ALSA声卡_从零编写之数据传输(基于优龙FS2410开发板，UDA1341声卡)

一、实验环境

1.1 虚拟机环境

    a) Vmware版本：Vmware Workstation 12.5.7

    b) Ubuntu版本：9.10

    c) 内核版本：2.6.31.14

    d) toolchain版本：arm-linux-gcc 4.3.2

1.2 开发板

    优龙FS2410开发板，UDA1341声卡

    内核版本：3.4.2

二、声卡数据传输的原理（以播放为例）

（1） 驱动程序分配一个buffer：s2c2440_dma_new

（2） app不断写一个个period数据到buffer(appl_ptr以frame为单位) 。一个period包含多个frame，一个frame就是一个采样数据

（3） 驱动不断从buffer里取出一个period：load_dma_period，启动DMA传输：s3c2440_dma_start，发送给声卡

（4）传输完毕，产生中断)：s3c2440_dma2_irq ，更新状态(hw_ptr，以frame为单位）

三、具体实现（s3c2440_dma.c）

注：内核中关于s3c24xx的DMA操作的代码框架非常复杂，暂时未仔细研究（可参考：李兰溪  S3C24XX DMA框架源码分析）。而我们自制的驱动，则简化了很多，但基本思想和流程是和内核一致的。     

准备工作

1. 定义好DMA操作相关的寄存器，并进行ioremap，以便后续的访问

#define DMA0_BASE_ADDR  0x4B000000

#define DMA1_BASE_ADDR  0x4B000040

#define DMA2_BASE_ADDR  0x4B000080

#define DMA3_BASE_ADDR  0x4B0000C0

struct s3c_dma_regs {

unsigned long disrc;

unsigned long disrcc;

unsigned long didst;

unsigned long didstc;

unsigned long dcon;

unsigned long dstat;

unsigned long dcsrc;

unsigned long dcdst;

unsigned long dmasktrig;

};

static volatile struct s3c_dma_regs *dma_regs;

static int s3c2440_dma_init(void)

 {

dma_regs = ioremap(DMA2_BASE_ADDR, sizeof(struct s3c_dma_regs));

platform_device_register(&s3c2440_dma_dev);

platform_driver_register(&s3c2440_dma_drv);

return 0;

 }

 static void s3c2440_dma_exit(void)

 {

platform_device_unregister(&s3c2440_dma_dev);

platform_driver_unregister(&s3c2440_dma_drv);

iounmap(dma_regs);

 }

2. 实现几个基础函数，供后续s3c2440_dma_prepare、s3c2440_dma2_irq和s3c2440_dma_trigger调用

/* 数据传输: 源,目的,长度 */

static void load_dma_period(void)

{

    /* 把源,目的,长度告诉DMA */

    dma_regs->disrc      = playback_dma_info.phy_addr + playback_dma_info.dma_ofs;  /* 源的物理地址 */

    dma_regs->disrcc     = (0<<1) | (0<<0); /* 源位于AHB总线, 源地址递增 */

    dma_regs->didst      = 0x55000010;        /* 目的的物理地址 IIS fifo entry*/

    dma_regs->didstc     = (0<<2) | (1<<1) | (1<<0); /* 目的位于APB总线, 目的地址不变 */

    /*

handshake mode

DACK and DREQ are synchronized to PCLK

Enable/Disable the interrupt setting for CURR_TC

A unit transfer

single service mode

select I2SSDO of DCON2 as DMA request source

hardware trigger DMA request

datasize to be transfered: half word

2(bytes)*1(unit)*initial transfer_count = len

==>transfer_count=len/2

    */

    /* bit22: 1-noreload */

    //传输的长度(datasize是half word即2个字节):playback_dma_info.period_size/2

    dma_regs->dcon = (1<<31)|(0<<30)|(1<<29)|(0<<28)|(0<<27)|(0<<24)|(1<<23)|(1<<22)|(1<<20)|(playback_dma_info.period_size/2);

    /* 使能中断,单个传输,硬件触发 */

}

static void s3c2440_dma_start(void)

{

/* 启动DMA */

dma_regs->dmasktrig  = (1<<1);

}

static void s3c2440_dma_stop(void)

