linux alsa pcm（此pcm非硬件pcm接口）

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

CODEC ：音频芯片的控制，比如静音、打开（关闭）ADC（DAC）、设置ADC（DAC）的增益、耳机模式的检测等操作。
I2S   ：数字音频接口，用于CPU和Codec之间的数字音频流raw data的传输。每当有playback或record操作时，snd_soc_dai_ops.prepare()会被调用，启动I2S总线。
PCM   ：我不知道为什么会取这个模块名，它其实是定义DMA操作的，用于将音频数据通过DMA传到I2S控制器的FIFO中。

这里的PCM实际是就是更新和管理音频数据流的地址，分配DMA等等，将RAM中存放的音频数据的地址传给I2S，不是PCM协议。
音频数据流向：
     | DMA |                     | I2S/PCM/AC97 |
RAM --------> I2SControllerFIFO -----------------> CODEC ----> SPK/Headset


PCM模块初始化：

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  1. struct snd_soc_platform rk29_soc_platform = {  
  2.     .name       = "rockchip-audio",  
  3.     .pcm_ops    = &rockchip_pcm_ops,  
  4.     .pcm_new    = rockchip_pcm_new,  
  5.     .pcm_free   = rockchip_pcm_free_dma_buffers,  
  6. };  
  7. EXPORT_SYMBOL_GPL(rk29_soc_platform);  
  8.   
  9. static int __init rockchip_soc_platform_init(void)  
  10. {  
  11.         DBG("Enter::%s, %d ", __FUNCTION__, __LINE__);  
  12.     return snd_soc_register_platform(&rk29_soc_platform);  
  13. }  
  14. module_init(rockchip_soc_platform_init);  
  15.   
  16. static void __exit rockchip_soc_platform_exit(void)  
  17. {  
  18.     snd_soc_unregister_platform(&rk29_soc_platform);  
  19. }  

调用snd_soc_register_platform()向ALSA core注册一个snd_soc_platform结构体。


成员pcm_new需要调用dma_alloc_writecombine()给DMA分配一块write-combining的内存空间，并把这块缓冲区的相关信息保存到substream->dma_buffer中，相当于构造函数。pcm_free则相反。这些成员函数都还算简单，看看代码即可以理解其流程。

snd_pcm_ops

接着我们看一下snd_pcm_ops结构体，该结构体的操作函数集的实现是本模块的主体。

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  1. struct snd_pcm_ops {  
  2.     int (*open)(struct snd_pcm_substream *substream);  
  3.     int (*close)(struct snd_pcm_substream *substream);  
  4.     int (*ioctl)(struct snd_pcm_substream * substream,  
  5.              unsigned int cmd, void *arg);  
  6.     int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *substream,  
  7.              struct snd_pcm_hw_params *params);  
  8.     int (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *substream);  
  9.     int (*prepare)(struct snd_pcm_substream *substream);  
  10.     int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd);  
  11.     snd_pcm_uframes_t (*pointer)(struct snd_pcm_substream *substream);  
  12.     int (*copy)(struct snd_pcm_substream *substream, int channel,  
  13.             snd_pcm_uframes_t pos,  
  14.             void __user *buf, snd_pcm_uframes_t count);  
  15.     int (*silence)(struct snd_pcm_substream *substream, int channel,   
  16.                snd_pcm_uframes_t pos, snd_pcm_uframes_t count);  
  17.     struct page *(*page)(struct snd_pcm_substream *substream,  
  18.                  unsigned long offset);  
  19.     int (*mmap)(struct snd_pcm_substream *substream, struct vm_area_struct *vma);  
  20.     int (*ack)(struct snd_pcm_substream *substream);  
  21. };  


我们主要实现open、close、hw_params、hw_free、prepare和trigger接口。

open

open函数为PCM模块设定支持的传输模式、数据格式、通道数、period等参数，并为playback/capture stream分配相应的DMA通道。其一般实现如下：

