2021年07月21日 | 23.声卡驱动(移植+测试)

linux-2.6.22.6soundSound_core.c

1.声音三要素

1.1采样频率

  音频采样率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数, 常用的采样率有:

  8KHz - 电话所用采样率, 对于人的说话已经足够清除

  22.05KHz - 无线电广播所用采样率

  32KHz - miniDV 数码视频、DAT所用采样率

  44.1KHz - 音频 CD, 也常用于 MPEG-1 音频（VCD, SVCD, MP3）所用采样率

  48KHz - miniDV、数字电视、DVD、DAT、电影和专业音频所用的数字声音所用采样率

  50KHz - 商用数字录音机所用采样率

  96K - BD-ROM（蓝光盘）音轨、和 HD-DVD （高清晰度 DVD）音轨等所用采样率

  而2440开发板的采样频率IISRCK最高可以达到96KHz,满足了很多常用的采样场合,如下图所示:

  其中CODECLK便是MCLK

1.2量化位数

  指每个采样点里传输的数字信号次数,如下图所示, 其中蓝线表示模拟信号,红线表示数字信号,量化位越高,数字信号就越可能接近原始信号,音质越好

  一般的量化位数为:

  8位: 分成 256 次;

  16位: 分为65536次, 已到 CD 标准;

  32位: 分为 4294967296次,很少用到

  2440的开发板只支持8位，16位,如下图所示:

  其中LRCK就是采样频率,当LRCK为低时,表示传输的采样数据是左声道,当LRCK为高时,表示传输的采样数据是右声道,每个采样点,SD(serial data)都可以传输8位,或16位数字信号(从低位到高位传输)

1.3声道数

  常有单声道和立体声之分，（有的也处理成两个喇叭输出同一个声道的声音），而立体声更能感受到空间效果，但数据量翻倍

  所以,声音的每秒数据量(字节/s)= (采样频率 × 量化位数 × 声道数) / 8;

2. WM9876声卡硬件分析

  声卡是负责录音、播音、调节音量和声音合成等的一种多媒体板卡

  本节使用的声卡是2440板上自带的WM9876声卡

  当我们播放声音时 ,将数字信号传入I2SDO脚,声卡便通过解码,产生模拟信号到喇叭/耳机

  录音时,声卡便获取麦克风的模拟信号,编码出数字信号到I2SDI引脚上

  WM8976接口分为两种:I2S接口(提供音频接收和发送)、控制接口(控制音量大小,使能各个输出通道等)

  IIS接口相关的引脚如下

  MCLK : 主机为编解码芯片提供的系统同步时钟 ( Master/system clock input ) ，在2440中,一般设置为256fs,或者384fs

  BCLK: 编解码芯片提供的串行时钟信号 ( Audio bit clock output ) ,也就是量化位深,比如I2SIRCK=44.1khz,量化位为32位,则BCLK=44.1khz322

  I2SLRCK: 采样频率信号，当为低电平时是采样的是左声道信号，为高电平是右声道信号，常见有44.1Khz(1fs)

  I2SDI : ADC数据输入

  I2SDO :DAC数据输出

  如下图所示:

  控制接口相关的引脚如下

  CSB/GPIO1: 3线 控制数据使能引脚

  SCLK: 3线/2线 时钟引脚

  SDIN: 3线/2线 数据输入输出引脚

  MODE: 3线/2线 控制选择,当MODE为高,表示为3线控制,MODE位低,表示2线控制,如下图所示:

  其它引脚如下:

  R/LOUT1:音频左/右输出通道1,外接耳机插孔

  R/LOUT2:音频左/右输出通道2,未接

  OUT3:单声道输出通道3,未接

  OUT4:单声道输出通道4,未接

  LIP/LIN:音频输入通道,外接麦克风

  那么3线和2线的控制引脚又有什么区别？

  3线控制:

  如下图所示,3线控制,每周期都要传输16位数据(7位寄存器地址+9位寄存器数据),传输完成后,给CSB一个上升沿便完成一次数据的传输

  2线控制:

  如下图所示,2线控制就是I2C通信方式

  本节的WM8976的MODE脚接的高电平,所以是3线控制

3.接下来便来分析linux内核的声卡系统

  在linux声卡中存在两种声卡系统，一种是OSS（开放声音系统），一种是ALSA（先进Linux声音架构）。本节系统以OSS(Open Sound System)为例 ,

