Linux音频设备驱动-4

2008-10-03 19:07

17.5实例1：S3C2410+UDA1341 OSS驱动
17.5.1 S3C2410与UDA1341接口硬件描述
如图17.7，S3C2410处理器内置了IIS总线接口，S3C2410的IIS总线时钟信号SCK与Philip公司的UDA1341的BCK连接，字段选择连接于WS引脚。UDA1341提供两个音频通道，分别用于输入和输出，对应的引脚连接：IIS总线的音频输出IISSDO对应于UDA1341的音频输入；IIS总线的音频输入IISSDI对应于UDA1341的音频输出。UDA1341的L3接口相当于一个混音器控制接口，可以用来控制输入/输出音频信号的音量大小、低音等。L3接口的引脚L3MODE、L3DATA、L3CLOCK分别连接到S3C2410的3个GPIO来控制。


图17.7 S3C2410与UDA1341 IIS接口连接
Philips 公司的UDA1341支持IIS总线数据格式，采用位元流转换技术进行信号处理，完成声音信号的模数转换，具有可编程增益放大器和数字自动增益控制器，其低功耗、低电压的特点使其非常适合用于MD/CD、笔记本电脑等便携式设备。UDA1341对外提供2组音频信号输入接口，每组包括左右2个声道。

图17.8 UDA1341 内部结构
如图17.8所示，2组音频输入在UDA1341内部的处理存在很大差别：第一组音频信号输入后经过1个0 dB/6 dB开关后采样送入数字混音器：第二组音频信号输入后先经过可编程增益放大器（PGA），然后再进行采样，采样后的数据要再经过数字自动增益控制器（AGC）送入数字混音器。设计硬件电路时选用第二组输入音频信号，这样可以通过软件的方法实现对系统输入音量大小的调节。显然选用第二组可以通过L3总线接口控制AGC来实现。另外，选择通道2还可以通过PGA对从MIC输入的信号进行片内放大。
S3C2410与UDA1341之间的IIS接口有3种工作方式：
• 正常传输模式。该模式下使用IISCON寄存器对FIFO进行控制，CPU通过轮询方式访问FIFO寄存器，以完成对FIFO缓存传输或接收的处理。
• DMA模式。通过设置IISFCON寄存器使IIS接口工作于这种模式。在该模式下，FIFO寄存器组的控制权掌握在DMA控制器上，当FIFO满时，由DMA控制器对FIFO中的数据进行处理。DMA模式的选择由IISCON寄存器的第4和第5位控制。
• 传输/接收模式。该模式下，IIS数据线将通过双通道DMA同时接收和发送音频数据。在OSS驱动中，将使用此模式。
17.5.2注册dsp和mixer接口
如代码清单17.28，在UDA1341 OSS驱动的模块加载函数中，将完成如下工作：
• 初始化IIS接口硬件，设置L3总线对应的GPIO。
• 申请用于音频数据传输的DMA通道。
• 初始化UDA1341到恰当的工作模式。
• 注册dsp和mixer接口。
代码清单17.28 UDA1341 OSS驱动模块加载函数
1 //音频(dsp)文件操作
2 static struct file_operations smdk2410_audio_fops =
3 {
4 llseek: smdk2410_audio_llseek,
5 write: smdk2410_audio_write,
6 read: smdk2410_audio_read,
7 poll: smdk2410_audio_poll,
8 ioctl: smdk2410_audio_ioctl,
9 open: smdk2410_audio_open,
10 release: smdk2410_audio_release
11 };
12 //混音器文件操作
13 static struct file_operations smdk2410_mixer_fops =
14 {
15 ioctl: smdk2410_mixer_ioctl,
16 open: smdk2410_mixer_open,
17 release: smdk2410_mixer_release
18 };
19
20 int __init s3c2410_uda1341_init(void)
21 {
22 unsigned long flags;
23
24 local_irq_save(flags);
25
26 /* 设置IIS接口引脚GPIO */
27
28 set_gpio_ctrl(GPIO_L3CLOCK); // GPB 4: L3CLOCK, 输出
29 set_gpio_ctrl(GPIO_L3DATA); // GPB 3: L3DATA, 输出
30 set_gpio_ctrl(GPIO_L3MODE); // GPB 2: L3MODE, 输出
31
32
33 set_gpio_ctrl(GPIO_E3 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_IISSDI); //GPE 3: IISSDI
34 set_gpio_ctrl(GPIO_E0 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_IISSDI); //GPE 0: IISLRCK
35 set_gpio_ctrl(GPIO_E1 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_IISSCLK); //GPE 1:IISSCLK
