【ASOC全解析（三）】machine原理和实战

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一、machine概述与原理

在ASOC中，Machine层，也称为“机器层”或“板级层”，是ASoC架构中负责将Codec和Platform层连接起来的部分。它是ASoC中与硬件平台相关的部分，通常包含了特定于机器（如开发板或产品）的音频路由和控制逻辑。

1.1 machine的主要职责

Machine层的主要职责包括：

• 定义音频路径：Machine层定义了音频数据在系统中的流动路径。这包括输入（如麦克风）和输出（如扬声器）设备的连接方式，以及它们如何与Codec设备进行交互。

• 控制音频接口：Machine层负责管理和配置音频接口，例如I2S、PCM、AC97等，这些接口用于在Codec和SoC之间传输音频数据。

• 音频路由和混音：Machine层定义了音频信号的路由，例如将哪个音频输入路由到哪个输出，以及如何混合不同的音频源。

• DAPM（Dynamic Audio Power Management）配置：Machine层配置DAPM策略，以便在不使用某些音频组件时关闭它们的电源，从而节省能源。

• 板级初始化代码：Machine层包含了特定于机器的初始化代码，这些代码在系统启动时执行，用于初始化音频硬件和ASoC组件。

• 提供用户空间接口：Machine层通过ALSA提供了用户空间接口，允许应用程序控制音频硬件，例如调整音量、改变音频路由等。

Machine层通常是由设备制造商或社区开发者针对特定硬件平台编写的，因为它需要详细了解硬件的音频架构和功能。在Linux内核源代码中，Machine层的代码通常位于sound/soc/目录下的与特定板相关的子目录中。

Machine层的实现通常涉及到编写一个Machine驱动，这个驱动会注册一个snd_soc_card结构，该结构描述了音频卡的各种属性，包括DAI（Digital Audio Interface）链接、Codec信息、平台信息以及DAPM路由等。这个驱动还会处理与音频相关的平台特定事件，比如耳机插入检测或按钮控制等。

1.2 本文的主要内容

本文针对DAI的连接为主，进行相关的实践。即将所有组件驱动程序（例如Codec端、platform端和 DAI）粘合在一起的代码。

其它功能会关联ALSA Core层或者DAPM或者指定硬件相关的知识，后续有时间再另作文章介绍。

二、machine程序示例

针对DAI的连接，主要是有三个步骤：

• 1、定义DAI_Link连接codec和platform
• 2、定义声卡，需要定义snd_soc_card
• 3、注册声卡

上面的这三点，主要是调用API函数snd_soc_register_card完成（这个函数很重要，但内容较多，后续有时间再出一版文章详细说明）

完整的machine驱动代码示例

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <sound/pcm.h>
#include <sound/pcm_params.h>
#include <sound/soc.h>SND_SOC_DAILINK_DEFS(mycodec,DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CPU("myplat.0")),DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CODEC("my_codec.0", "my_codec_dai")),DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_PLATFORM("myplat.0")));static int my_card_init(struct snd_soc_pcm_runtime *rtd)
{printk("%s,line:%d\n",__func__,__LINE__);return 0;
}static int my_card_hw_params(struct snd_pcm_substream *substream,struct snd_pcm_hw_params *params) {struct snd_soc_pcm_runtime *rtd = substream->private_data;//struct snd_soc_dai *codec_dai = rtd->codec_dai;struct snd_soc_card *card = rtd->card;unsigned int freq;//int ret;int stream_flag;printk("%s,line:%d\n",__func__,__LINE__);switch (params_rate(params)) {case    8000:case    12000:case    16000:case    24000:case    32000:case    48000:case    96000:case    192000:freq = 24576000;break;case    11025:case    22050:case    44100:freq = 22579200;break;default:dev_err(card->dev, "invalid rate setting\n");return -EINVAL;}/* the substream type: 0->playback, 1->capture */stream_flag = substream->stream;return 0;
}static struct snd_soc_ops my_card_ops = {.hw_params = my_card_hw_params,
};static struct snd_soc_dai_link my_card_dai_link[] = {{.name       = "my-codec",.stream_name    = "MY-CODEC",SND_SOC_DAILINK_REG(mycodec),
/*SND_SOC_DAILINK_REG(mycodec)等效于.codec_name = "my_codec.0",.codec_dai_name = "my_codec_dai",.cpu_dai_name   = "myplat.0",.platform_name  = "myplat.0",
*/.init       = my_card_init,.ops        = &my_card_ops,},
};static struct snd_soc_card snd_soc_my_card = {.name           = "my-codec",.owner          = THIS_MODULE,.dai_link       = my_card_dai_link,.num_links      = ARRAY_SIZE(my_card_dai_link),
};static int mymachine_probe(struct platform_device *pdev) {int ret = 0;struct snd_soc_card *card = &snd_soc_my_card;printk("-----%s----\n",__func__);/* register the soc card */card->dev = &pdev->dev;ret = snd_soc_register_card(card);if (ret < 0) {dev_err(&pdev->dev, "snd_soc_register_card failed %d\n", ret);return -1;}return ret;
}static int mymachine_remove(struct platform_device *pdev){printk("-----%s----\n",__func__);return 0;
}static void mymachine_pdev_release(struct device *dev){printk("-----%s----\n",__func__);
}static struct platform_device mymachine_pdev = {.name           = "mymachine",.dev.release    = mymachine_pdev_release,
};static struct platform_driver mymachine_pdrv = {.probe      = mymachine_probe,.remove     = mymachine_remove,.driver     = {.name   = "mymachine",},
};static int __init mymachine_init(void)
{int ret;ret = platform_device_register(&mymachine_pdev);if (ret)return ret;ret = platform_driver_register(&mymachine_pdrv);if (ret)platform_device_unregister(&mymachine_pdev);return ret;
}static void __exit mymachine_exit(void)
{platform_driver_unregister(&mymachine_pdrv);platform_device_unregister(&mymachine_pdev);
}module_init(mymachine_init);
module_exit(mymachine_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

