alsa驱动分析之二

alsa驱动分析(2.6.21内核）之二
     

4.               通常的使用流程的分析

通常使用 alsalib 来播放声音包括以下几个步骤：
1，   open, 这个和 oss 相同，对应于 alsa 就是 snd_pcm_open ；
2，   param 设置，这个就是 snd_pcm_hw_params;
3，   上层的 alsa 在设置 param 的成功以后或者出错的时候恢复都需要调用 snd_pcm_prepare;
4，   write 函数；
现在一个个的来看；

4.1.1          open 过程介绍

如下图所示： 


         就是我先前说的分成三部分，先是 cpu 级别的，包括 clock 的 enabe ，中断的申请，空间的申请；
         然后就是平台级别的包括 DMA 所需要的空间的分配等；
         不过这里 codec 级别的没有提供相关的函数，由 machine 提供了一些函数主要是设置 channel ，格式，频率范围等等；

4.1.2          snd_pcm_hw_params 流程分析

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 



         流程就是这样，至于里面做的具体的事情，我觉得只需要对照 spec 看看就知道了，具体的寄存器设置下面有一点讲解，主要是格式的设置（采样率的设置会留到 prepare 的时候），至于中断上来的时候那个更新hw_ptr 函数很有用，这样上层就可以知道数据到底写了多少或者说还有多少空间可以写；
 

4.1.3          prepare 流程分析

 
当 alsa 层调用 snd_pcm_prepare 的时候会触发驱动对应的 prepare 的函数执行 , 如下：


可以看出基本上还是分为了三段，一段是 cpu 级别的，主要是对于 ssp port 的设置，具体设置如下：
对于 voice 通道， littleton_micco_voice_prepare 的设置：
the sscr0 0xc0163f,sscr1 0xf01dc0,sspsp 0x800085
其中对于 pcm 的 ssp 地址是：
#define SSCR0_P4        __REG(0x41A00000)  /* SSP Port 4 Control Register 0 */
#define SSCR1_P4        __REG(0x41A00004)  /* SSP Port 4 Control Register 1 */
#define SSPSP_P4        __REG(0x41A0002C)  /* SSP Port 4 Programmable Serial Protocol */
所以结果就相当于：
  SSCR0_P4 0x41A00000 ： 0xc0163f —— 》 0000 ， 0000 ， 1100 ， 0000 ， 0001 ， 0110 ， 0011 ，1111
对于这个地址高 8 位为 0 ，
31 （ MOD ） - 》 0 ：普通模式； 30 （ ACS ） - 》 0 ：时钟选择是由 NCS 和 ECS 位绝决定，看后面；
29 （ FPCKE ） - 》 0 ： FIFO
packing mode disabled ； 28 （） - 》 0 ： reserved
27 （ 52MM ） - 》 0 ： 13mbps 模式； 26 ： 24 （ FRDC ） - 》 0 ：每帧的时隙数
23 （ TIM ） ->1: 表示禁止传输 fifo
underrun 中断； 22 （ RIM ） - 》 1 ：表示禁止接收 fifo
overrun中断
<
1eba1
span style="color:#0000FF;">21 （ NCS ） ->0: 表示时钟选择由 ECS 决定； 20 （ EDSS ） - 》 0 ：表示前面填充 DSS 来达到 8-16位
19 ： 8 （ SCR ） - 》 0x16: 决定串口 bit 率， =sspx
clock/(scr+1) ？？？； 7 （ SSE ） - 》 0 ：表示disable
port
6 （ ECS ） - 》 0 ：表示片内的时钟用来计算 serial
clock rate ； 5 ： 4 （ FRF ） - 》 0b11 ：表示psp 模式用来模拟 I2S 协议
3 ： 0 （ DSS ） - 》 0b1111 ：表示 16bit 数据（ EDSS 为 0 ）
 
