ALSA驱动抽象：ASoc理解与分析
最近一直在研究 alsa 驱动，停了一段时间，突然发现asla 驱动不是一天两天能讲清楚的。
1. asoc 概述
asoc (alsa system on chip) ，是建立在标准alsa驱动层上，为了更好地支持嵌入式处理器和移动设备中的音频codec的一套软件体系。在asoc出现之前，内核对于soc中的音频已经有部分的支持，不过会有一些局限性：
codec驱动与soc cpu的底层耦合过于紧密，这种不理想会导致代码的重复。
音频事件没有标准的方法来通知用户，例如耳机、麦克风的插拔和检测，这些事件在移动设备中是非常普通的，而且通常都需要特定于机器的代码重新对音频路劲进行配置。
当进行播放或录音时，驱动会让整个codec处于上电状态，这对于pc没问题，但对于移动设备来说，这意味着浪费大量的电量。同时也不支持通过改变过取样频率和偏置电流来达到省电的目的。
asoc正是为了解决上述种种问题而提出的，目前已经被整合至内核的代码树中：sound/soc。asoc不能单独存在，他只是建立在标准alsa驱动上的一个它必须和标准的alsa驱动框架相结合才能工作。
2. 硬件架构
嵌入式设备的音频系统可以被划分为板载硬件（machine）、soc（platform）、codec三大部分，如下图所示：
machine ：是指某一款机器，可以是某款设备，某款开发板，由此可以看出machine几乎是不可重用的，每个machine上的硬件实现可能都不一样，cpu不一样，codec不一样，音频的输入、输出设备也不一样，machine为cpu、codec、输入输出设备提供了一个载体。
platform：一般是指某一个soc平台，比如s3cxxxx，与音频相关的通常包含该soc中的时钟、dma、i2s、pcm等等，只要指定了soc，那么我们可以认为它会有一个对应的platform，它只与soc相关，与machine无关，这样我们就可以把platform抽象出来，使得同一款soc不用做任何的改动，就可以用在不同的machine中。实际上，把platform认为是某个soc更好理解。
codec：字面上的意思就是编解码器，codec里面包含了i2s接口、d/a、a/d、mixer、pa（功放），通常包含多种输入（mic、line-in、i2s、pcm）和多个输出（耳机、喇叭、听筒，line-out），codec和platform一样，是可重用的部件，同一个codec可以被不同的machine使用。嵌入式codec通常通过i2c对内部的寄存器进行控制。
注释：对于现在的很多嵌入式平台，内部集成了codec,我们在分析时也可以将其划分到codec 上，不同的soc 内部codec 有所不同，同时亦可兼容内部codec 和 外部codec。
3. 软件架构
在软件层面，asoc也把嵌入式设备的音频系统同样分为3大部分，machine，platform和codec。
machine: machine 驱动负责处理机器特有的一些控件和音频事件（例如，当播放音频时，需要先行打开一个放大器）；单独的platform 和 codec驱动是不能工作的，它必须由machine驱动把它们结合在一起才能完成整个设备的音频处理工作。
platform：它包含了该soc平台的音频 dma 和音频接口的配置和控制（i2s，pcm，ac97等等）；它也不能包含任何与板子或机器相关的代码。
codec : asoc 中的一个重要设计原则就是要求codec驱动是平台无关的，它包含了一些音频的控件（controls），音频接口，damp（动态音频电源管理）的定义和某些codec io功能。为了保证硬件无关性，任何特定于平台和机器的代码都要移到 platform 和machine驱动中。所有的codec驱动都要提供以下特性：
codec dai 和 pcm的配置信息；codec的io控制方式（i2c，spi等）；mixer和其他的音频控件；codec的alsa音频操作接口；
必要时，也可以提供以下功能：
dapm描述信息；
dapm事件处理程序；
dac数字静音控制
4. asoc 分析
4.1 硬件抽象
通常一个声卡设备，大概包含以下几个物理设备或者外设：
codec：音频编解码控制器，可以是内部codec（soc 集成），也可以是外部codec. codec 通过支持音频编解码，包括模拟麦或者spk, 有的甚至支持数字麦。
amic/spk/dmic：纯硬件电路。麦克风或者spk,软件无需干预。