36 set_gpio_ctrl(GPIO_E2 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_CDCLK); //GPE 2: CDCLK
37 set_gpio_ctrl(GPIO_E4 | GPIO_PULLUP_EN | GPIO_MODE_IISSDO); //GPE 4: IISSDO
38
39 local_irq_restore(flags);
40
41 init_uda1341();
42
43 /* 输出流采样DMA通道2 */
44 output_stream.dma_ch = DMA_CH2;
45
46 if (audio_init_dma(&output_stream, "UDA1341 out"))
47 {
48 audio_clear_dma(&output_stream);
49 printk(KERN_WARNING AUDIO_NAME_VERBOSE ": unable to get DMA channels/n");
50 return - EBUSY;
51 }
52 /* 输入流采样DMA通道1 */
53 input_stream.dma_ch = DMA_CH1;
54
55 if (audio_init_dma(&input_stream, "UDA1341 in"))
56 {
57 audio_clear_dma(&input_stream);
58 printk(KERN_WARNING AUDIO_NAME_VERBOSE ": unable to get DMA channels/n");
59 return - EBUSY;
60 }
61
62 /* 注册dsp和mixer设备接口 */
63 audio_dev_dsp = register_sound_dsp(&smdk2410_audio_fops, - 1);
64 audio_dev_mixer = register_sound_mixer(&smdk2410_mixer_fops, - 1);
65
66 printk(AUDIO_NAME_VERBOSE " initialized/n");
67
68 return 0;
69 }
UDA1341 OSS驱动的模块卸载函数中，将完成与模块加载函数相反的工作，如代码清单17.29。
代码清单17.29 UDA1341 OSS驱动模块卸载函数
1 void __exit s3c2410_uda1341_exit(void)
2 {
3 //注销dsp和mixer设备接口
4 unregister_sound_dsp(audio_dev_dsp);
5 unregister_sound_mixer(audio_dev_mixer);
6
7 //注销DMA通道
8 audio_clear_dma(&output_stream);
9 audio_clear_dma(&input_stream); /* input */
10 printk(AUDIO_NAME_VERBOSE " unloaded/n");
11 }
17.5.3 mixer接口IO控制函数
UDA1341 OSS驱动的ioctl()函数处理多个mixer命令，如SOUND_MIXER_INFO、 SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS、SOUND_MIXER_WRITE_VOLUME等，用于获得或设置音量和增益等信息，如代码清单17.30所示。
代码清单17.30 UDA1341 OSS驱动ioctl()函数
1 static int smdk2410_mixer_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,
2 unsigned int cmd, unsigned long arg)
3 {
4 int ret;
5 long val = 0;
6
7 switch (cmd)
8 {
9 case SOUND_MIXER_INFO: //获得mixer信息
10 {
11 mixer_info info;
12 strncpy(info.id, "UDA1341", sizeof(info.id));
13 strncpy(info.name, "Philips UDA1341", sizeof(info.name));
14 info.modify_counter = audio_mix_modcnt;
15 return copy_to_user((void*)arg, &info, sizeof(info));
16 }
17
18 case SOUND_OLD_MIXER_INFO:
19 {
20 _old_mixer_info info;
21 strncpy(info.id, "UDA1341", sizeof(info.id));
22 strncpy(info.name, "Philips UDA1341", sizeof(info.name));
23 return copy_to_user((void*)arg, &info, sizeof(info));
24 }
25
26 case SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS://获取设备对立体声的支持
27 return put_user(0, (long*)arg);
28
29 case SOUND_MIXER_READ_CAPS: //获取声卡能力
30 val = SOUND_CAP_EXCL_INPUT;