  内核以linux-2.6.22.6版本为例,位于:linux-2.6.22.6soundSound_core.c

3.1首先进入入口函数

3.1.1init函数开始看起 注册平台

static int __init s3c2410_uda1341_init(void) {

memzero(&input_stream, sizeof(audio_stream_t));

memzero(&output_stream, sizeof(audio_stream_t));

return driver_register(&s3c2410iis_driver);

}

3.1.2probe调用

static struct device_driver s3c2410iis_driver = {

.name = "s3c2410-iis",

.bus = &platform_bus_type,

.probe = s3c2410iis_probe,

.remove = s3c2410iis_remove,

};

3.1.3probe函数

static int s3c2410iis_probe(struct device *dev) 

{

struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);

struct resource *res;

unsigned long flags;

printk ("s3c2410iis_probe...n");

res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);

if (res == NULL) {

printk(KERN_INFO PFX "failed to get memory region resoucen");

return -ENOENT;

}

iis_base = (void *)S3C24XX_VA_IIS ;

if (iis_base == 0) {

printk(KERN_INFO PFX "failed to ioremap() regionn");

return -EINVAL;

}

iis_clock = clk_get(dev, "iis");

if (iis_clock == NULL) {

printk(KERN_INFO PFX "failed to find clock sourcen");

return -ENOENT;

}

/*使能时钟*/

clk_enable(iis_clock);

local_irq_save(flags);

/*配置GPIO管脚*/

/* GPB 4: L3CLOCK, OUTPUT */

s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB4, S3C2410_GPB4_OUTP);

s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPB4,1);

/* GPB 3: L3DATA, OUTPUT */

s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB3,S3C2410_GPB3_OUTP);

/* GPB 2: L3MODE, OUTPUT */

s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB2,S3C2410_GPB2_OUTP);

s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPB2,1);

/* GPE 3: I2SSDI */

s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE3,S3C2410_GPE3_I2SSDI);

s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE3,0);

/* GPE 0: I2SLRCK */

s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE0,S3C2410_GPE0_I2SLRCK);

s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE0,0);

/* GPE 1: I2SSCLK */

s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE1,S3C2410_GPE1_I2SSCLK);

s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE1,0);

/* GPE 2: CDCLK */

s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE2,S3C2410_GPE2_CDCLK);

s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE2,0);

/* GPE 4: I2SSDO */

s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE4,S3C2410_GPE4_I2SSDO);

s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE4,0);

local_irq_restore(flags);

/*iis总线初始化*/

init_s3c2410_iis_bus();

/*使用L3接口初始化芯片*/

init_uda1341();

/* 设置两个DMA通道:一个用于播放,另一个用于录音 */

output_stream.dma_ch = DMACH_I2S_OUT;

if (audio_init_dma(&output_stream, "UDA1341 out")) {

audio_clear_dma(&output_stream,&s3c2410iis_dma_out);

printk( KERN_WARNING AUDIO_NAME_VERBOSE

": unable to get DMA channelsn" );

return -EBUSY;

}

input_stream.dma_ch = DMACH_I2S_IN;

if (audio_init_dma(&input_stream, "UDA1341 in")) {

audio_clear_dma(&input_stream,&s3c2410iis_dma_in);

printk( KERN_WARNING AUDIO_NAME_VERBOSE

": unable to get DMA channelsn" );

return -EBUSY;

}

audio_dev_dsp = register_sound_dsp(&smdk2410_audio_fops, -1);

audio_dev_mixer = register_sound_mixer(&smdk2410_mixer_fops, -1);

printk(AUDIO_NAME_VERBOSE " initializedn"); 

return 0;

}

3.1.4看下init_uda1341

static void init_uda1341(void)

{

/* GPB 4: L3CLOCK */

/* GPB 3: L3DATA */

/* GPB 2: L3MODE */

unsigned long flags;

uda1341_volume = 62 - ((DEF_VOLUME * 61) / 100);

uda1341_boost = 0;

//        uda_sampling = DATA2_DEEMP_NONE;

