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目录
1. Linux ALSA 内核框架
2. Linux ALSA 代码分析
2.1 声卡驱动初始化
2.2 声卡创建注册
2.3 PCM设备创建
3. ALSA ASoC
3.1 Machine
3.2 Platform
3.3 Codec
上一章节，对于Linux Audio子系统有了大概的了解，对音频的基础知识，Audio 子系统的介绍，ALSA的框架库相关知识。本章节将讲解ALSA驱动的实现原理，在应用上一些开发相关。
1. Linux ALSA 内核框架
ALSA作为音频子系统主要一个部分，从上一章节，了解主要有两个大部分ASoC Driver(纠正上一章节图片)和ALSA Soc
图1.1 Linux ALSA 内核框架
ASoc Driver:
包含三大Machine Driver、Platform Driver、Codec Driver
-
Machine Driver：
Machine驱动负责Platform和Codec之间的耦合以及部分和设备或板子特定的代码，Machine Driver 在 ASoC 框架中扮演了平台和 Codec 之间的沟通桥梁，使得硬件设备和音频处理能够协同工作，并在不同设备之间实现通用的音频处理流程，提高了驱动的可移植性和适应性。
图1.2 Asoc内三大部分
如图1.2 Machine就是充当对Platform与Codec的一个媒介，只要这两个连接起来，就会组成一个声卡设备。通过Machine 驱动开始，对于声卡的注册，绑定平台和Codec驱动等等；图中可以看出音频数据通道，可以从Codec搬运至Platform，也可以反过来，中间的那条线可以是I2S，PCM总线。
-
Platform Driver：
Platform 驱动程序类可以分为音频DMA驱动，SoC DAI 驱动程序和 DSP 驱动程序，比较常用的是前面两个DMA驱动，SoC DAI驱动。
音频DMA ： 主要负责管理数据在内存和音频硬件之间的传输的部分。它确保音频数据能够高效地从内存传输到音频硬件，以及从音频硬件传输回内存。
Soc DAI：负责Soc的音频接口与数字音频接口的连接，确保数字音频从CPU dai流向硬件接口；
-
Codec Driver：
Codec Driver意思就是音频编解码器，可以用于去解码音频或者编码音频。对于解码来说，就是讲音频数据进行解码，在Codec后经过DAC转换成模拟信号就可以通过外部设备进行播放；对于编码，模拟信号输入后通过ADC转换得到数字音频，通过Codec进行编码，用于存储或者传输。
Codec Driver功能还包括对于音频链路的控制，对音频信号做出相应的控制，比如放大音量等；
ALSA Core：
ALSA 核心层，作为ALSA最重要部分，在 ALSA Core ，指的是 Advanced Linux Sound Architecture 核心模块，它包含多个子模块，包括 PCM、MIDI、Control 和 Sequence。这些子模块一起构成了 ALSA Core，提供了在 Linux 系统中进行音频数据处理、传输和控制的基础设施。
-
PCM： 通过 PCM 子模块，声音数据可以被捕获、处理和输出；
-
MIDI：通过 MIDI 子模块，音乐合成器可以接收和响应 MIDI 命令；
-
Control ：通过 Control 子模块，用户可以调整音频设备的参数；
-
Sequence ：通过 Sequence 子模块，可以管理和处理音频事件序列。这些功能共同构成了 ALSA 的核心能力，使得在 Linux 系统中实现高质量的音频处理成为可能
2. Linux ALSA 代码分析
ALSA 代码目录结构，内核版本5.4：
./sound/
├── ac97
├── ac97_bus.c
├── aoa
├── arm
├── atmel
├── core
├── drivers
├── firewire
├── hda
├── i2c
├── isa
├── Kconfig
├── last.c
├── Makefile
├── mips
├── oss
├── parisc
├── pci
├── pcmcia
├── ppc
├── sh
├── soc
├── sound_core.c
├── sparc
├── spi
├── synth
├── usb
├── x86
└── xen| 目录/文件名 | 作用和内容 |
|---|---|
| ac97 | AC'97 音频编解码器的驱动和支持 |
| aoa | Apple Onboard Audio 驱动 |
| arm | 针对 ARM 架构的声音驱动 |
| atmel | 用于 Atmel 音频硬件的驱动和支持 |
| core | 声音子系统的核心代码，提供基本的声音处理功能 |
| drivers | 各种音频硬件设备的驱动程序存放位置，如 ALSA 的主要驱动程序 |
| firewire | 用于 FireWire 音频设备的支持 |
| hda | High Definition Audio 驱动 |
| i2c | 用于 I2C 总线上音频设备的驱动和支持 |
| isa | 适用于 ISA 总线上音频设备的支持 |
| Kconfig | 声音子系统的配置文件 |
| mips | 针对 MIPS 架构的声音驱动 |
| oss | Open Sound System（OSS）的兼容性驱动 |
| parisc | 适用于 PA-RISC 架构的声音驱动 |
| pci | 用于 PCI 总线上音频设备的驱动和支持 |
| pcmcia | 用于 PCMCIA 总线上音频设备的驱动和支持 |
| ppc | 适用于 PowerPC 架构的声音驱动 |
| sh | 针对 SuperH 架构的声音驱动 |
| soc | 针对 SoC 架构的声音驱动，包括 ASoC 子系统 |
| sparc | 适用于 SPARC 架构的声音驱动 |
| spi | 用于 SPI 总线上音频设备的驱动和支持 |
| synth | 音频合成器的驱动和支持 |
| usb | 用于 USB 总线上音频设备的驱动和支持 |
| x86 | 针对 x86 架构的声音驱动 |
| xen | 用于虚拟化环境中的声音支持 |
重要的目录在于Core文件夹，实现了声音子系统的核心代码。
2.1 声卡驱动初始化
入口从ALSA 初始化开始：
vim ./sound/core/sound.c
static int __init ALSA_sound_init(void)
{
