1. Overview

硬件平台及软件版本：

• Kernel - 3.4.5
• SoC - Samsung exynos
• CODEC - WM8994
• Machine - goni_wm8994
• Userspace - tinyalsa

Linux ALSA 音频系统架构大致如下：

              +--------+  +--------+  +--------+|tinyplay|  |tinycap |  |tinymix |+--------+  +--------+  +--------+|           ^           ^ V           |           V+--------------------------------+|        ALSA Library API        ||      (tinyalsa, alsa-lib)      |+--------------------------------+user space                   ^
-------------------------------|---------------------kernel space                 V+--------------------------------+|           ALSA CORE            || +-------+ +-------+ +------+   || |  PCM  | |CONTROL| | MIDI |...|| +-------+ +-------+ +------+   |+--------------------------------+|+--------------------------------+|           ASoC CORE            |+--------------------------------+|+--------------------------------+|        hardware driver         ||  +-------+ +--------+ +-----+  ||  |Machine| |Platform| |Codec|  ||  +-------+ +--------+ +-----+  |+--------------------------------+
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• Native ALSA Application：tinyplay/tinycap/tinymix，这些用户程序直接调用 alsa 用户库接口来实现放音、录音、控制
• ALSA Library API：alsa 用户库接口，常见有 tinyalsa、alsa-lib
• ALSA CORE：alsa 核心层，向上提供逻辑设备（PCM/CTL/MIDI/TIMER/…）系统调用，向下驱动硬件设备（Machine/I2S/DMA/CODEC）
• ASoC CORE：asoc 是建立在标准 alsa core 基础上，为了更好支持嵌入式系统和应用于移动设备的音频 codec 的一套软件体系
• Hardware Driver：音频硬件设备驱动，由三大部分组成，分别是 Machine、Platform、Codec

本主题不遵循自顶而下的原则，而先从硬件设备驱动说起，毕竟这些是看得见摸得着听得到的东西，容易对其有着直观的理解。

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// 声明：本文由 http://blog.csdn.net/zyuanyun 原创，转载请注明出处，谢谢！
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ALSA/ASoC 中硬件设备关系：

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|                 Machine                  |
|  +--------------+      +--------------+  |
|  |   Platform   |      |     Codec    |  |
|  |              | I2S  |              |  |
|  |       cpu_dai|<---->|codec_dai     |  |
|  |              |      |              |  |
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• Platform：指某款 SoC 平台的音频模块，如 exynos、omap、qcom 等等。Platform 又可细分两部分：

  • cpu dai：在嵌入式系统里面通常指 SoC 的 I2S、PCM 总线控制器，负责把音频数据从 I2S tx FIFO 搬运到 CODEC（这是回放的情形，录制则方向相反）。cpu_dai 通过 snd_soc_register_dai() 来注册。注：DAI 是 Digital Audio Interface 的简称，分为 cpu_dai 和 codec_dai，这两者通过 I2S/PCM 总线连接；AIF 是 Audio Interface 的简称，嵌入式系统中一般是 I2S 和 PCM 接口。
  • pcm dma：负责把 dma buffer 中的音频数据搬运到 I2S tx FIFO。值得留意的是：某些情形下是不需要 dma 操作的，比如 Modem 和 CODEC 直连，因为 Modem 本身已经把数据送到 FIFO 了，这时只需启动 codec_dai 接收数据即可；该情形下，Machine 驱动 dai_link 中需要设定 .platform_name = "snd-soc-dummy", 这是虚拟 dma 驱动，实现见 sound/soc/soc-utils.c。音频 dma 驱动通过 snd_soc_register_platform() 来注册，故也常用 platform 来指代音频 dma 驱动（这里的 platform 需要与 SoC Platform 区分开）。

• Codec：对于回放来说，userspace 送过来的音频数据是经过采样量化的数字信号，在 codec 经过 DAC 转换成模拟信号然后输出到外放或耳机，这样我们就可以听到声音了。Codec 字面意思是编解码器，但芯片里面的功能部件很多，常见的有 AIF、DAC、ADC、Mixer、PGA、Line-in、Line-out，有些高端的 codec 芯片还有 EQ、DSP、SRC、DRC、AGC、Echo-Canceller、Noise-Suppression 等部件。

• Machine：指某款机器，通过配置 dai_link 把 cpu_dai、codec_dai、modem_dai 各个音频接口给链结成一条条音频链路，然后注册 snd_soc_card。和上面两个不一样，Platform 和 CODEC 驱动一般是可以重用的，而 Machine 有它特定的硬件特性，几乎是不可重用的。所谓的硬件特性指：SoC Platform 与 Codec 的差异；DAIs 之间的链结方式；通过某个 GPIO 打开 Amplifier；通过某个 GPIO 检测耳机插拔；使用某个时钟如 MCLK/External-OSC 作为 I2S、CODEC 的时钟源等等。

从上面的描述来看，对于回放的情形，PCM 数据流向大致是：

        copy_from_user           DMA                 I2S           DAC^                   ^                   ^             ^
+---------+   |    +----------+   |   +-----------+   |   +-----+   |   +------+
|userspace+-------->DMA Buffer+------->I2S TX FIFO+------->CODEC+------->SPK/HP|
+---------+        +----------+       +-----------+       +-----+       +------+
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几个音频物理链路的概念：

dai_link：machine 驱动中定义的音频数据链路，它指定链路用到的 codec、codec_dai、cpu_dai、platform。比如对于 goni_wm8994 平台的 media 链路：codec="wm8994-codec"、codec_dai="wm8994-aif1"、cpu_dai="samsung-i2s"、platform="samsung-audio"，这四者就构成了一条音频数据链路用于多媒体声音的回放和录制。一个系统可能有多个音频数据链路，比如 media 和 voice，因此可以定义多个 dai_link 。如 WM8994 的典型设计，有三个 dai_link，分别是 AP<>AIF1 的 “HIFI”（多媒体声音链路），BP<>AIF2 的 “Voice”（通话语音链路），以及 BT<>AIF3（蓝牙 SCO 语音链路）。