//        uda_sampling &= ~(DATA2_MUTE);

local_irq_save(flags);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,1);//L3MODE=1

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);//L3CLOCK=1

local_irq_restore(flags);

/*地址模式和数据模式*/

uda1341_l3_address(UDA1341_REG_STATUS);

uda1341_l3_data(0x40 | STAT0_SC_384FS | STAT0_IF_MSB|STAT0_DC_FILTER); // reset uda1341

uda1341_l3_data(STAT1 | STAT1_ADC_ON | STAT1_DAC_ON);

uda1341_l3_address(UDA1341_REG_DATA0);

uda1341_l3_data(DATA0 |DATA0_VOLUME(0x0)); // maximum volume

uda1341_l3_data(DATA1 |DATA1_BASS(uda1341_boost)| DATA1_TREBLE(0));

uda1341_l3_data((DATA2 |DATA2_DEEMP_NONE) &~(DATA2_MUTE));

uda1341_l3_data(EXTADDR(EXT2));

#if 1

/* 对于MINI2440,  */

uda1341_l3_data(EXTDATA(EXT2_MIC_GAIN(0x6)) | EXT2_MIXMODE_CH2);//input channel 2 select

#else

/* 对于TQ2440 */

uda1341_l3_data(EXTDATA(EXT2_MIC_GAIN(0x6)) | EXT2_MIXMODE_CH1);//input channel 1 select(input channel 2 off)

#endif

}

3.1.5uda1341_l3_address

static void uda1341_l3_address(u8 data)

{

int i;

unsigned long flags;

local_irq_save(flags);

// write_gpio_bit(GPIO_L3MODE, 0);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,0);

// write_gpio_bit(GPIO_L3CLOCK, 1);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);

udelay(1);

/*发送地址的过程，参考时序图*/

for (i = 0; i < 8; i++) {

if (data & 0x1) {

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,0);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,1);

udelay(1);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);

} else {

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,0);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,0);

udelay(1);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);

}

data >>= 1;

}

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,1);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);

local_irq_restore(flags);

}

  如下图所示:

  入口函数里,只注册了一个主设备号为(SOUND_MAJOR)14的“sound”字符设备和class类,这里为什么没有创建设备节点?

是因为, 当注册声卡系统的驱动后，才会有设备节点，此时这里的代码是没有驱动的,后面会分析到

3.2 再来看看“sound”字符设备的file_perations:

  这里只有个.open,为什么没有.read,.write函数？

  显然在.open函数里做了某些处理,我们进入soundcore_open()来看看

3.3 soundcore_open()代码如下:

int soundcore_open(struct inode *inode, struct file *file)

{

       int chain;

       int unit = iminor(inode);              //获取次设备号,通过次设备号来找声卡驱动

       struct sound_unit *s;

       const struct file_operations *new_fops = NULL; //定义一个新的file_operations

       chain=unit&0x0F;  

       if(chain==4 || chain==5)       /* dsp/audio/dsp16 */

       {

              unit&=0xF0;

              unit|=3;

              chain=3;                             

       }

       spin_lock(&sound_loader_lock);          

       s = __look_for_unit(chain, unit);     //里面通过chains[chain]数组里找到sound_unit结构体

                                             //一个sound_unit对应一个声卡驱动

       if (s)

              new_fops = fops_get(s->unit_fops);    //通过sound_unit,获取对应的file_operations

              ... ...

       if (new_fops) {                                           //当找到file_operations

              int err = 0;

              const struct file_operations *old_fops = file->f_op;//设上次的file_operations等于当前的

              file->f_op = new_fops;                //设置系统的file_operations等于s-> unit_fops

              spin_unlock(&sound_loader_lock);

              if(file->f_op->open)

                     err = file->f_op->open(inode,file);

              if (err) {

                     fops_put(file->f_op);

                     file->f_op = fops_get(old_fops);

              }

              fops_put(old_fops);

              return err;

       }

       spin_unlock(&sound_loader_lock);

       return -ENODEV;

}

  通过上面的代码和注释分析到,系统声卡之所以只有一个open(),里面是通过次设备号来调用__look_for_unit()函数,找到chains[chain]数组里的驱动声卡sound_unit结构体,然后来替换系统声卡的file_operations,实现偷天换日的效果。