本節(jié)學(xué)習(xí)：

分析linux中的OOS聲卡系統(tǒng)

修改s3c2410-uda1341.c的控制部分，移植wm8976聲卡

使用madplay應(yīng)用程序播放mp3

本節(jié)常用英語單詞：

volume：音量，dsp：數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing)，mixer：混音器，unit：單位,個(gè)體 

1、聲音三要素

采樣頻率

音頻采樣率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對聲音信號(hào)的采樣次數(shù)，常用的采樣率有：

8KHz ---電話所用采樣率，對于人的說話已經(jīng)足夠清楚

22.05KHz ---無線電廣播所用采樣率

32KHz ---miniDV數(shù)碼視頻、DAT所用采樣率

44.1KHz ---音頻CD，也常用于MPEG-1 視頻（VCD、SVCD、MP3）所用采樣率

48KHz ---miniDV、數(shù)字電視、DVD、DAT、電影和專業(yè)視頻所用的數(shù)字聲音所用采樣率

50KHz ---商用數(shù)字錄音機(jī)所用采樣率

96KHz ---BD-ROM（藍(lán)光盤）音軌和HD_DVD（高清晰度DVD）音軌等所用采樣率

而2440開發(fā)板的采樣頻率IISLRCK最高可以達(dá)到96KHz，滿足了很多常用的采樣場合，如下圖所示：

量化位數(shù)

指每個(gè)采樣點(diǎn)里傳輸?shù)?a href="http://www.weightgang.cn/zhuanti/4yjTuH" style="color:#4595e6;" target="_blank">數(shù)字信號(hào)次數(shù)，如下圖所示，其中藍(lán)線表示模擬信號(hào)，紅線表示數(shù)字信號(hào)，量化位越高，數(shù)字信號(hào)就越可能接近原始信號(hào)，音質(zhì)越好

一般的量化位數(shù)為：

8位：分成256次；

16位：分成65536次，已到CD標(biāo)準(zhǔn)；

32位：分成4294967296次，很少用到

2440的開發(fā)板只支持8位，16位，如下圖所示：

其中LRCK就是采樣頻率，當(dāng)LRCK為低時(shí)，表示傳輸?shù)牟蓸訑?shù)據(jù)是左聲道，當(dāng)LRCK為高時(shí)，表示傳輸?shù)牟蓸訑?shù)據(jù)是右聲道，每個(gè)采樣點(diǎn)，SD（serial data）都可以傳輸8位，或16位數(shù)字信號(hào)（從低位到高位傳輸）

聲道數(shù)

常有單聲道和立體聲之分，（有的也處理成兩個(gè)喇叭輸出同一個(gè)聲道的聲音），而立體聲更能感受到空間效果，但數(shù)據(jù)量翻倍

所以，聲音的每秒數(shù)據(jù)量（字節(jié)/s）=（采樣頻率 X 量化位數(shù) X 聲道數(shù)）/8；

2、WM8976聲卡硬件分析

聲卡是負(fù)責(zé)錄音、播音、調(diào)節(jié)音量和聲音合成等的一種多媒體板卡

本節(jié)使用的聲卡是2440板上自帶的WM9876聲卡

當(dāng)我們播放聲音時(shí)，將數(shù)字信號(hào)傳入I2SDO腳，聲卡便通過解碼，產(chǎn)生模擬信號(hào)到喇叭/耳機(jī)

當(dāng)我們錄音時(shí)，聲卡便獲取麥克風(fēng)的模擬信號(hào)，編碼出數(shù)字信號(hào)到I2SDI引腳上

VM8976接口分為兩種：I2S接口（提供音頻接收和發(fā)送）、控制接口（控制音量大小，使能各個(gè)輸出通道等）

IIS接口相關(guān)的引腳如下：

MCLK：主機(jī)為解碼芯片提供的系統(tǒng)同步時(shí)鐘（Master/system clock input）

BCLK：編解碼芯片提供的串行時(shí)鐘信號(hào)（Audio bit clock output）

I2SLRCK：采樣頻率信號(hào)，當(dāng)為低電平時(shí)是采樣的是左聲道信號(hào)，為高電平時(shí)是采樣的是右聲道信號(hào)