dma：对于硬件设备的数据量，大多数情况都是通过dma 搬运来提高效率。
cpu：整个soc 平台，主要提供音频通信接口来实现和codec 传输。比如（i2s/pdm等）
dai：音频接口，抽象概念，比如i2s等。
card：抽象概念，声卡。
capture：抽象概念，表示录音设备
playback：抽象概念，表示软件设备
对于大多数平台，dma 和 i2s/pdm 等集成在一个soc 上，有些甚至集成了codec。
4.2 音频数据流
音频数据的数据流，大致如下。我们可以看到，不同的硬件平台，其声卡设备的硬件逻辑和数据流大致一致，故抽象asoc 很有必要。
4.3 asoc 软件抽象
如下是笔者根据自己理解划分 alsa 声卡驱动各个部分：
machine：驱动顶层和入口，处理声卡操作。包括声卡创建，音频流的传输与控制。
platform：主要负责soc 平台的dma 和 cpu_dai 操作。
codec：主要负责codec driver 和 codec_dai 操作。
可以看到一个alsa 声卡驱动是十分复杂的，包含了各种复杂驱动。
codec driver：音频配置和传输
dma：dma 处理
dai：i2s等接口配置
pcm：和上层应用交互的中间层
control：和上层应用交互的中间层
其他：比如i2c/spi ,codec 控制操作。
4.4 asoc 驱动分析
我们以 linux-kernel-4.4.94 为例子来分析 asoc 驱动。限于篇幅，我们只分析 machine 驱动框架，对于codec 驱动和其他设备驱动，有时间再分析。
asoc machine 驱动调用如下：
/* asoc platform driver */static struct platform_driver soc_driver = { .driver = { .name = soc-audio, .pm = &snd_soc_pm_ops, }, .probe = soc_probe, .remove = soc_remove,};
最顶层入口是soc_probe,位于 sound/soc/soc-core.c，不同的machine 位置可能不同。大部分在soc/xxx/下。
/* 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(), ¦card->name); /* bodge while we unpick instantiation */ card->dev = &pdev->dev; return snd_soc_register_card(card);}
最关键的就是 snd_soc_register_card 这个函数了。详细分析看上图uml 时许图。
4.5 asoc 数据结构
asoc 数据结构如上图。最顶层我们构建了snd_soc_card。贯穿整个驱动生命周期中，snd_soc_pcm_runtime，至关重要。
dai_link 关联着dai_driver 和 compoent_driver
snd_soc_codec：codec 相关
snd_soc_paltform：platform 相关
snd_soc_dai：cpu_dai 和 codec_dai 相关操作
snd_soc_component：关联dai_driver 和 component_driver。关联platform_driver 和 component_driver
snd_soc_ops/snd_soc_dai_ops/snd_pcm_ops：比较关键的几个ops
对于刚开始学习asla 驱动时，我们先关注这几个结构体就行。后续将从音频流和控制两大块，详细分析整个数据流和控制的调用过程。
5. 总结
本文详细的介绍了alsa 驱动最关键的一环asoc ，理解了asoc 顶层设计框架对于我们后续深入学习asla 驱动至关重要。
当我们熟悉了一个平台的驱动框架后，再去看另外一个平台就知道哪些是我们需要关注的，哪些是linux 内核已经实现的，从而达到事半功倍的作用。
希望本文，对读者朋友学习理解alsa 驱动有所帮助！
广明源家用定时遥控紫外线消毒灯：更智能、更安全
芯片板块股票有哪些 芯片板块股票一览
基于Proteus与单片机的交通灯控制电路设计
基于BS45F,BS83B,HT67的无线遥控浴霸方案
WiFi~5G,国产射频前端芯片厂商迎来新机遇!