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  1. static int rockchip_pcm_open(struct snd_pcm_substream *substream)  
  2. {  
  3.     struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;  
  4.     struct rockchip_runtime_data *prtd;  
  5.   
  6.     DBG("Enter::%s----%d ",__FUNCTION__,__LINE__);  
  7.   
  8.     snd_soc_set_runtime_hwparams(substream, &rockchip_pcm_hardware);  
  9.   
  10.     prtd = kzalloc(sizeof(struct rockchip_runtime_data), GFP_KERNEL);  
  11.     if (prtd == NULL)  
  12.         return -ENOMEM;  
  13.   
  14.     spin_lock_init(&prtd->lock);  
  15.   
  16.     runtime->private_data = prtd;  
  17.     return 0;  
  18. }  


其中硬件参数要根据芯片的数据手册来定义，如：

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  1. int snd_soc_set_runtime_hwparams(struct snd_pcm_substream *substream,  
  2.     const struct snd_pcm_hardware *hw)  
  3. {  
  4.     struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;  
  5.     runtime->hw.info = hw->info;  
  6.     runtime->hw.formats = hw->formats;  
  7.     runtime->hw.period_bytes_min = hw->period_bytes_min;  
  8.     runtime->hw.period_bytes_max = hw->period_bytes_max;  
  9.     runtime->hw.periods_min = hw->periods_min;  
  10.     runtime->hw.periods_max = hw->periods_max;  
  11.     runtime->hw.buffer_bytes_max = hw->buffer_bytes_max;  
  12.     runtime->hw.fifo_size = hw->fifo_size;  
  13.     return 0;  
  14. }  

关于peroid的概念有这样的描述：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，建议去alsa官网找相关详细说明了解一下。

上层ALSA lib可以通过接口来获得这些参数的，如snd_pcm_hw_params_get_buffer_size_max()来取得buffer_bytes_max。

hw_free是hw_params的相反操作，调用snd_pcm_set_runtime_buffer(substream, NULL)即可。
注：代码中的dma_buffer是DMA缓冲区，它通过4个字段定义：dma_area、dma_addr、dma_bytes和dma_private。其中dma_area是缓冲区逻辑地址，dma_addr是缓冲区的物理地址，dma_bytes是缓冲区的大小，dma_private是ALSA的DMA管理用到的。dma_buffer是在pcm_new()中初始化的；当然也可以把分配dma缓冲区的工作放到这部分来实现，但考虑到减少碎片，故还是在pcm_new中以最大size（即buffer_bytes_max）来分配。

关于DMA的中断处理

另外留意open函数中的audio_dma_request(&s[0], audio_dma_callback);中的audio_dma_callback，这是dma的中断函数，这里以callback的形式存在，其实到dma的底层还是这样的形式：static irqreturn_t dma_irq_handler(int irq, void *dev_id)，在DMA中断处理dma_irq_handler()中调用callback。这些跟具体硬件平台的DMA实现相关，如果没有类似的机制，那么还是要在pcm模块中实现这个中断。

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  1. void rockchip_pcm_dma_irq(s32 ch, void *data)  
  2. {      
  3.         struct snd_pcm_substream *substream = data;  
  4.     struct rockchip_runtime_data *prtd;  
  5.     unsigned long flags;  
  6.       
  7.     DBG("Enter::%s----%d ",__FUNCTION__,__LINE__);  
  8.   
  9.     prtd = substream->runtime->private_data;  
  10.     if (substream)  
  11.         snd_pcm_period_elapsed(substream);  
  12.     spin_lock(&prtd->lock);  
  13.     prtd->dma_loaded--;  
  14.     if (prtd->state & ST_RUNNING) {  
  15.         rockchip_pcm_enqueue(substream);  
  16.     }  
  17.         spin_unlock(&prtd->lock);  
  18.         local_irq_save(flags);  
  19.     if (prtd->state & ST_RUNNING) {  
  20.         if (prtd->dma_loaded) {  
  21.             if (substream->stream == SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK)  
  22.                 audio_start_dma(substream, DMA_MODE_WRITE);  
  23.             else  
  24.                 audio_start_dma(substream, DMA_MODE_READ);  
  25.         }  
  26.     }  
  27.     local_irq_restore(flags);     
  28. }  

prepare

当pcm“准备好了”调用该函数。在这里根据channels、buffer_bytes等来设定DMA传输参数，跟具体硬件平台相关。注：每次调用snd_pcm_prepare()的时候均会调用prepare函数。