扩展知识：SND_SOC_DAILINK_DEFS

从Linux 5.x开始，Linux使用宏SND_SOC_DAILINK_REG快捷定义DAI_LINK中的有关codec和platform连接关系。

其本质和5.x之前的版本并无实质的变化，仅是在形式上采用了一种更加便捷的定义方法。相关源码主要参考“linux/v5.10.177/source/include/sound/soc.h“

本小节主要扩展解释一下下面的语句：

SND_SOC_DAILINK_DEFS(mycodec,DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CPU("myplat.0")),DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CODEC("my_codec.0", "my_codec_dai")),DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_PLATFORM("myplat.0")));SND_SOC_DAILINK_REG(mycodec),

SND_SOC_DAILINK_DEFS的定义如下：

#define SND_SOC_DAILINK_DEFS(name, cpu, codec, platform...) \SND_SOC_DAILINK_DEF(name##_cpus, cpu);          \SND_SOC_DAILINK_DEF(name##_codecs, codec);      \SND_SOC_DAILINK_DEF(name##_platforms, platform)

代入得到：

#define SND_SOC_DAILINK_DEFS(mycodec, COMP_CPU("myplat.0"), COMP_CODEC("my_codec.0", "my_codec_dai"), COMP_PLATFORM("myplat.0"))    \
//...

再展开上面的三个宏可以得到：

#define SND_SOC_DAILINK_DEFS(mycodec, { .dai_name = "myplat.0", }, { .name = "my_codec.0", .dai_name = "my_codec_dai", }, { .name = "myplat.0" })   \
//...

将上面的结果完整代入SND_SOC_DAILINK_DEF，即可以得到完整的SND_SOC_DAILINK_DEFS展开结果：

    SND_SOC_DAILINK_DEF(mycodec_cpus,  { .dai_name = "myplat.0", });            \SND_SOC_DAILINK_DEF(mycodec_codecs, { .name = "my_codec.0", .dai_name = "my_codec_dai", });     \SND_SOC_DAILINK_DEF(mycodec_platforms, { .name = "myplat.0" })

进一步代入SND_SOC_DAILINK_DEF可以得到：

static struct snd_soc_dai_link_component mycodec_cpus[] = { .dai_name = "myplat.0", };static struct snd_soc_dai_link_component mycodec_codecs[]   = {.name = "my_codec.0", .dai_name = "my_codec_dai", };static struct snd_soc_dai_link_component mycodec_platforms[]    = {.name = "myplat.0" };

使用方法说明

使用方法

SND_SOC_DAILINK_REG(name),

这个宏展开后如下：

    .cpus           = mycodec_cpus,.num_cpus       = ARRAY_SIZE(mycoded_cpus),.codecs         = mycodec_codecs,.num_codecs     = ARRAY_SIZE(mycodec_codecs),.platforms      = mycodec_platforms,.num_platforms  = ARRAY_SIZE(mycodec_platforms),

总结与其它说明

SND_SOC_DAILINK_DEFS(mycodec,DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CPU("myplat.0")),DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CODEC("my_codec.0", "my_codec_dai")),DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_PLATFORM("myplat.0")));static struct snd_soc_dai_link my_card_dai_link[] = {{.name       = "my-codec",.stream_name    = "MY-CODEC",SND_SOC_DAILINK_REG(mycodec),.init       = my_card_init,.ops        = &my_card_ops,},
};//***************************************************************
//最终展开是：
static struct snd_soc_dai_link_component mycodec_cpus[] = { .dai_name = "myplat.0", 
};static struct snd_soc_dai_link_component mycodec_codecs[]   = {.name = "my_codec.0", .dai_name = "my_codec_dai", 
};static struct snd_soc_dai_link_component mycodec_platforms[]    = {.name = "myplat.0" 
};static struct snd_soc_dai_link my_card_dai_link[] = {{.name       = "my-codec",.stream_name    = "MY-CODEC",.cpus           = mycodec_cpus,.num_cpus       = ARRAY_SIZE(mycodec_cpus),.codecs         = mycodec_codecs,.num_codecs     = ARRAY_SIZE(mycodec_codecs),.platforms      = mycodec_platforms,.num_platforms  = ARRAY_SIZE(mycodec_platforms),.init       = my_card_init,.ops        = &my_card_ops,},
};