I2SDI：ADC數(shù)據(jù)輸入

I2SDO：DAC數(shù)據(jù)輸出

如下圖所示：

控制接口相關(guān)的引腳如下:

CSB/GPIO1：3線 控制數(shù)據(jù)使能引腳

SCLK：3線/2線 始終引腳

SDIN：3線/2線 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳

MODE：3線/2線 控制選擇，當(dāng)MODE為高，表示3線控制，MODE為低，表示2線控制，如下圖所示：

其他引腳如下：

R/LOUT1：音頻左/右輸出通道1，外接耳機(jī)插孔

R/LOUT2：音頻左/右輸出通道2，未接

OUT3：單聲道輸出通道3，未接

OUT4：單聲道輸出通道4，未接

LIP/LIN：音頻輸入通道，外接麥克風(fēng)

那么3線和2線的控制引腳又有什么區(qū)別呢？

3線控制：

如下圖所示，3線控制，每周期都要傳輸16位數(shù)據(jù)（7位寄存器地址 + 9位寄存器數(shù)據(jù)），傳輸完成后，給CSB一個(gè)上升沿便完成一次數(shù)據(jù)的傳輸

2線控制：

如下圖所示，2線控制就是I2C通信方式

本節(jié)的WM8976的MODE引腳的高電平，所以是3線控制

3、接下來便來分析linux內(nèi)核的聲卡系統(tǒng)

在linux聲卡中存在兩種聲卡系統(tǒng)，一種是OSS（開放聲音系統(tǒng)），一種是ALSA（先進(jìn)linux聲音架構(gòu)）。本節(jié)系統(tǒng)以O(shè)SS（Open Sound System）為例，

內(nèi)核以linux-2.6.22.6版本為例，位于：linux-2.6.22.6soundsound_core.c

3.1 首先進(jìn)入入口函數(shù)

如下圖所示：

入口函數(shù)里，只注冊了一個(gè)主設(shè)備號(hào)為（SOUND_MAJOR）14的"sound"字符設(shè)備和class類，這里為什么咩有創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)？

是因?yàn)?，?dāng)注冊聲卡系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)后，才會(huì)有設(shè)備節(jié)點(diǎn)，此時(shí)這里的代碼是沒有驅(qū)動(dòng)的，后面會(huì)分析到

3.2 再來看看"sound"字符設(shè)備的file_operations：

這里只有一個(gè).open，為什么沒有read，write函數(shù)？

顯然在.open函數(shù)里做了某些處理，我們進(jìn)入soundcore_open()來看看

soundcore_open()代碼如下：

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

{

int chain;

int unit = iminor(inode);//獲取次設(shè)備號(hào),通過次設(shè)備號(hào)來找聲卡驅(qū)動(dòng)

struct sound_unit *s;

const struct file_operations *new_fops = NULL;//定義一個(gè)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);//里面通過chains[chain]數(shù)組里找到sound_unit結(jié)構(gòu)體，一個(gè)sount_unit對應(yīng)一個(gè)聲卡驅(qū)動(dòng)

if (s)

new_fops = fops_get(s->unit_fops);//通過sound_unit,獲取對應(yīng)的file_operations

... ...

if (new_fops) {//當(dāng)找到file_operations

int err = 0;

const struct file_operations *old_fops = file->f_op;//設(shè)上次的file_operations等于當(dāng)前的

file->f_op = new_fops;//設(shè)置系統(tǒng)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;

}

通過上面的代碼和注釋分析到，系統(tǒng)聲卡之所以只有一個(gè)open()，里面是通過次設(shè)備號(hào)來調(diào)用__look_for_unit()函數(shù)，找到chains[chain]數(shù)組里的驅(qū)動(dòng)聲卡sound_unit結(jié)構(gòu)體，然后來替換系統(tǒng)聲卡的file_operations，實(shí)現(xiàn)偷天換日的效果。

