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ALSA架构学习2（驱动MAX98357A）

article 2026/1/14 6:11:13

1 前言和环境

之前其实写过两篇，一篇是讲ALSA，一篇是I2S。

ALSA架构学习1（框架）_alsa框架学习-CSDN博客

总线学习5--I2S_max98357接喇叭教程-CSDN博客

在ALSA那篇的结尾，也提了几个小练习。比如：

### 4. **定制音频驱动程序**
- **目标**: 开发一个简单的 ALSA 驱动程序，用于控制一个虚拟或简单的音频硬件设备。
- **技术点**: 学习如何编写一个基本的 PCM 驱动程序，理解 ALSA 内核 API（如 `snd_pcm_new`、`snd_pcm_ops` 等），处理音频数据的 DMA 传输。
- **扩展**: 支持更复杂的硬件设备，如具有多个 PCM 子设备的音频控制器，实现高级功能，如音频格式转换、硬件加速等。

### 5. **基于 I2S 的嵌入式音频项目**
- **目标**: 在嵌入式设备（如 Raspberry Pi 或 BeagleBone）上，使用 I2S 接口与外部 DAC（数模转换器）或 ADC（模数转换器）通讯，实现音频输入和输出功能。
- **技术点**: 配置设备树中的 I2S 接口，编写或修改 ALSA 驱动以支持 I2S，处理音频数据的采集与播放。
- **扩展**: 开发一个简单的 DSP（数字信号处理）功能，如均衡器或混响效果。

正好这次就使用I2S的MAX98357A，试一试在树莓派3B上面驱动起来。

2 操作流程

2.1 alsa驱动

首先看一下kernel的make menuconfig

在这里可以看到，MAX98357A已经作为module集成在kernel了。

直接就可以加载

sudo modprobe snd-soc-max98357a

此时可以看到，已经加载成功了。

2.2 设备树

哦，天啊，dtbo居然也是现成的。

2.3 系统修改

看来只用改系统配置就可以了。

在/boot/fireware/config.txt中增加配置

dtparam=i2s=on
dtoverlay=max98357a

重启之后就可以看到已经加载上了。是card1

查看声卡：

tom@raspberrypi:~ $ cat /proc/asound/cards0 [Headphones     ]: bcm2835_headpho - bcm2835 Headphonesbcm2835 Headphones1 [MAX98357A      ]: simple-card - MAX98357AMAX98357A2 [vc4hdmi        ]: vc4-hdmi - vc4-hdmivc4-hdmi

此时在系统中也已经可以看到。

2.4 硬件连接

根据引脚说明连接即可。

详细连接如下：

MAX98357A Pin	Raspberry Pi 3B Pin	描述
DIN	GPIO21 / Pin 40	I²S 数据输出
BCLK	GPIO18 / Pin 12	I²S 时钟
LRCLK	GPIO19 / Pin 35	I²S 帧时钟
SD_MODE	GPIO4 / Pin 7（可选）	控制 DAC 启动（如果驱动中有）
GND	Pin 6 或任意 GND	地
VDD	Pin 1 (3.3V) 或 Pin 2 (5V)	推荐 5V 供电，声音更大
GAIN0/1	接地或浮空（按需要）	控制输出增益
OUTP/OUTN	连接喇叭	差分输出（无须耳放）

直接播放card1就可以听到声音了。（card0依然是3.5mm耳机口）

也可以安装mplayer播放mp3，此时要指定是card1。

这里还有一个问题，MAX98357是一个 “数字音频功放”（DAC+AMP），本身没有可控音量寄存器。所以没法在系统中控制音量，比如用alsamixer这些工具。只能在播放的时候增加参数-volume 30来控制。

3 代码学习

3.1 设备树

在./arch/arm/boot/dts/overlays/max98357a-overlay.dts

tom@raspberrypi:~/linux $ cat ./arch/arm/boot/dts/overlays/max98357a-overlay.dts
// Overlay for Maxim MAX98357A audio DAC// dtparams:
//     no-sdmode  - SD_MODE pin not managed by driver.
//     sdmode-pin - Specify GPIO pin to which SD_MODE is connected (default 4)./dts-v1/;
/plugin/;/ {compatible = "brcm,bcm2835";/* Enable I2S */fragment@0 {target = <&i2s_clk_producer>;__overlay__ {status = "okay";};};/* DAC whose SD_MODE pin is managed by driver (via GPIO pin) */fragment@1 {target-path = "/";__overlay__ {max98357a_dac: max98357a {compatible = "maxim,max98357a";#sound-dai-cells = <0>;sdmode-gpios = <&gpio 4 0>;   /* 2nd word overwritten by sdmode-pin parameter */status = "okay";};};};/* DAC whose SD_MODE pin is not managed by driver */fragment@2 {target-path = "/";__dormant__ {max98357a_nsd: max98357a {compatible = "maxim,max98357a";#sound-dai-cells = <0>;status = "okay";};};};/* Soundcard connecting I2S to DAC with SD_MODE */fragment@3 {target = <&sound>;__overlay__ {compatible = "simple-audio-card";simple-audio-card,format = "i2s";simple-audio-card,name = "MAX98357A";status = "okay";simple-audio-card,cpu {sound-dai = <&i2s_clk_producer>;};simple-audio-card,codec {sound-dai = <&max98357a_dac>;};};};/* Soundcard connecting I2S to DAC without SD_MODE */fragment@4 {target = <&sound>;__dormant__ {compatible = "simple-audio-card";simple-audio-card,format = "i2s";simple-audio-card,name = "MAX98357A";status = "okay";simple-audio-card,cpu {sound-dai = <&i2s_clk_producer>;};simple-audio-card,codec {sound-dai = <&max98357a_nsd>;};};};__overrides__ {no-sdmode  = <0>,"-1+2-3+4";sdmode-pin = <&max98357a_dac>,"sdmode-gpios:4";};
};