{

/* 停止DMA */

dma_regs->dmasktrig  &= ~(1<<1);

}

3.1 实现s3c2440_dma_platform.pcm_new（即s3c2440_dma_new）

(参考 soundsocsamsungdma.c 的 dma_new)

static int s3c2440_dma_new(struct snd_soc_pcm_runtime *rtd)

{

struct snd_card *card = rtd->card->snd_card;

struct snd_pcm *pcm = rtd->pcm;

struct snd_pcm_substream *substream = pcm->streams[SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK].substream;

struct snd_dma_buffer *buf = &substream->dma_buffer;

  /* 

           snd_dma_buffer的作用：

           在hw_params阶段，snd_soc_platform_driver的ops->hw_params会被调用，通常会使用snd_pcm_set_runtime_buffer()

           把substream->dma_buffer的值拷贝到substream->runtime的相关字段中（.dma_area, .dma_addr, .dma_bytes），

           这样以后就可以通过substream->runtime获得这些地址和大小信息了。因为有播放和录音两个substream，而runtime始终指向当前使用的substream，

           所以便于跟踪substream。

        */

int ret = 0;

/* 1. 分配DMA BUFFER */

if (!card->dev->dma_mask)  //这段代码，是后来调试时发现，必须要加的

card->dev->dma_mask = &dma_mask;

if (!card->dev->coherent_dma_mask)

card->dev->coherent_dma_mask = DMA_BIT_MASK(32);

if (pcm->streams[SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK].substream) {

playback_dma_info.virt_addr = (unsigned int)dma_alloc_writecombine(pcm->card->dev, s3c2440_dma_hardware.buffer_bytes_max,

&playback_dma_info.phy_addr, GFP_KERNEL);

if (!playback_dma_info.virt_addr)

{

return -ENOMEM;

}

playback_dma_info.buf_max_size = s3c2440_dma_hardware.buffer_bytes_max;

buf->dev.type = SNDRV_DMA_TYPE_DEV;

buf->dev.dev = pcm->card->dev;

buf->private_data = NULL;

buf->area = (unsigned char *)playback_dma_info.virt_addr; //这句话是后来调试时，才发现需要加的

buf->bytes = playback_dma_info.buf_max_size;

buf->addr = playback_dma_info.phy_addr;

}

return ret;

        //为了简化，先去掉录音功能 

}

3.2 实现s3c2440_dma_platform.ops.open（即s3c2440_dma_open）

(参考 soundsocsamsungdma.c 的 dma_open)

static const struct snd_pcm_hardware s3c2440_dma_hardware = {

.info = SNDRV_PCM_INFO_INTERLEAVED |

SNDRV_PCM_INFO_BLOCK_TRANSFER |

SNDRV_PCM_INFO_MMAP |

SNDRV_PCM_INFO_MMAP_VALID |

SNDRV_PCM_INFO_PAUSE |

SNDRV_PCM_INFO_RESUME,

.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE |

SNDRV_PCM_FMTBIT_U16_LE |

SNDRV_PCM_FMTBIT_U8 |

SNDRV_PCM_FMTBIT_S8,

.channels_min = 2,

.channels_max = 2,

.buffer_bytes_max = 128*1024, //在s3c2440_dma_new里被用于指定dma_alloc_writecombine的size参数

.period_bytes_min = PAGE_SIZE,

.period_bytes_max = PAGE_SIZE*2,

.periods_min = 2,

.periods_max = 128,

.fifo_size = 32,

};

//目前只支持播放 

static int s3c2440_dma_open(struct snd_pcm_substream *substream)

{

    struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;

    int ret;

    /* 设置属性 */

    snd_pcm_hw_constraint_integer(runtime, SNDRV_PCM_HW_PARAM_PERIODS); //约束：periods必须是整数

    snd_soc_set_runtime_hwparams(substream, &s3c2440_dma_hardware);

    /*

        snd_soc_set_runtime_hwparams的作用: 把s3c2440_dma_hardware的各个属性赋给substream->runtime->hw，

        后续在snd_pcm_open_file==>snd_pcm_open_substream==>snd_pcm_hw_constraints_complete==>

        snd_pcm_hw_constraint_minmax里会调用诸如snd_pcm_hw_constraint_minmax(runtime, 

        SNDRV_PCM_HW_PARAM_CHANNELS, hw->channels_min, hw->channels_max);