snd_major = major;
snd_ecards_limit = cards_limit;
//注册字符设备驱动，将主设备号和字符设备的操作函数关联起来
//主设备号为 116 ：#define CONFIG_SND_MAJOR 116 /* standard configuration */
if (register_chrdev(major, "ALSA", &snd_fops)) {
pr_err("ALSA core: unable to register native major device number %d\n", major);
return -EIO;
}
//创建snd_proc_root ，创建相关的文件系统/proc/sound
if (snd_info_init() < 0) {
unregister_chrdev(major, "ALSA");
return -ENOMEM;
}
#ifndef MODULE
pr_info("Advanced Linux Sound Architecture Driver Initialized.\n");
#endif
return 0;
}ALSA_sound_init主要注册字符设备驱动，将相关信息写入，并且在Linux 系统上目录/proc创建一些虚拟文件
int __init snd_info_init(void)
{
snd_proc_root = snd_info_create_entry("asound", NULL, THIS_MODULE);
if (!snd_proc_root)
return -ENOMEM;
snd_proc_root->mode = S_IFDIR | 0555;
snd_proc_root->p = proc_mkdir("asound", NULL);
if (!snd_proc_root->p)
goto error;
#ifdef CONFIG_SND_OSSEMUL
snd_oss_root = create_subdir(THIS_MODULE, "oss");
if (!snd_oss_root)
goto error;
#endif
#if IS_ENABLED(CONFIG_SND_SEQUENCER)
snd_seq_root = create_subdir(THIS_MODULE, "seq");
if (!snd_seq_root)
goto error;
#endif
if (snd_info_version_init() < 0 ||
snd_minor_info_init() < 0 ||
snd_minor_info_oss_init() < 0 ||
snd_card_info_init() < 0 ||
snd_info_minor_register() < 0)
goto error;
return 0;
error:
snd_info_free_entry(snd_proc_root);
return -ENOMEM;
}
对于字符设备驱动中有一个文件操作接口file_operations
static const struct file_operations snd_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.open = snd_open,
.llseek = noop_llseek,
}snd_open接口函数，接口通过传参的inode参数进行获取设备的次设备号，然后查找对应的snd_minior结构体，如果没有加载就去初始化它，然后进行操作函数替换为行的操作函数表，最后打开设备。snd_open函数这里不展现出来，重点查看下snd_minior结构体。
struct snd_minor {
int type; /* SNDRV_DEVICE_TYPE_XXX */
int card; /* card number */
int device; /* device number */
const struct file_operations *f_ops; /* file operations */
void *private_data; /* private data for f_ops->open */
struct device *dev; /* device for sysfs */
struct snd_card *card_ptr; /* assigned card instance */
ANDROID_KABI_RESERVE(1);
};snd_minor结构体作用在于代表音频设备的次设备，每个此设备都有独特标识，声卡编号，设备编号，文件操作函数等等，这样对于一个设备包含多个音频设备就更加方便的管理。
创建设备类文件：
调用了 init_oss_soundcore() 函数来初始化 OSS（Open Sound System）相关的音频核心模块。然后，它创建了一个名为 "sound" 的设备类（sound_class），这个类将用于管理音频设备的设备节点。
static int __init init_soundcore(void)
{
int rc;
rc = init_oss_soundcore();
if (rc)
return rc;
sound_class = class_create(THIS_MODULE, "sound");
if (IS_ERR(sound_class)) {
cleanup_oss_soundcore();
return PTR_ERR(sound_class);
}
sound_class->devnode = sound_devnode;
return 0;
}查看设备下class 相关设备节点
这些设备节点包括 card0、card1、card2 等等，每个 cardX 目录下都包含了与该声卡相关的信息和控制接口。其中的 pcmCXDYZ 节点表示音频设备的不同 PCM 子设备，例如 pcmC0D0c 表示第一张声卡的第一个 PCM 播放设备。有了这些设备节点对于用户通过这些节点去获取音频的状态，配置参数，进行音频输入输出等操作，更重要的是统一了音频操作的方式。
2.2 声卡创建注册
声卡的创建主要通过./sound/core/init.c 中的snd_card_new接口函数，主要使用声卡的设备结构体snd_card
int snd_card_new(struct device *parent, int idx, const char *xid,
struct module *module, int extra_size,