首先是打开I2S接口。i2s_clk_producer

fragment@0 {target = <&i2s_clk_producer>;__overlay__ {status = "okay";};
};

里面有4个fragment，通过参数来确定使用哪个。没有参数就是第一个。这个时候带了SD_MODE。多用了一个GPIO去控制器件开关，感觉主要是用于低功耗。

3.2 驱动代码

驱动代码是max98357a.c

可以看出，这个代码还是比较祖传，15年的，差不多10年了。

tom@raspberrypi:~/linux $ cat ./sound/soc/codecs/max98357a.c
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
/* Copyright (c) 2010-2011,2013-2015 The Linux Foundation. All rights reserved.** max98357a.c -- MAX98357A ALSA SoC Codec driver*/#include <linux/acpi.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/mod_devicetable.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <sound/pcm.h>
#include <sound/soc.h>
#include <sound/soc-dai.h>
#include <sound/soc-dapm.h>struct max98357a_priv {struct gpio_desc *sdmode;unsigned int sdmode_delay;int sdmode_switch;
};static int max98357a_daiops_trigger(struct snd_pcm_substream *substream,int cmd, struct snd_soc_dai *dai)
{struct snd_soc_component *component = dai->component;struct max98357a_priv *max98357a =snd_soc_component_get_drvdata(component);if (!max98357a->sdmode)return 0;switch (cmd) {case SNDRV_PCM_TRIGGER_START:case SNDRV_PCM_TRIGGER_RESUME:case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_RELEASE:mdelay(max98357a->sdmode_delay);if (max98357a->sdmode_switch) {gpiod_set_value(max98357a->sdmode, 1);dev_dbg(component->dev, "set sdmode to 1");}break;case SNDRV_PCM_TRIGGER_STOP:case SNDRV_PCM_TRIGGER_SUSPEND:case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_PUSH:gpiod_set_value(max98357a->sdmode, 0);dev_dbg(component->dev, "set sdmode to 0");break;}return 0;
}static int max98357a_sdmode_event(struct snd_soc_dapm_widget *w,struct snd_kcontrol *kcontrol, int event)
{struct snd_soc_component *component =snd_soc_dapm_to_component(w->dapm);struct max98357a_priv *max98357a =snd_soc_component_get_drvdata(component);if (event & SND_SOC_DAPM_POST_PMU)max98357a->sdmode_switch = 1;else if (event & SND_SOC_DAPM_POST_PMD)max98357a->sdmode_switch = 0;return 0;
}static const struct snd_soc_dapm_widget max98357a_dapm_widgets[] = {SND_SOC_DAPM_OUTPUT("Speaker"),SND_SOC_DAPM_OUT_DRV_E("SD_MODE", SND_SOC_NOPM, 0, 0, NULL, 0,max98357a_sdmode_event,SND_SOC_DAPM_POST_PMU | SND_SOC_DAPM_POST_PMD),
};static const struct snd_soc_dapm_route max98357a_dapm_routes[] = {{"SD_MODE", NULL, "HiFi Playback"},{"Speaker", NULL, "SD_MODE"},
};static const struct snd_soc_component_driver max98357a_component_driver = {.dapm_widgets           = max98357a_dapm_widgets,.num_dapm_widgets       = ARRAY_SIZE(max98357a_dapm_widgets),.dapm_routes            = max98357a_dapm_routes,.num_dapm_routes        = ARRAY_SIZE(max98357a_dapm_routes),.idle_bias_on           = 1,.use_pmdown_time        = 1,.endianness             = 1,
};static const struct snd_soc_dai_ops max98357a_dai_ops = {.trigger        = max98357a_daiops_trigger,
};static struct snd_soc_dai_driver max98357a_dai_driver = {.name = "HiFi",.playback = {.stream_name    = "HiFi Playback",.formats        = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16 |SNDRV_PCM_FMTBIT_S24 |SNDRV_PCM_FMTBIT_S32,.rates          = SNDRV_PCM_RATE_8000 |SNDRV_PCM_RATE_16000 |SNDRV_PCM_RATE_32000 |SNDRV_PCM_RATE_44100 |SNDRV_PCM_RATE_48000 |SNDRV_PCM_RATE_88200 |SNDRV_PCM_RATE_96000,.rate_min       = 8000,.rate_max       = 96000,.channels_min   = 1,.channels_max   = 2,},.ops    = &max98357a_dai_ops,
};static int max98357a_platform_probe(struct platform_device *pdev)
{struct max98357a_priv *max98357a;int ret;max98357a = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*max98357a), GFP_KERNEL);if (!max98357a)return -ENOMEM;max98357a->sdmode = devm_gpiod_get_optional(&pdev->dev,"sdmode", GPIOD_OUT_LOW);if (IS_ERR(max98357a->sdmode))return PTR_ERR(max98357a->sdmode);ret = device_property_read_u32(&pdev->dev, "sdmode-delay",&max98357a->sdmode_delay);if (ret) {max98357a->sdmode_delay = 0;dev_dbg(&pdev->dev,"no optional property 'sdmode-delay' found, ""default: no delay\n");}dev_set_drvdata(&pdev->dev, max98357a);return devm_snd_soc_register_component(&pdev->dev,&max98357a_component_driver,&max98357a_dai_driver, 1);
}#ifdef CONFIG_OF
static const struct of_device_id max98357a_device_id[] = {{ .compatible = "maxim,max98357a" },{ .compatible = "maxim,max98360a" },{}
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, max98357a_device_id);
#endif#ifdef CONFIG_ACPI
static const struct acpi_device_id max98357a_acpi_match[] = {{ "MX98357A", 0 },{ "MX98360A", 0 },{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(acpi, max98357a_acpi_match);
#endifstatic struct platform_driver max98357a_platform_driver = {.driver = {.name = "max98357a",.of_match_table = of_match_ptr(max98357a_device_id),.acpi_match_table = ACPI_PTR(max98357a_acpi_match),},.probe  = max98357a_platform_probe,
};
module_platform_driver(max98357a_platform_driver);MODULE_DESCRIPTION("Maxim MAX98357A Codec Driver");
MODULE_LICENSE("GPL v2");