31 return put_user(val, (long*)arg);
32
33 case SOUND_MIXER_WRITE_VOLUME: //设置音量
34 ret = get_user(val, (long*)arg);
35 if (ret)
36 return ret;
37 uda1341_volume = 63-(((val &0xff) + 1) *63) / 100;
38 uda1341_l3_address(UDA1341_REG_DATA0);
39 uda1341_l3_data(uda1341_volume);
40 break;
41
42 case SOUND_MIXER_READ_VOLUME: //获取音量
43 val = ((63-uda1341_volume) *100) / 63;
44 val |= val << 8;
45 return put_user(val, (long*)arg);
46
47 case SOUND_MIXER_READ_IGAIN: //获得增益
48 val = ((31-mixer_igain) *100) / 31;
49 return put_user(val, (int*)arg);
50
51 case SOUND_MIXER_WRITE_IGAIN: //设置增益
52 ret = get_user(val, (int*)arg);
53 if (ret)
54 return ret;
55 mixer_igain = 31-(val *31 / 100);
56 /* 使用mixer增益通道1 */
57 uda1341_l3_address(UDA1341_REG_DATA0);
58 uda1341_l3_data(EXTADDR(EXT0));
59 uda1341_l3_data(EXTDATA(EXT0_CH1_GAIN(mixer_igain)));
60 break;
61
62 default:
63 DPRINTK("mixer ioctl %u unknown/n", cmd);
64 return - ENOSYS;
65 }
66
67 audio_mix_modcnt++;
68 return 0;
69 }
17.5.4 dsp接口音频数据传输
OSS声卡驱动中，dsp接口的读写函数是核心中的核心，直接对应着录音和放音的流程。
OSS 的读函数存在一个与普通字符设备驱动读函数不同的地方，那就是一般而言，对于普通字符设备驱动，如果用户要求读count个字节，而实际上只有 count1字节可获得（count1< count）时，它会将这count1字节拷贝给用户后即返回count1；而dsp接口的读函数会分次拷贝，如果第1次不能满足，它会等待第2次，直到 “count1 + count2 + ... = count”为止再返回count。这种设计是合理的，因为OSS驱动应该负责音频数据的流量控制。代码清单17.31给出了UDA1341 OSS驱动的读函数实现。
代码清单17.31 UDA1341 OSS驱动的读函数
1 static ssize_t smdk2410_audio_read(struct file *file, char *buffer, size_t
2 count, loff_t *ppos)
3 {
4 const char *buffer0 = buffer;
5 audio_stream_t *s = &input_stream; //得到数据区的指针
6 int chunksize, ret = 0;
7
8 DPRINTK("audio_read: count=%d/n", count);
9
10 if (ppos != &file->f_pos)
11 return - ESPIPE;
12
13 if (!s->buffers)
14 {
15 int i;
16
17 if (audio_setup_buf(s))
18 return - ENOMEM;
19 //依次从缓存区读取数据
20 for (i = 0; i < s->nbfrags; i++)
21 {
22 audio_buf_t *b = s->buf;
23 down(&b->sem);
24 s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void*)b, b->dma_addr, s->fragsize,
25 DMA_BUF_RD);
26 NEXT_BUF(s, buf);
27 }
28 }
29
30 //满足用户的所有读需求
31 while (count > 0)
32 {
33 audio_buf_t *b = s->buf;
34
35 if (file->f_flags &O_NONBLOCK) //非阻塞
36 {
37 ret = - EAGAIN;
38 if (down_trylock(&b->sem))
39 break;
40 }
41 else
42 {
43 ret = - ERESTARTSYS;
44 if (down_interruptible(&b->sem))
45 break;
46 }
47
48 chunksize = b->size;
49 //从缓存区读取数据
50 if (chunksize > count)
51 chunksize = count;
52 DPRINTK("read %d from %d/n", chunksize, s->buf_idx);