__look_for_unit()函數(shù)如下圖所示：

static struct sound_unit *__look_for_unit(int chain, int unit)

{

struct sound_unit *s;

s=chains[chain];

while(s && s->unit_minor <= unit)

{

if(s->unit_minor==unit)

return s;

s=s->next;

}

return NULL;

}

其中chains[]數(shù)組定義如下所示：

其中，chains[0]存放的Mixers（混音），實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)音量，高音等，就是我們VM8976的控制接口

chains[3]存放的DSP，用來實(shí)現(xiàn)音頻輸入輸出，就是我們VM8976的I2S接口

顯然VM8976的驅(qū)動(dòng)有兩個(gè)，需要將2個(gè)file_operaions放入chains[0]和chains[3]數(shù)組里，供給系統(tǒng)的open()來調(diào)用

3.3 我們以DSP為例，搜索chains[3]來看看

如上圖所示，顯然register_sound_dsp()函數(shù)就是被我們聲卡驅(qū)動(dòng)調(diào)用的，用來注冊dsp設(shè)備節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)進(jìn)入sound_insert_unit()函數(shù)看看

3.4 sound_insert_unit()函數(shù)如下

static int sound_insert_unit(struct sound_unit **list, const struct file_operations *fops, int index, int low, int top, const char *name, umode_t mode, struct device *dev)

{

struct sound_unit *s = kmalloc(sizeof(*s), GFP_KERNEL);//分配個(gè)新的sound_unit

int r;

if (!s)

return -ENOMEM;

spin_lock(&sound_loader_lock);

//__sound_insert_unit()里主要實(shí)現(xiàn)：將分配的新的s插入到chains[3]里，然后并放入fops操作結(jié)構(gòu)體

r = __sound_insert_unit(s, list, fops, index, low, top);

spin_unlock(&sound_loader_lock);

if (r < 0)

goto fail;

else if (r < SOUND_STEP)

sprintf(s->name, "sound/%s", name);

else

sprintf(s->name, "sound/%s%d", name, r / SOUND_STEP);

device_create(sound_class, dev, MKDEV(SOUND_MAJOR, s->unit_minor),

      s->name+6);

    //s->name+6="dsp"，也就是在/dev下創(chuàng)建"dsp"的設(shè)備節(jié)點(diǎn)

return r;

 fail:

kfree(s);

return r;

}

所以，register_sound_dsp()函數(shù)用來創(chuàng)建/dev/dsp設(shè)備節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將dsp相關(guān)的file_operations放入chains[3]里面

3.5 同樣，Mixers的驅(qū)動(dòng)流程也是這樣，它的函數(shù)是register_sound_mixer()，如下圖所示：

也是創(chuàng)建/dev/mixer設(shè)備節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將dsp相關(guān)的file_operations放入chains[0]里面

3.6 接下來，我們便搜索register_sound_dsp()函數(shù)，看看被哪些聲卡驅(qū)動(dòng)調(diào)用

uda1341聲卡和WM8976聲卡非常相似，音頻都是I2S接口，就只有控制部分不一樣

uda1341聲卡的硬件，如下圖所示：

它的控制引腳只有3個(gè)：

L3MODE：模式引腳，為高表示傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，為低表示傳輸?shù)氖羌拇嫫鞯刂?p>

L3CLOCK：時(shí)鐘引腳

L3DATA：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳

控制接口的時(shí)序如下所示：

和WM8976的控制時(shí)序完全不一樣，WM8976控制時(shí)序如下所示：

所以接下來，便修改s3c2410-uda1341.c的控制部分，來移植wm8976驅(qū)動(dòng)

4、移植wm8976驅(qū)動(dòng)

首先進(jìn)入uda1341的probe()函數(shù)

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");

    /* 獲取資源 */

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;

}

    /* 獲取I2S時(shí)鐘，并使能 */

iis_clock = clk_get(dev, "iis");

if (iis_clock == NULL) {

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

return -ENOENT;