这里首先设置了codec的参数

.playback = {.formats = S16/S24/S32,  // 支持的位深.rates = 8k ~ 96kHz,     // 采样率范围.channels_min/max = 1~2 // 单声道或双声道
}

然后主要还是围绕着SD_MODE来操作的。播放时才给芯片上电，一旦停止播放，则直接断电。


tom@raspberrypi:~/alsa $ echo function | sudo tee /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer
tom@raspberrypi:~/alsa $ echo max98357a_daiops_trigger | sudo tee /sys/kernel/debug/tracing/set_ftrace_filter
tom@raspberrypi:~/alsa $ sudo bash -c 'echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on'
tom@raspberrypi:~/alsa $ sudo cat /sys/kernel/debug/tracing/trace | grep max98mplayer-2146    [003] d..1.  3792.358634: max98357a_daiops_trigger <-snd_soc_pcm_dai_triggermplayer-2146    [001] d..1.  3815.900668: max98357a_daiops_trigger <-snd_soc_pcm_dai_trigger

看来就是在播放时拉高SD_MODE也就是GPIO4，停止时拉低。

        switch (cmd) {case SNDRV_PCM_TRIGGER_START:case SNDRV_PCM_TRIGGER_RESUME:case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_RELEASE:mdelay(max98357a->sdmode_delay);if (max98357a->sdmode_switch) {gpiod_set_value(max98357a->sdmode, 1);dev_dbg(component->dev, "set sdmode to 1");}break;case SNDRV_PCM_TRIGGER_STOP:case SNDRV_PCM_TRIGGER_SUSPEND:case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_PUSH:gpiod_set_value(max98357a->sdmode, 0);dev_dbg(component->dev, "set sdmode to 0");break;}

4 后记

好了，总算写完了。其实可以对比一下之前esp32使用i2s（总线学习5--I2S_max98357接喇叭教程-CSDN博客）。之前使用python播放wav，连同读取解析wav，转码，相当于干了很多播放器的活，代码也没有超过40行。在linux上使用ALSA真的是复杂了非常非常多。有时候真的怀疑这些是不是过度封装。很多时候代码的存在，到底是一个技术问题，还是一个管理问题，真的要打个问号。。。

不过linux的好处就是有大量的现存代码，如果对linux的机制熟悉，可以简单配置一下就可以发声。这也算勉强方便的地方吧。

看了一下驱动，其实干的事真不多，核心的I2S也没有涉及，后面可能针对ALSA的这部分再单独看看吧。