ALSA驱动抽象：ASoc理解与分析
纵行科技以Sub-GHz M-FSK芯片打造低成本LPWAN方案，拓展多样IoT应用
线路板可靠性与微切片术语手册
Amazon Web Services与SpringPeople合作 以缩小云计算技术差距
中国移动与中国华录在北京签署战略合作框架协议
创造石黑浩：20年打造30多款网红机器人
华为Mate40新功能将于10月30日国内发布会揭晓，机皇配置或成绝唱
村田首款V2X通信模块“Type 1YL”和“Type 2AN”
Nacos实现原理：SpringCloud集成Nacos的实现过程
讯维无纸化会议系统案例分享
人工智能学会发布系列AI皮书
20张图文告诉您什么是智能水/气表存储关键数据的最佳解决方案
展锐携手产业伙伴推动智能电网标准落地
带你详细了解科沃斯机器人DEEBOT T5
Keyssa推出用于非接触高速数据和视频传输的“Kiss Connector”
1. asoc 概述
asoc (alsa system on chip) ，是建立在标准alsa驱动层上，为了更好地支持嵌入式处理器和移动设备中的音频codec的一套软件体系。在asoc出现之前，内核对于soc中的音频已经有部分的支持，不过会有一些局限性：
codec驱动与soc cpu的底层耦合过于紧密，这种不理想会导致代码的重复。
音频事件没有标准的方法来通知用户，例如耳机、麦克风的插拔和检测，这些事件在移动设备中是非常普通的，而且通常都需要特定于机器的代码重新对音频路劲进行配置。
当进行播放或录音时，驱动会让整个codec处于上电状态，这对于pc没问题，但对于移动设备来说，这意味着浪费大量的电量。同时也不支持通过改变过取样频率和偏置电流来达到省电的目的。
asoc正是为了解决上述种种问题而提出的，目前已经被整合至内核的代码树中：sound/soc。asoc不能单独存在，他只是建立在标准alsa驱动上的一个它必须和标准的alsa驱动框架相结合才能工作。
2. 硬件架构
嵌入式设备的音频系统可以被划分为板载硬件（machine）、soc（platform）、codec三大部分，如下图所示：
machine ：是指某一款机器，可以是某款设备，某款开发板，由此可以看出machine几乎是不可重用的，每个machine上的硬件实现可能都不一样，cpu不一样，codec不一样，音频的输入、输出设备也不一样，machine为cpu、codec、输入输出设备提供了一个载体。
platform：一般是指某一个soc平台，比如s3cxxxx，与音频相关的通常包含该soc中的时钟、dma、i2s、pcm等等，只要指定了soc，那么我们可以认为它会有一个对应的platform，它只与soc相关，与machine无关，这样我们就可以把platform抽象出来，使得同一款soc不用做任何的改动，就可以用在不同的machine中。实际上，把platform认为是某个soc更好理解。
codec：字面上的意思就是编解码器，codec里面包含了i2s接口、d/a、a/d、mixer、pa（功放），通常包含多种输入（mic、line-in、i2s、pcm）和多个输出（耳机、喇叭、听筒，line-out），codec和platform一样，是可重用的部件，同一个codec可以被不同的machine使用。嵌入式codec通常通过i2c对内部的寄存器进行控制。
注释：对于现在的很多嵌入式平台，内部集成了codec,我们在分析时也可以将其划分到codec 上，不同的soc 内部codec 有所不同，同时亦可兼容内部codec 和 外部codec。
3. 软件架构
在软件层面，asoc也把嵌入式设备的音频系统同样分为3大部分，machine，platform和codec。
machine: machine 驱动负责处理机器特有的一些控件和音频事件（例如，当播放音频时，需要先行打开一个放大器）；单独的platform 和 codec驱动是不能工作的，它必须由machine驱动把它们结合在一起才能完成整个设备的音频处理工作。
platform：它包含了该soc平台的音频 dma 和音频接口的配置和控制（i2s，pcm，ac97等等）；它也不能包含任何与板子或机器相关的代码。
codec : asoc 中的一个重要设计原则就是要求codec驱动是平台无关的，它包含了一些音频的控件（controls），音频接口，damp（动态音频电源管理）的定义和某些codec io功能。为了保证硬件无关性，任何特定于平台和机器的代码都要移到 platform 和machine驱动中。所有的codec驱动都要提供以下特性：
codec dai 和 pcm的配置信息；codec的io控制方式（i2c，spi等）；mixer和其他的音频控件；codec的alsa音频操作接口；
必要时，也可以提供以下功能：
dapm描述信息；
dapm事件处理程序；
dac数字静音控制
4. asoc 分析
4.1 硬件抽象
通常一个声卡设备，大概包含以下几个物理设备或者外设：
codec：音频编解码控制器，可以是内部codec（soc 集成），也可以是外部codec. codec 通过支持音频编解码，包括模拟麦或者spk, 有的甚至支持数字麦。
amic/spk/dmic：纯硬件电路。麦克风或者spk,软件无需干预。