trigger

当pcm开始、停止、暂停的时候都会调用trigger函数。

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  1. static int rockchip_pcm_trigger(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd)  
  2. {  
  3.     struct rockchip_runtime_data *prtd = substream->runtime->private_data;  
  4.     int ret = 0;  
  5.     /**************add by qiuen for volume*****/  
  6.     struct snd_soc_pcm_runtime *rtd = substream->private_data;  
  7.     struct snd_soc_dai *pCodec_dai = rtd->dai->codec_dai;  
  8.     int vol = 0;  
  9.     int streamType = 0;  
  10.       
  11.     DBG("Enter::%s----%d ",__FUNCTION__,__LINE__);  
  12.       
  13.     if(cmd==SNDRV_PCM_TRIGGER_VOLUME){  
  14.         vol = substream->number % 100;  
  15.         streamType = (substream->number / 100) % 100;  
  16.         DBG("enter:vol=%d,streamType=%d ",vol,streamType);  
  17.         if(pCodec_dai->ops->set_volume)  
  18.             pCodec_dai->ops->set_volume(streamType, vol);  
  19.     }  
  20.     /****************************************************/  
  21.     spin_lock(&prtd->lock);  
  22.   
  23.     switch (cmd) {  
  24.     case SNDRV_PCM_TRIGGER_START:  
  25.             DBG(" START  ");  
  26.         prtd->state |= ST_RUNNING;  
  27.         rk29_dma_ctrl(prtd->params->channel, RK29_DMAOP_START);  
  28.         /*  
  29.         if (substream->stream == SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK) {  
  30.             audio_start_dma(substream, DMA_MODE_WRITE);  
  31.         } else {  
  32.             audio_start_dma(substream, DMA_MODE_READ);  
  33.         }  
  34.         */  
  35. #ifdef CONFIG_ANDROID_POWER          
  36.         android_lock_suspend(&audio_lock);  
  37.         DBG("%s::start audio , lock system suspend " , __func__ );  
  38. #endif        
  39.         break;  
  40.     case SNDRV_PCM_TRIGGER_RESUME:  
  41.         DBG(" RESUME  ");  
  42.         break;  
  43.     case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_RELEASE:  
  44.         DBG(" RESTART  ");  
  45.         break;  
  46.   
  47.     case SNDRV_PCM_TRIGGER_STOP:  
  48.     case SNDRV_PCM_TRIGGER_SUSPEND:  
  49.     case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_PUSH:  
  50.         DBG(" STOPS  ");  
  51.         prtd->state &= ~ST_RUNNING;  
  52.         rk29_dma_ctrl(prtd->params->channel, RK29_DMAOP_STOP);  
  53.         //disable_dma(prtd->params->channel);  
  54. #ifdef CONFIG_ANDROID_POWER          
  55.         android_unlock_suspend(&audio_lock );  
  56.         DBG("%s::stop audio , unlock system suspend " , __func__ );  
  57. #endif  
  58.           
  59.         break;  
  60.     default:  
  61.         ret = -EINVAL;  
  62.         break;  
  63.     }  
  64.   
  65.     spin_unlock(&prtd->lock);  
  66.     return ret;  
  67. }  

Trigger函数里面的操作应该是原子的，不要在调用这些操作时进入睡眠，trigger函数应尽量小，甚至仅仅是触发DMA。

pointer

static snd_pcm_uframes_t wmt_pcm_pointer(struct snd_pcm_substream *substream)
PCM中间层通过调用这个函数来获取缓冲区的位置。一般情况下，在中断函数中调用snd_pcm_period_elapsed()或在pcm中间层更新buffer的时候调用它。然后pcm中间层会更新指针位置和计算缓冲区可用空间，唤醒那些在等待的线程。这个函数也是原子的。
 

snd_pcm_runtime
我们会留意到ops各成员函数均需要取得一个snd_pcm_runtime结构体指针，这个指针可以通过substream->runtime来获得。snd_pcm_runtime是pcm运行时的信息。当打开一个pcm子流时，pcm运行时实例就会分配给这个子流。它拥有很多多种信息：hw_params和sw_params配置拷贝，缓冲区指针，mmap记录，自旋锁等。snd_pcm_runtime对于驱动程序操作集函数是只读的，仅pcm中间层可以改变或更新这些信息。

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