SSCR1_P4 0x41A00004:  0xf01dc0—— 》 0000 ， 0000 ， 1111 ， 0000 ， 0001 ， 1101 ， 1100 ，0000
对于这个地址高 8 位也为 0 ，
31 （ TTELP ） - 》 0 ：表示最后一个 bit 传输（ LSB ）传完后有半个时钟处于高阻（三态）状态；
30(TTE)- 》 0 ：表示传输信号不是三态的； 29 （ EBCEI ） - 》 0 ： bit 传输错误不产生中断
28 （ SCFR ） - 》 0 ：表示 SSPSCLK 的时钟信号需要连续的工作，主模式 ignore ； 27 （ ECRA ） -》 0 ：表示禁止其它 ssp 向它发起始终请求
26 （ ECRB ） - 》 0 ：表示同 27 ； 25 （ SCLKDIR ） - 》 0 ：表示主模式， SSP 端口，驱动SSPSCLK ；
24 （ SFRMDIR ） - 》 0 ：表示主模式， SSP 端口，驱动 SSPSFRM 信号；
23 （ RWOT ） - 》 1 ：表示只接收不传输？？？； 22 （ TRAIL ） - 》 1 ：表示 trailing
bytes 由 dma burst 来处理；
21 （ TSRE ） - 》 1 ：表示传输 DMA
sevice request 是 enabled ； 20 （ RSRE ） - 》 1 ：表示接收DMA
service request 允许
19 （ TINTE ） - 》 0 ：表示接收超时中断 disable ； 18 （ PINTE ） - 》 0 ：表示外设 trail
byte 中断disable ；
17 ：保留； 16 （ IFS ） ->0: 表示帧的极性由 PSP 的极性位决定；
15 （ STRF ） - 》 0 ：表示传输 FIFO （读，写）由 SSDR_X 来决定； 14 （ EFWR ） - 》 0 ：表示FIFO 读写特别函数 disable
13 ： 10 （ RFT ） - 》 0b0111 ：表示到达什么级别 rxfifo 断言中断； 9 ： 6 （ TFT ） - 》 0111: 表示TXFIFO 断言中断级别
5 ：保留； 4 （ SPH ） - 》 0 ：表示在每一个帧开始之前要等一个时钟，结束后要等 0.5 个时钟；
3 （ SPO ） - 》 0 ：表示 SSPSCLK 在 inactive 的时候是低电平； 2 （ LBM ） - 》 0 ：表示非循环模式
1 （ RIE ） - 》 0 ：表示 RXFIFO 门槛到达的中断 disable ； 0 （ RIE)->0: 表示接收 FIFO 门槛到达中断disable
 
 
SSPSP_P4 0x41A0002C:  0x800085- 》 0000 ， 0000 ， 1000 ， 0000 ， 0000 ， 0000 ， 1000 ， 0101
这个地址的高 8 位为 0 ，
31 ： reverved ； 30 ： 28 （ EDMYSTOP ） - 》 0 ： extended
dummy stop ；
27 ： 26 （ EDMYSTART ） - 》 0 ： extended
dummy start ； 25 （ FSRT ） - 》 0 ：下一帧的开始由前面的扩展 STOP 决定；
24 ： 23 （ DMYSTOP ） - 》 0b01 ：表示最后一 bit 传输完毕后保持 active 的 clock 数 1clock 的延迟； 22 ：保留
21 ： 16 （ SFRMWDTH ） - 》 0 ：表示最小位帧宽度； 15 ： 9 （ SFRMDLY ） - 》 0 ： serial
frame dealy
8 ： 7 （ DMYSTRT ） - 》 0b01 ：表示 1clock 的延迟在开始的时候； 6 ： 4 （ STRTDLY ） - 》 0 ：start
delay
3 （ ETDS ） - 》 0 ：表示结束时的传输状态为 low ； 2 （ SFRMP ） - 》 1 ： serial
frame 的极性；
1 ： 0 （ SCMODE ） - 》 0b01 ： data
driven 上升沿，数据采样下降沿， idle 状态，低；
 
