，緩沖區指針，mmap記錄，自旋鎖等。snd_pcm_runtime對於驅動程序操作集函數是只讀的，僅pcm中間層可以改變或更新這些信息。