struct snd_card **card_ret)
{
struct snd_card *card;
int err;
if (snd_BUG_ON(!card_ret))
return -EINVAL;
*card_ret = NULL;
if (extra_size < 0)
extra_size = 0;
card = kzalloc(sizeof(*card) + extra_size, GFP_KERNEL);
if (!card)
return -ENOMEM;
if (extra_size > 0)
card->private_data = (char *)card + sizeof(struct snd_card);
if (xid)
strlcpy(card->id, xid, sizeof(card->id));
err = 0;
mutex_lock(&snd_card_mutex);
if (idx < 0) /* first check the matching module-name slot */
idx = get_slot_from_bitmask(idx, module_slot_match, module);
if (idx < 0) /* if not matched, assign an empty slot */
idx = get_slot_from_bitmask(idx, check_empty_slot, module);
if (idx < 0)
err = -ENODEV;
else if (idx < snd_ecards_limit) {
if (test_bit(idx, snd_cards_lock))
err = -EBUSY; /* invalid */
} else if (idx >= SNDRV_CARDS)
err = -ENODEV;
if (err < 0) {
mutex_unlock(&snd_card_mutex);
dev_err(parent, "cannot find the slot for index %d (range 0-%i), error: %d\n",
idx, snd_ecards_limit - 1, err);
kfree(card);
return err;
}
set_bit(idx, snd_cards_lock); /* lock it */
if (idx >= snd_ecards_limit)
snd_ecards_limit = idx + 1; /* increase the limit */
mutex_unlock(&snd_card_mutex);
card->dev = parent;
card->number = idx;
#ifdef MODULE
WARN_ON(!module);
card->module = module;
#endif
INIT_LIST_HEAD(&card->devices);
init_rwsem(&card->controls_rwsem);
rwlock_init(&card->ctl_files_rwlock);
INIT_LIST_HEAD(&card->controls);
INIT_LIST_HEAD(&card->ctl_files);
spin_lock_init(&card->files_lock);
INIT_LIST_HEAD(&card->files_list);
mutex_init(&card->memory_mutex);
#ifdef CONFIG_PM
init_waitqueue_head(&card->power_sleep);
#endif
init_waitqueue_head(&card->remove_sleep);
card->sync_irq = -1;
device_initialize(&card->card_dev);
card->card_dev.parent = parent;
card->card_dev.class = sound_class;
card->card_dev.release = release_card_device;
card->card_dev.groups = card->dev_groups;
card->dev_groups[0] = &card_dev_attr_group;
err = kobject_set_name(&card->card_dev.kobj, "card%d", idx);
if (err < 0)
goto __error;
snprintf(card->irq_descr, sizeof(card->irq_descr), "%s:%s",
dev_driver_string(card->dev), dev_name(&card->card_dev));
/* the control interface cannot be accessed from the user space until */
/* snd_cards_bitmask and snd_cards are set with snd_card_register */
err = snd_ctl_create(card);
if (err < 0) {
dev_err(parent, "unable to register control minors\n");
goto __error;
}
err = snd_info_card_create(card);
if (err < 0) {
dev_err(parent, "unable to create card info\n");
goto __error_ctl;
et
*card_ret = card;
return 0;
__error_ctl:
snd_device_free_all(card);
__error:
put_device(&card->card_dev);
return err;
}根据代码来看，主要做的流程就是：
-
分配内存：根据声卡对象的大小进行分配。
-
设置声卡的参数：设置声卡的ID，名称以及其他参数。
-
创建声卡接口：通过
snd_ctl_create函数创建声卡的控制接口，使其可以被用户空间访问。 -
创建声卡信息接口：通过
snd_info_card_create函数创建声卡的信息接口，用于提供声卡的相关信息。
创建声卡接口函数最终通过函数snd_card_register()该函数将声卡的设备信息，控制注册，放入到声卡组中形成一个list.