对于 littleton_micco_hifi_prepare 的设置：
  The sscr0 e1c0003f,sscr1 701dc0,sspsp 40200004,sstsa 3,ssrsa 3,ssacd 60,ssacdd 6590040
其中对于 I2s 的 spp 地址是：
#define SSCR0_P3  __REG(0x41900000)  /* SSP Port 3 Control Register 0 */
#define SSCR1_P3  __REG(0x41900004)  /* SSP Port 3 Control Register 1 */
#define SSPSP_P3  __REG(0x4190002C)  /* SSP Port 3 Programmable Serial Protocol */
#define SSTSA_P3  __REG(0x41900030)  /* SSP Port 3 Tx Timeslot Active */
#define SSRSA_P3  __REG(0x41900034)  /* SSP Port 3 Rx Timeslot Active */
#define SSACD_P3 __REG(0x4190003C)  /* SSP Port 3 Audio Clock Divider */
#define     SSACDD_P3   __REG(0x41900040)  /* SSP Port 3 Audio Clock Dither Divider Register */
 
SSCR0_P3==__REG(0x41900000):e1c0003f—— 》 1110 ， 0001 ， 1100 ， 0000 ， 0000 ， 0000 ，0011 ， 1111
31 （ MOD ） - 》 1 ：网络模式； 30 （ ACS ） - 》 1 ：时钟选择是 audio
clock 和 audio clock divider决定，由 ssacd 寄存器决定；
29 （ FPCKE ） - 》 1 ： FIFO
packing mode enabled ； 28 （） - 》 0 ： reserved
27 （ 52MM ） - 》 0 ： 13mbps 模式； 26 ： 24 （ FRDC ） - 》 1 ：每帧的时隙数
23 （ TIM ） ->1: 表示禁止传输 fifo
underrun 中断； 22 （ RIM ） - 》 1 ：表示禁止接收 fifo
overrun中断
21 （ NCS ） ->0: 这里 ignore ，由 ACS 决定了（为 1 ）； 20 （ EDSS ） - 》 0 ：表示前面填充 DSS来达到 8-16 位
19 ： 8 （ SCR ） - 》 0: 由 ACS 那里决定； 7 （ SSE ） - 》 0 ：表示 disable
port ，工作时应为 1
6 （ ECS ） - 》 0 ：表示片内的时钟用来计算 serial
clock rate ； 5 ： 4 （ FRF ） - 》 0b11 ：表示psp 模式用来模拟 I2S 协议
3 ： 0 （ DSS ） - 》 0b1111 ：表示 16bit 数据（ EDSS 为 0 ）
 
SSCR1_P3==__REG(0x41900004):701dc0—— 》 0000 ， 0000 ， 0111 ， 0000 ， 0001 ， 1101 ，1100 ， 0000
31 （ TTELP ） - 》 0 ：表示最后一个 bit 传输（ LSB ）传完后有半个时钟处于高阻（三态）状态；
30(TTE)- 》 0 ：表示传输信号不是三态的； 29 （ EBCEI ） - 》 0 ： bit 传输错误不产生中断
28 （ SCFR ） - 》 0 ：表示 SSPSCLK 的时钟信号需要连续的工作，主模式 ignore ； 27 （ ECRA ） -》 0 ：表示禁止其它 ssp 向它发起始终请求
26 （ ECRB ） - 》 0 ：表示同 27 ； 25 （ SCLKDIR ） - 》 0 ：表示主模式， SSP 端口，驱动SSPSCLK ；
24 （ SFRMDIR ） - 》 0 ：表示主模式， SSP 端口，驱动 SSPSFRM 信号；
23 （ RWOT ） - 》 0 ：接收和传输都可以； 22 （ TRAIL ） - 》 1 ：表示 trailing
bytes 由 dma burst来处理；
21 （ TSRE ） - 》 1 ：表示传输 DMA
sevice request 是 enabled ； 20 （ RSRE ） - 》 1 ：表示接收DMA
service request 允许
19 （ TINTE ） - 》 0 ：表示接收超时中断 disable ； 18 （ PINTE ） - 》 0 ：表示外设 trail
byte 中断disable ；
17 ：保留； 16 （ IFS ） ->0: 表示帧的极性由 PSP 的极性位决定；
15 （ STRF ） - 》 0 ：表示传输 FIFO （读，写）由 SSDR_X 来决定； 14 （ EFWR ） - 》 0 ：表示FIFO 读写特别函数 disable
13 ： 10 （ RFT ） - 》 0b0111 ：表示到达什么级别 rxfifo 断言中断； 9 ： 6 （ TFT ） - 》 0111: 表示TXFIFO 断言中断级别
5 ：保留； 4 （ SPH ） - 》 0 ：表示在每一个帧开始之前要等一个时钟，结束后要等 0.5 个时钟；
3 （ SPO ） - 》 0 ：表示 SSPSCLK 在 inactive 的时候是低电平； 2 （ LBM ） - 》 0 ：表示非循环模式
1 （ RIE ） - 》 0 ：表示 RXFIFO 门槛到达的中断 disable ， 0 （ RIE)->0: 表示接收 FIFO 门槛到达中断disable
 