dma：对于硬件设备的数据量，大多数情况都是通过dma 搬运来提高效率。
cpu：整个soc 平台，主要提供音频通信接口来实现和codec 传输。比如（i2s/pdm等）
dai：音频接口，抽象概念，比如i2s等。
card：抽象概念，声卡。
capture：抽象概念，表示录音设备
playback：抽象概念，表示软件设备
对于大多数平台，dma 和 i2s/pdm 等集成在一个soc 上，有些甚至集成了codec。
4.2 音频数据流
音频数据的数据流，大致如下。我们可以看到，不同的硬件平台，其声卡设备的硬件逻辑和数据流大致一致，故抽象asoc 很有必要。
4.3 asoc 软件抽象
如下是笔者根据自己理解划分 alsa 声卡驱动各个部分：
machine：驱动顶层和入口，处理声卡操作。包括声卡创建，音频流的传输与控制。
platform：主要负责soc 平台的dma 和 cpu_dai 操作。
codec：主要负责codec driver 和 codec_dai 操作。
可以看到一个alsa 声卡驱动是十分复杂的，包含了各种复杂驱动。
codec driver：音频配置和传输
dma：dma 处理
dai：i2s等接口配置
pcm：和上层应用交互的中间层
control：和上层应用交互的中间层
其他：比如i2c/spi ,codec 控制操作。
4.4 asoc 驱动分析
我们以 linux-kernel-4.4.94 为例子来分析 asoc 驱动。限于篇幅，我们只分析 machine 驱动框架，对于codec 驱动和其他设备驱动，有时间再分析。
asoc machine 驱动调用如下：
/* asoc platform driver */static struct platform_driver soc_driver = { .driver = { .name = soc-audio, .pm = &snd_soc_pm_ops, }, .probe = soc_probe, .remove = soc_remove,};
最顶层入口是soc_probe,位于 sound/soc/soc-core.c，不同的machine 位置可能不同。大部分在soc/xxx/下。
/* 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(), ¦card->name); /* bodge while we unpick instantiation */ card->dev = &pdev->dev; return snd_soc_register_card(card);}
最关键的就是 snd_soc_register_card 这个函数了。详细分析看上图uml 时许图。
4.5 asoc 数据结构
asoc 数据结构如上图。最顶层我们构建了snd_soc_card。贯穿整个驱动生命周期中，snd_soc_pcm_runtime，至关重要。
dai_link 关联着dai_driver 和 compoent_driver
snd_soc_codec：codec 相关
snd_soc_paltform：platform 相关
snd_soc_dai：cpu_dai 和 codec_dai 相关操作
snd_soc_component：关联dai_driver 和 component_driver。关联platform_driver 和 component_driver
snd_soc_ops/snd_soc_dai_ops/snd_pcm_ops：比较关键的几个ops
对于刚开始学习asla 驱动时，我们先关注这几个结构体就行。后续将从音频流和控制两大块，详细分析整个数据流和控制的调用过程。
5. 总结
本文详细的介绍了alsa 驱动最关键的一环asoc ，理解了asoc 顶层设计框架对于我们后续深入学习asla 驱动至关重要。
当我们熟悉了一个平台的驱动框架后，再去看另外一个平台就知道哪些是我们需要关注的，哪些是linux 内核已经实现的，从而达到事半功倍的作用。
希望本文，对读者朋友学习理解alsa 驱动有所帮助！
广明源家用定时遥控紫外线消毒灯：更智能、更安全
芯片板块股票有哪些 芯片板块股票一览
基于Proteus与单片机的交通灯控制电路设计
基于BS45F,BS83B,HT67的无线遥控浴霸方案
WiFi~5G,国产射频前端芯片厂商迎来新机遇!
ALSA驱动抽象：ASoc理解与分析
纵行科技以Sub-GHz M-FSK芯片打造低成本LPWAN方案，拓展多样IoT应用
线路板可靠性与微切片术语手册
Amazon Web Services与SpringPeople合作 以缩小云计算技术差距
中国移动与中国华录在北京签署战略合作框架协议
创造石黑浩：20年打造30多款网红机器人
华为Mate40新功能将于10月30日国内发布会揭晓，机皇配置或成绝唱
村田首款V2X通信模块“Type 1YL”和“Type 2AN”
Nacos实现原理：SpringCloud集成Nacos的实现过程
讯维无纸化会议系统案例分享
人工智能学会发布系列AI皮书
20张图文告诉您什么是智能水/气表存储关键数据的最佳解决方案
展锐携手产业伙伴推动智能电网标准落地
带你详细了解科沃斯机器人DEEBOT T5
Keyssa推出用于非接触高速数据和视频传输的“Kiss Connector”