2.3 PCM设备创建
3. ALSA ASoC
从ALSA 内核框架查看到三个部分，这里将从代码简要分析下工作过程。
3.1 Machine
Machine主要负责Platform和Codec之间的耦合，更加使用更多的设备，起到一个连接作用。具体代码的实现：
vim sound/soc/soc-core.c
/* ASoC platform driver */
static struct platform_driver soc_driver = {
.driver = {
.name = "soc-audio",
.pm = &snd_soc_pm_ops,
},
.probe = soc_probe,
};这里看到platform_driver中name是soc-audio, 与平台中的platform_device一样将触发soc_probe调用：
/* probes a new socdev */
static int soc_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct snd_soc_card *card = platform_get_drvdata(pdev);
/*
* no card, so machine driver should be registering card
* we should not be here in that case so ret error
*/
if (!card)
return -EINVAL;
dev_warn(&pdev->dev,
"ASoC: machine %s should use snd_soc_register_card()\n",
card->name);
/* Bodge while we unpick instantiation */
card->dev = &pdev->dev;
return devm_snd_soc_register_card(&pdev->dev, card);
}主要soc_probe调用了devm_snd_soc_register_card，在这个函数中将做了很多工作，查看里面最关键部分代码
int snd_soc_register_card(struct snd_soc_card *card)
{
if (!card->name || !card->dev)
return -EINVAL;
dev_set_drvdata(card->dev, card);
INIT_LIST_HEAD(&card->widgets);
INIT_LIST_HEAD(&card->paths);
INIT_LIST_HEAD(&card->dapm_list);
INIT_LIST_HEAD(&card->aux_comp_list);
INIT_LIST_HEAD(&card->component_dev_list);
INIT_LIST_HEAD(&card->list);
INIT_LIST_HEAD(&card->rtd_list);
INIT_LIST_HEAD(&card->dapm_dirty);
INIT_LIST_HEAD(&card->dobj_list);
card->instantiated = 0;
mutex_init(&card->mutex);
mutex_init(&card->dapm_mutex);
mutex_init(&card->pcm_mutex);
spin_lock_init(&card->dpcm_lock);
return snd_soc_bind_card(card);
}在函数snd_soc_bind_card中soc_probe_link_dais调用调用了codec，dai和platform驱动的probe函数。
3.2 Platform
Platform 部分主要完成音频数据的管理，通过CPU的柱子接口DAI传输到Codec。在代码里面Platform改成了component说法，所以接口有所变化：
定义一个接口体snd_soc_component_driver 这个结构体内容比较多，在注册一个Platform时候需要定义一个这样的结构实例。
主要是注册了一个dai，还有一个DMA.
3.3 Codec
Codec 部分完成音频信号的转换，对音频进行控制；主要涉及的相关结构体
snd_soc_component snd_soc_component_driver snd_soc_dai_driver snd_soc_dai_driver snd_soc_dai
这些结构体都是创建后都是需要让Machine能够使用该Codec，所以对于不同Codec都需要遵从这些结构体的定义，去填充，将具体的操作函数以及数据进行赋值。注册也是在Codec代码中开始注册，注册后Machine就可以去使用。
以i.MX8MQ 中的wm8524音频芯片为例子：
wm8524采用I2C总线控制，
wm8524驱动代码：./sound/soc/codecs/wm8524.c
static int wm8524_codec_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct wm8524_priv *wm8524;
int ret;
wm8524 = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(struct wm8524_priv),
GFP_KERNEL);
if (wm8524 == NULL)
return -ENOMEM;
platform_set_drvdata(pdev, wm8524);
wm8524->mute = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "wlf,mute", GPIOD_OUT_LOW);
if (IS_ERR(wm8524->mute)) {
ret = PTR_ERR(wm8524->mute);
if (ret != -EPROBE_DEFER)
dev_err(&pdev->dev, "Failed to get mute line: %d\n", ret);
return ret;
}
ret = devm_snd_soc_register_component(&pdev->dev,
&soc_component_dev_wm8524, &wm8524_dai, 1);
if (ret < 0)
dev_err(&pdev->dev, "Failed to register component: %d\n", ret);
return ret;
}关键在于devm_snd_soc_register_component这个函数，里面将会调用snd_soc_register_dais注册多个DAI设备；
static int snd_soc_register_dais(struct snd_soc_component *component,
struct snd_soc_dai_driver *dai_drv,
size_t count)-
dev: 传递设备节点，通常是相关的平台设备节点。 -
dai_drvs: 指向一个snd_soc_dai_driver数组，数组中的每个元素表示一个DAI设备的驱动信息。 -
count: 指定dai_drvs数组中的元素个数。