SSPSP_P3==__REG(0x4190002C):40200004—— 》 0100 ， 0000 ， 0010 ， 0000 ， 0000 ， 0000 ，0000 ， 0100
31 ： reverved ； 30 ： 28 （ EDMYSTOP ） - 》 4 ： extended
dummy stop ；
27 ： 26 （ EDMYSTART ） - 》 0 ： extended
dummy start ； 25 （ FSRT ） - 》 0 ：下一帧的开始由前面的扩展 STOP 决定；
24 ： 23 （ DMYSTOP ） - 》 0b00 ：表示最后一 bit 传输完毕后保持 active 的 clock 数的延迟； 22 ：保留
21 ： 16 （ SFRMWDTH ） - 》 0b20 ：表示最小位帧宽度； 15 ： 9 （ SFRMDLY ） - 》 0 ： serial
frame dealy
8 ： 7 （ DMYSTRT ） - 》 0b00 ：表示 0clock 的延迟在开始的时候； 6 ： 4 （ STRTDLY ） - 》 0 ：start
delay
3 （ ETDS ） - 》 0 ：表示结束时的传输状态为 low ； 2 （ SFRMP ） - 》 1 ： serial
frame 的极性；
1 ： 0 （ SCMODE ） - 》 0b00 ： data
driven 下降沿，数据采样上升沿， idle 状态，低；
 
SSTSA_P3==__REG(0x41900030):3—— 》 0011
31 ： 8->0:reserved;7:0 （ TTSA ） ->0b0011: 表示在那个 time
slot 里面是传输数据的 0 ，不传输， 1传输；
SSRSA_P3==__REG(0x41900034):3—— 》 0011
31 ： 8 ： reserved ； 7 ： 0 （ RTSA ） - 》 0 ：表示在那个 slot 里面接收数据， 0 ，不接受， 1 接收；
SSACD_P3==__REG(0x4190003C):60—— 》 0110 ， 0000
31 ： 8 ： reserved ； 7 （ SCDX8 ） - 》 0 ： sysclk/4 产生内部 audio
clock ， 1 ， sysclk/8 产生audio clock ；
6 ： 4 （ ACPS ） - 》 0b110:PLL 输出时钟由 Audio
clock dither Divider register value 决定；
3 （ SCDB ） - 》 0 ：如果 SCDX8 为 0 则 scdx8 决定，为 1 ，则 sysclk 不分频；
2 ： 0 （ ACDS ） - 》 0 ：表示 clock
divider select 为 /1 ；
SSACDD_P3==__REG(0x41900040):6590040—— 》 0000 ， 0110 ， 0101 ， 1001 ， 0000 ， 0000 ，0100 ， 0000
31 ： reserved ； 30 ： 16 （ NUM ） - 》 1625; 除数（ 0x659 ）
15 ： 12 ： reserved ； 11 ： 0 （ DEN ） - 》 64 ：被除数
比如我们的板子上是这样计算这些值的：
比如，在我们的机子上的一个实例是这样的，
那么第一步取得采样率： 48K ，它也就是 Sync clock ；
第二步球的 bit 率： 48X64=3.072M
第三步求的 sysclk ：这个根据 scdx8 决定是 X4 还是 X8 ，在我们的例子中是 4 ，所以：3.072X4=12.288
第四步求得我们要的 dither divider y ，公式为：
624*(y)/2=12.288 ，
算出 y=0.039384615384615384615384615384615
所以查可能的分子和分母表，得出，分子是：
64 ，分母是 1625
如下图所示：