其它说明
Linux源码中也另外提供了三种DAI_Link的定义方式，下面直接分析其内容的含义,先看Linux官方的说明：

//include/sound/soc.h
/** Sample 1 : Single CPU/Codec/Platform** SND_SOC_DAILINK_DEFS(test,*  DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CPU("cpu_dai")),*  DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CODEC("codec", "codec_dai")),*  DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_PLATFORM("platform")));** struct snd_soc_dai_link link = {*  ...*  SND_SOC_DAILINK_REG(test),* };** Sample 2 : Multi CPU/Codec, no Platform** SND_SOC_DAILINK_DEFS(test,*  DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CPU("cpu_dai1"),*             COMP_CPU("cpu_dai2")),*  DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CODEC("codec1", "codec_dai1"),*             COMP_CODEC("codec2", "codec_dai2")));** struct snd_soc_dai_link link = {*  ...*  SND_SOC_DAILINK_REG(test),* };** Sample 3 : Define each CPU/Codec/Platform manually** SND_SOC_DAILINK_DEF(test_cpu,*      DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CPU("cpu_dai1"),*                 COMP_CPU("cpu_dai2")));* SND_SOC_DAILINK_DEF(test_codec,*      DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CODEC("codec1", "codec_dai1"),*                 COMP_CODEC("codec2", "codec_dai2")));* SND_SOC_DAILINK_DEF(test_platform,*      DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_PLATFORM("platform")));** struct snd_soc_dai_link link = {*  ...*  SND_SOC_DAILINK_REG(test_cpu,*              test_codec,*              test_platform),* };** Sample 4 : Sample3 without platform** struct snd_soc_dai_link link = {*  ...*  SND_SOC_DAILINK_REG(test_cpu,*              test_codec);* };*/

这段注释提供了几个示例来说明如何使用SND_SOC_DAILINK_DEFS和SND_SOC_DAILINK_REG宏来定义和注册SoC音频dailink。一个dailink通常包含一个CPU（DMA引擎），一个或多个编解码器，以及一个平台（音频控制器硬件）。

下面是每个示例的解释：

• 示例 1：单个CPU/Codec/Platform

SND_SOC_DAILINK_DEFS(test,DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CPU("cpu_dai")),DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CODEC("codec", "codec_dai")),DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_PLATFORM("platform")));

这个示例展示了如何定义一个包含单个CPU、Codec和Platform的dailink。SND_SOC_DAILINK_DEFS宏用于创建三个数组：test_cpus、test_codecs和test_platforms，每个数组包含一个组件。

struct snd_soc_dai_link link = {...SND_SOC_DAILINK_REG(test),
};

然后，SND_SOC_DAILINK_REG宏用于在snd_soc_dai_link结构体中注册这些组件。

• 示例 2：多个CPU/Codec，没有Platform

SND_SOC_DAILINK_DEFS(test,DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CPU("cpu_dai1"),COMP_CPU("cpu_dai2")),DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CODEC("codec1", "codec_dai1"),COMP_CODEC("codec2", "codec_dai2")));

这个示例展示了如何定义一个包含多个CPU和Codec，但没有Platform的dailink。SND_SOC_DAILINK_DEFS宏创建了两个数组：test_cpus和test_codecs，每个数组包含两个组件。

struct snd_soc_dai_link link = {...SND_SOC_DAILINK_REG(test),
};

SND_SOC_DAILINK_REG宏在这里假定Platform是空的，并在snd_soc_dai_link结构体中注册CPU和Codec组件。

• 示例 3：手动定义每个CPU/Codec/Platform

SND_SOC_DAILINK_DEF(test_cpu,DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CPU("cpu_dai1"),COMP_CPU("cpu_dai2")));
SND_SOC_DAILINK_DEF(test_codec,DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_CODEC("codec1", "codec_dai1"),COMP_CODEC("codec2", "codec_dai2")));
SND_SOC_DAILINK_DEF(test_platform,DAILINK_COMP_ARRAY(COMP_PLATFORM("platform")));

这个示例展示了如何手动定义每个CPU、Codec和Platform组件。SND_SOC_DAILINK_DEF宏用于创建三个独立的数组。

struct snd_soc_dai_link link = {...SND_SOC_DAILINK_REG(test_cpu,test_codec,test_platform),
};

然后，SND_SOC_DAILINK_REG宏用于在snd_soc_dai_link结构体中注册这些组件。

• 示例 4：没有Platform的示例3

struct snd_soc_dai_link link = {...SND_SOC_DAILINK_REG(test_cpu,test_codec);
};

这个示例与示例3类似，但它省略了Platform组件。SND_SOC_DAILINK_REG宏在这里只注册CPU和Codec组件。

这些示例展示了如何灵活地使用宏来定义和注册不同配置的dailinks，这对于SoC音频驱动的开发非常重要。