}

clk_enable(iis_clock);

    /* 進(jìn)入臨界區(qū)，禁止中斷，并保存中斷狀態(tài) */

local_irq_save(flags);

    /* 設(shè)置管腳功能 */

/* 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);

    /* 退出臨界區(qū)，使能中斷，并恢復(fù)之前保存的flags中斷轉(zhuǎn)臺(tái) */

local_irq_restore(flags);

    /* 設(shè)置2440的I2S寄存器 */

init_s3c2410_iis_bus();

    /* 初始化uda1341聲卡的控制部分 */

//init_uda1341();

init_wm8976();

    /* 設(shè)置DMA輸入通道，用來接收聲音 */

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;

}

    /* 創(chuàng)建/dev/dsp,/dev/mixer兩個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，并將smdk2410_audio_fops和smdk2410_mixser_fops兩個(gè)file_operations放入chains[0]和chains[3]里，供給內(nèi)核的聲卡系統(tǒng)調(diào)用 */

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;

}

從上面的代碼來看，uda1341的管腳和wm8976的管腳連接都是一樣的，只有init_uda1341()不一樣，里面是初始化uda1341的控制引腳接口，所以需要屏蔽，然后自己來寫個(gè)init_wm8976()函數(shù)

4.1 寫init_wm8976()函數(shù)之前需要先寫一個(gè)寄存器操作函數(shù)

參考wm8976芯片手冊時(shí)序圖：

所以，代碼如下：

//寫寄存器

static void wm8976_write_reg(unsigned char reg, unsigned int data)

{

int i;

unsigned long flags;

//reg值:寄存器地址（7位），date值（9位）

//把這兩個(gè)值組成一個(gè)16位的數(shù)據(jù)

unsigned short val = (reg<<9) | (data & 0x1ff);

//先都設(shè)為高電平，方便操作

//GPB4--L3CLOCK,GPB3--L3DATA,GPB2--L3MODE

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,1);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,1);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);

local_irq_save(flags);//先關(guān)中斷

for (i = 0; i < 16; i++)

{

//先傳輸最高位

if(val & (1<<15))//如果這一位是1

{

/* 一個(gè)周期 */

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,0);//時(shí)鐘低電平

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,1);//數(shù)據(jù)線輸入1

udelay(1);//延遲

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);//時(shí)鐘高電平

}

else//如果這一位是0

{

/* 一個(gè)周期 */

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,0);//時(shí)鐘低電平

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,0);//數(shù)據(jù)線輸入0

udelay(1);//延遲

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);//時(shí)鐘高電平

}

val = val << 1;//左移一位,把下一位移過來

}

//傳輸完成后，讓CSB信號(hào)產(chǎn)生低脈沖，寫入wm8976

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,0);

udelay(1);//延遲

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,1);//過一陣子恢復(fù)高電平

//把其他引腳也恢復(fù)高電平狀態(tài)

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,1);

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);

local_irq_restore(flags);//結(jié)束開中斷

}

4.2 參考wm8976.pdf第87頁，來初始化wm8976，使能輸出聲道1，2，混響器等

static void init_wm8976(void)

{

uda1341_volume = 57;

uda1341_boost = 0;

/* software reset 軟件復(fù)位 */

wm8976_write_reg(0, 0);

//芯片手冊說,先寫地址3，再寫地址1，最后寫地址2

/* bit[6-5]:OUT2的左/右聲道打開 

* bit[3-2]:左/右通道輸出混音打開

* bit[1-0]:左/右DAC打開

*/

wm8976_write_reg(0x3,  0x6f);

//bit[4]:使能輸出麥克風(fēng)電壓,為了方便將其他設(shè)置為1

wm8976_write_reg(0x1,  0x1f);

wm8976_write_reg(0x2,  0x185);

wm8976_write_reg(0x6,  0x0);

wm8976_write_reg(0x4,  0x10);

wm8976_write_reg(0x2B, 0x10);

wm8976_write_reg(0x9,  0x50);