当然更加详细的请参阅 spec ；
 
第二段是平台级别的，主要是对于 DMA 的初始化；
第三段是 codec 级别的，这里主要是对 codec 本身的设置，通过 i2c 接口对 codec 的寄存器操作，比如采样率等等；
最后面还有一个 poweron 的函数，这个函数前面有提到，但是没有详细分析，这里分析一下：
首先根据事件类型，决定是关闭门序列，还是启动门序列，我只分析启动过程；
得到启动序列，就开始遍历整个序列，对于这个序列的每一个类型，查找所有的门的序列，直到有一个门的类型和当前启动序列的类型相同，然后再根据不同的类型做不同的检查和 power ：
1 ，如果是 snd_soc_dapm_vmid 则继续，不做任何处理；
2 ，
A ）如果是 snd_soc_dapm_adc ，并且其 active 为 1 ，这个 active 在上一步已经分析过了，必须要包含这个流的名字的 sname 的门才会被激活，假设我们现在讨论的是用 pcm 通道播放声音，那么流的名字就是 “Voice
Playback” ，所以，将 置 有 dac3 的 active 被设成 1 ，这样就避免了 power
on dac1 ，dac2 ，和 adc 了。如果这两个条件都满足，那么必然是 “Voice Capture” 了，因为只有这时候，我们才会用到 adc ，现在看看，如果用了 adc 将会启动什么 , 于是调用函数 is_connected_input_ep ，这是一个通用递归函数，从名字上来说就是看是否是已经连接了输入的门，我们只考虑 adc 的情况，其余的情况待会再讨论，对于 adc ，在 is_connected_input_ep 函数里面，是通过遍历所有以这个门作为 sink的 source 门（ list_for_each_entry(path,
&widget->sources, list_sink) ，可以看到，这里的最后一个参数是 list_sink ，而第二个参数却是 widget->sources, 这个原因我在 “ 门连接分析 ” 页里面已经分析过了，总之 sources 就表示这个门的 sources 列表，而 sinks 就是这个门的 sink 列表），通过递归调用 is_connected_input_ep 来查看这些 source 门是否其中有一个是连通的，返回的是所有是否连通的和（联通为 1 ，否则为 0 ），所以返回的结果可能是大于 1 的数，表示不只一个源是联通的。
B ）如果这个函数返回为真则表示此 adc 是联通的，于是调用 dapm_update_bits 来处理，这个函数过对 mux （它的 reg<0) ， input ， output ， mic ， hp ， line ， spk ，不做任何处理就返回了；过了这一关，开始查是否 men 的 revert 为真，如果为真，则把 power 取反，原来为真现在变假，于是调用snd_soc_read （ micco_soc_read ）开始读这个寄存器的值（注意，这里读的值是可能和物理上的这个寄存器的值不一样的，这里读的值是 cache 里面的值），读出来后强制把 1<<shift 后的位置为 1 ，比较新旧值是否有变化，如果有，则调用 snd_soc_write(codec,
widget->reg, new) 把值写到 cache 里面（实际负责写的是 micco_soc_write ，而且，它对于 0x70+0x15 以下包含 0x15 的值是直接写到寄存器的地址的，否则只是些到数组 cache 里面去）好对于 adc 的情况我们就分析完了。
3 ，
A) 如果此类型是 snd_soc_dapm_dac 并且 active 为 1 ，则调用 is_connected_output_ep 来取得是否要 power ，下面来看看函数 is_connected_output_ep ，这也是一个通用的判断是否有连接到输出的递归函数，我们只 分析 dac 的情况， list_for_each_entry(path,
&widget->sinks, list_source) ，上面已经讲过，这里实际上查的是这个门的所有的 sink 列表，通过递归调用 is_connected_output_ep 来看是否它的 sink 是联通的，只要有一条路是联通的，则 power 为真。
B) 返回后调用 dapm_update_bits 来处理，上面已经分析过了，这个函数就是判断是否需要设置此门的寄存器的 1<<shift 位。
4 ，如果此类型是 snd_soc_dapm_pga ，则调用 is_connected_input_ep 来判断是否联通输入，再调用 is_connected_output_ep 判断是否联通输出，对于 pga
is_connected_input_ep 函数的处理和 adc是一样的，对于 is_connected_output_ep 和 dac 的处理是一样的，接着调用 dapm_set_pga ，根据power 的值决定是 mute
pga 还是启用 pga ，但是就我打印的结果来看，基本上这个函数所起的作用为0 ，因为对于 pga 的门似乎都没有设置相应的 control ，最后调用 dapm_update_bits ，设置 power位。
5 ，对于 other widget ，这里在我们的平台上多半是指 mux ，首先调用 is_connected_input_ep 判断是否连接输入，再调用 is_connected_output_ep 判断是否有输出，调用 dapm_update_bits 位设置power 位，最后调用 w->event （ do_post_event) 来进行后期处理，这里主要就是对 mux 进行寄存器设置，因为 mux 的寄存器的地址都是大于 0x70+0x15 的，所以它们的地址需要转化，这个函数就是根据 mux 的类型，访问不同的寄存器。
 