    */

/* 注册中断 */

    ret = request_irq(IRQ_DMA2, s3c2440_dma2_irq, IRQF_DISABLED, 'myalsa for playback', substream);

    if (ret)

    {

        printk('request_irq error!n');

        return -EIO;

    }

return 0;

}

static int s3c2440_dma_close(struct snd_pcm_substream *substream)

{

    free_irq(IRQ_DMA2, substream);

    return 0;

}

3.3 实现s3c2440_dma_platform.ops. hw_params（即s3c2440_dma_hw_params）

(参考 soundsocsamsungdma.c 的 dma_hw_params)

static int s3c2440_dma_hw_params(struct snd_pcm_substream *substream, struct snd_pcm_hw_params *params)

{

    struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;

    unsigned long totbytes = params_buffer_bytes(params);

    /* 根据params设置DMA */

    /* 关于snd_pcm_set_runtime_buffer的作用，可看上文s3c2440_dma_new 关于snd_dma_buffer的注释*/

    snd_pcm_set_runtime_buffer(substream, &substream->dma_buffer);

    /* 

       s3c2440_dma_new分配了很大的DMA BUFFER，而dma_bytes表明app决定使用多大

       runtime->dma_bytes被snd_pcm_lib_readv_transfer和snd_pcm_lib_writev_transfer用来和App之间传输数据

     */

    runtime->dma_bytes            = totbytes;

    playback_dma_info.buffer_size = totbytes;

    playback_dma_info.period_size = params_period_bytes(params); //记录了app在每个period里传输的数据大小(单位：byte)，一个period里包含多个frame 

    return 0;

}

3.4 实现s3c2440_dma_prepare

(参考 soundsocsamsungdma.c 的 dma_prepare)

static int s3c2440_dma_prepare(struct snd_pcm_substream *substream)

{

    /* 准备DMA传输 */

    /* 复位各种状态信息 */

    playback_dma_info.dma_ofs = 0;

    playback_dma_info.be_running = 0;

    /* 加载第1个period */

    load_dma_period(); //仿照裸板程序的dma_init()

return 0;

}

3.5 实现s3c2440_dma_trigger

(参考 soundsocsamsungdma.c 的 dma_trigger)

static int s3c2440_dma_trigger(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd)

{

int ret = 0;

    /* 根据cmd启动或停止DMA传输 */

switch (cmd) {

case SNDRV_PCM_TRIGGER_START:

case SNDRV_PCM_TRIGGER_RESUME:

case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_RELEASE:

        /* 启动DMA传输 */

        playback_dma_info.be_running = 1;

        s3c2440_dma_start();

break;

case SNDRV_PCM_TRIGGER_STOP:

case SNDRV_PCM_TRIGGER_SUSPEND:

case SNDRV_PCM_TRIGGER_PAUSE_PUSH:

        /* 停止DMA传输 */

        playback_dma_info.be_running = 0;

        s3c2440_dma_stop();

break;

default:

ret = -EINVAL;

break;

}

return ret;

}

3.6 实现s3c2440_dma2_irq

(参考 soundsocsamsungdma.c 的 audio_buffdone)

static irqreturn_t s3c2440_dma2_irq(int irq, void *devid)

{

    struct snd_pcm_substream *substream = devid;

    /* 更新状态信息 */

    playback_dma_info.dma_ofs += playback_dma_info.period_size;

    if (playback_dma_info.dma_ofs >= playback_dma_info.buffer_size) // buffer_size来自于params_buffer_bytes(params)，即App需要使用的缓冲区大小

        playback_dma_info.dma_ofs = 0; //如果当前DMA缓冲区中已传输的位置，超出了playback_dma_info.buffer_size，那么回零

    /* 更新hw_ptr等信息,

     * 并且判断:如果buffer里没有数据了,则调用trigger来停止DMA

     */

     snd_pcm_period_elapsed(substream);

     /*

        snd_pcm_period_elapsed为了查询当前已传输的DMA数据在ring_buffer中的位置，会调用snd_pcm_update_hw_ptr0==>substream->ops->pointer(即soc_pcm_pointer) ==>