代码如下：

static struct snd_soc_dai_link goni_dai[] = {
{.name = "WM8994",.stream_name = "WM8994 HiFi",.cpu_dai_name = "samsung-i2s.0",.codec_dai_name = "wm8994-aif1",.platform_name = "samsung-audio",.codec_name = "wm8994-codec.0-001a",.init = goni_wm8994_init,.ops = &goni_hifi_ops,
}, {.name = "WM8994 Voice",.stream_name = "Voice",.cpu_dai_name = "goni-voice-dai",.codec_dai_name = "wm8994-aif2",.codec_name = "wm8994-codec.0-001a",.ops = &goni_voice_ops,
},
};
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hw constraints：指平台本身的硬件限制，如所能支持的通道数/采样率/数据格式、DMA 支持的数据周期大小（period size）、周期次数（period count）等，通过 snd_pcm_hardware 结构体描述：

static const struct snd_pcm_hardware dma_hardware = {.info           = SNDRV_PCM_INFO_INTERLEAVED |SNDRV_PCM_INFO_BLOCK_TRANSFER |SNDRV_PCM_INFO_MMAP |SNDRV_PCM_INFO_MMAP_VALID |SNDRV_PCM_INFO_PAUSE |SNDRV_PCM_INFO_RESUME,.formats        = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE |SNDRV_PCM_FMTBIT_U16_LE |SNDRV_PCM_FMTBIT_U8 |SNDRV_PCM_FMTBIT_S8,.channels_min       = 2,.channels_max       = 2,.buffer_bytes_max   = 128*1024,.period_bytes_min   = PAGE_SIZE,.period_bytes_max   = PAGE_SIZE*2,.periods_min        = 2,.periods_max        = 128,.fifo_size      = 32,
};
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hw params：用户层设置的硬件参数，如 channels、sample rate、pcm format、period size、period count；这些参数受 hw constraints 约束。

sw params：用户层设置的软件参数，如 start threshold、stop threshold、silence threshold。

2. ASoC

ASoC：ALSA System on Chip，是建立在标准 ALSA 驱动之上，为了更好支持嵌入式系统和应用于移动设备的音频 codec 的一套软件体系，它依赖于标准 ALSA 驱动框架。内核文档 Documentation/alsa/soc/overview.txt 中详细介绍了 ASoC 的设计初衷，这里不一一引用，简单陈述如下：

• 独立的 codec 驱动，标准的 ALSA 驱动框架里面 codec 驱动往往与 SoC/CPU 耦合过于紧密，不利于在多样化的平台/机器上移植复用
• 方便 codec 与 SoC 通过 PCM/I2S 总线建立链接
• 动态音频电源管理 DAPM，使得 codec 任何时候都工作在最低功耗状态，同时负责音频路由的创建
• POPs 和 click 音抑制弱化处理，在 ASoC 中通过正确的音频部件上下电次序来实现
• Machine 驱动的特定控制，比如耳机、麦克风的插拔检测，外放功放的开关

在概述中已经介绍了 ASoC 硬件设备驱动的三大构成：Codec、Platform 和 Machine，下面列举各驱动的功能构成：

ASoC Codec Driver：

• Codec DAI 和 PCM 的配置信息
• Codec 的控制接口，如 I2C/SPI
• Mixer 和其他音频控件
• Codec 的音频接口函数，见 snd_soc_dai_ops 结构体定义
• DAPM 描述信息
• DAPM 事件处理句柄
• DAC 数字静音控制

ASoC Platform Driver： 包括 dma 和 cpu_dai 两部分：

• dma 驱动实现音频 dma 操作，具体见 snd_pcm_ops 结构体定义
• cpu_dai 驱动实现音频数字接口控制器的描述和配置

ASoC Machine Driver：

• 作为链结 Platform 和 Codec 的载体，它必须配置 dai_link 为音频数据链路指定 Platform 和 Codec
• 处理机器特有的音频控件和音频事件，例如回放时打开外放功放

硬件设备驱动相关结构体：

• snd_soc_codec_driver：音频编解码芯片描述及操作函数，如控件/微件/音频路由的描述信息、时钟配置、IO 控制等
• snd_soc_dai_driver：音频数据接口描述及操作函数，根据 codec 端和 soc 端，分为 codec_dai 和 cpu_dai
• snd_soc_platform_driver：音频 dma 设备描述及操作函数
• snd_soc_dai_link：音频链路描述及板级操作函数

下面是 goni_wm8994 类图，从这个类图中，我们可以大致了解 goni_wm8994 整个音频驱动组成：

3. Codec

上一章提到 codec_drv 的几个组成部分，下面逐一介绍，基本是以内核文档 Documentation/sound/alsa/soc/codec.txt 中的内容为脉络来分析的。Codec 的作用，之前已有描述，本章主要罗列下 Codec driver 中重要的数据结构及注册流程。

我们先看看 Codec 的硬件框图，以 WM8994 为例：

其中有着各种功能部件，包括但不限于 ：