53 if (copy_to_user(buffer, b->start + s->fragsize - b->size, //调用拷贝函数
54 chunksize))
55 {
56 up(&b->sem);
57 return - EFAULT;
58 }
59 b->size -= chunksize;
60
61 buffer += chunksize;
62 count -= chunksize; //已经给用户拷贝了一部分，count减少
63 if (b->size > 0)
64 {
65 up(&b->sem);
66 break;
67 }
68 //将缓存区释放
69 s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void*)b, b->dma_addr, s->fragsize,
70 DMA_BUF_RD);
71
72 NEXT_BUF(s, buf);
73 }
74
75 if ((buffer - buffer0))
76 ret = buffer - buffer0;
77
78 return ret;
79 }
OSS驱动dsp接口的写函数与读函数类似，一般来说，它也应该满足用户的所有写需求后再返回，如代码清单17.32。
代码清单17.32 UDA1341 OSS驱动的写函数
1 static ssize_t smdk2410_audio_write(struct file *file, const char *buffer,
2 size_t count, loff_t *ppos)
3 {
4 const char *buffer0 = buffer;
5 audio_stream_t *s = &output_stream;
6 int chunksize, ret = 0;
7
8 DPRINTK("audio_write : start count=%d/n", count);
9
10 switch (file->f_flags &O_ACCMODE)
11 {
12 case O_WRONLY: //只写
13 case O_RDWR: //读写
14 break;
15 default: //只读不合法
16 return - EPERM;
17 }
18 //设置DMA缓冲区
19 if (!s->buffers && audio_setup_buf(s))
20 return - ENOMEM;
21
22 count &= ~0x03;
23
24 while (count > 0) //直到满足用户的所有写需求
25 {
26 audio_buf_t *b = s->buf;
27 //非阻塞访问
28 if (file->f_flags &O_NONBLOCK)
29 {
30 ret = - EAGAIN;
31 if (down_trylock(&b->sem))
32 break;
33 }
34 else
35 {
36 ret = - ERESTARTSYS;
37 if (down_interruptible(&b->sem))
38 break;
39 }
40 //从用户空间拷贝音频数据
41 if (audio_channels == 2)
42 {
43 chunksize = s->fragsize - b->size;
44 if (chunksize > count)
45 chunksize = count;
46 DPRINTK("write %d to %d/n", chunksize, s->buf_idx);
47 if (copy_from_user(b->start + b->size, buffer, chunksize))
48 {
49 up(&b->sem);
50 return - EFAULT;
51 }
52 b->size += chunksize;
53 }
54 else
55 {
56 chunksize = (s->fragsize - b->size) >> 1;
57
58 if (chunksize > count)
59 chunksize = count;
60 DPRINTK("write %d to %d/n", chunksize *2, s->buf_idx);
61 if (copy_from_user_mono_stereo(b->start + b->size, buffer, chunksize))
62 {
63 up(&b->sem);
64 return - EFAULT;
65 }
66
67 b->size += chunksize * 2;
68 }
69
70 buffer += chunksize;
71 count -= chunksize; //已经从用户拷贝了一部分，count减少
72 if (b->size < s->fragsize)
73 {
74 up(&b->sem);
75 break;
76 }
77 //发起DMA操作
78 s3c2410_dma_queue_buffer(s->dma_ch, (void*)b, b->dma_addr, b->size,
79 DMA_BUF_WR);
80 b->size = 0;
81 NEXT_BUF(s, buf);
82 }
83
84 if ((buffer - buffer0))
85 ret = buffer - buffer0;
86
87 DPRINTK("audio_write : end count=%d/n/n", ret);
88
89 return ret;
90 }