基本上 prepare 后，一切就都就绪了，只等一个 trigger ；而 trigger 的执行会在上层的 alsalib 调用 write 的函数触发；
 
 

4.1.4          write 的流程

 



用户层的 write 到内核里面都是通过 ioctl 来做的，这里面会触发 trigger 函数的执行，等 trigger 执行完以后，才会真正调用函数把用户层的东西 copy 到 dma 分配的空间；
这里面基本上只是画了最简单的逻辑，其实里面非常的复杂特别是函 数 snd_pcm_lib_write1 ，这里面有同步的操作，也就是要等到有空余的空间的时候才允许写，否则就要等待，唤醒是通过函数snd_pcm_update_hw_ptr_post 来做的，这个函数会在 DMA 传输完一帧的中断到来的时候被调用，用来更新缓冲区指针；
 
其中 trigger 的逻辑如下：



 
简单的说就是启动 DMA ， enable ssp 口；
 
 
 
 
 
 

4.1.5          使用流程的总结 t

         简单总结一下，用户的使用流程；
         A, 调用 snd_pcm_open 打开设备节点对应的 pcm 流的 substream 也就是录音或者 play ；
B, 调用 snd_pcm_hw_params 设置硬件参数，包括格式，通道，采样率， DMA 空间的分配，中断的申请等等，这里面会调用 prepare 函数使硬件准备好硬件，包括 codec 的寄存器设置，各种路径的建立，门的 power on 等；
C, 调用 write 函数实现把数据写到设备里面去，这里会触发 trigger 函数也就是 DMA 的启动， SSP 端口的启动等。
       

 

5.               Amixer 调用的相关逻辑

我们的 audio controller 所调用的驱动的接口都是 amixer 的 cset ， cget ，所以有必要分析一下它的逻辑：

5.1.1          Amixer 调用的上层逻辑

    也就是说通过 /dev 下面的设备节点调用相应的 ioctl ，然后进入到内核的范围；

5.1.2          Amixer 的内核流程      

这里 只分析了控制函数为 snd_soc_dapm_put_enum_double 的处理逻辑，其它的都类似，而具体的应该是哪个处理函数来处理是在 control 的 new 的时候就已经确立了的，对于我们的平台其实在表micco_dapm_widgets 建立的时候就已经确立了；
为了方便后来者的调试，我这里把各个 numid 的对应的控制函数都列出来了 , 如下：
numid=1 到 12 ： snd_soc_put_volsw ；
numid=13 到 20 ： snd_soc_dapm_put_enum_double
 
 
.

6.               总结

Alsa 驱动的架构主要是分成对上为 alsalib 提供接口，对下实现硬件的管理，对上的内容基本都是在sound/core 目录里面的文件来完成，而设计硬件的操作分成两部分一部分相关与 cpu 这边的是由sound/soc/pxa 目录里面的文件来完成的，另外一部分设计 codec 是由 sound/soc/codec 来完成的，这部分主要就是对 codec 这边的寄存器的设置；简单示意如下：



 
它复杂的地方在于用户态的 alsa lib 。
 
 
 
 

7.               未讨论

还有一些地方没有讨论到，比如 timer ，不过留到以后补充吧；
 
 
 
 
 
备注：
              内核版本： 2.6.21 （ +marvel patch ）
                硬件平台： pxa310+9034codec ；
 作者：wylhistory
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