声卡驱动程序

声音采集播放及IIS接口介绍



2410/2440里面有一个IIS模块，IIS信号线连接至---音频编解码芯片(Codec)，原理图上的芯片是UDA1341.
注意了，IIS接口只传声音数据。

用声卡是怎么用的？
除了有声音之外，我们还可以调节音量大小/静音/左声道/右声道之类，所以除了IIS接口外，应该还有传这些控制信息的引脚。

比如UDA1341芯片上的：
	L3-MODE/L3-CLOCK/L3-DATA 这三条线是用来传输控制信号的--调节音量之类--接到了S3C2440的 GPIO管脚。
	SYSCLK(CDCLK)/BCK(I2S-SCLK)/WS(I2S-LRCK)/DATA0(I2S-SDI)/DATA1(I2S-SDO) 这几条就是IIS信号引脚了--这几个引脚只能用来传声音或收声音。
	
		SYSCLK(CDCLK)：芯片的工作频率，由2440提供给Codec芯片让它工作的。
		BCK(I2S-SCLK)： 也叫BCK(Bit Clock),位时钟。每个声音数据有很多位，一个BCK传输一位数据。
		WS(I2S-LRCK)：  低电平时，传输的是左声道(LEFT)数据；高电平时传输的是右声道(RIGHT)数据。
		DATA0(I2S-SDI)：声音数据
		DATA1(I2S-SDO)：声音数据

先看下声音是怎么录制/采集的？
		
	在时间轴上，按固定的时间采集(记录)下来。所谓采集，就是把声音信号(模拟)转换成电压信号等(数字)。
	采集的越密(采集频率越高),最后恢复出来的声音就越逼真。。。对于人的耳朵来说，不用太高。

	估计:
	对于左声道/右声道： 人的左右俩耳朵上都有个ADC，左边采集到的就是左声道，右边采集到的就是右声道，同时采集就是立体声音了？---有可能是错的，瞎估计的。	

	采样率到 96kHz 时，声音其实就已经很饱满了，耳朵已经分辨不出来失真率了。
	采样率慢到 8kHz或4kHz(一秒采集4000次)，人耳朵听起来效果就很差了。
	
采样：
	采样： 当然是用ADC进行模-数转换。一次采集，可能采集的是左声道，或者右声道，或者左右都能同时采集.
	采样率：1秒钟内采集声音多少次。
	ADC采集精度： 一般有8/16/16bit，24bit等等，位数越高越精细。

播放：	用DAC按照采集的速度播放出来。



IIS:	是一种硬件接口，用来传输声音数据。

	播放：  2440的IIS控制器要播放时，就把数据从SDRAM用IIS传到Codec芯片里的DAC，经过数-模转换之后播放到喇叭上。
	录音：  声音从麦克风进来至Codec芯片里的ADC，经过模-数转换之后，经IIS接口传到SDRAM里。


IIS接口协议：
	LRCK：当LRCK为低电平时，传输的是左声道(LEFT)数据；当LRCK为高电平时，传输的是右声道(RIGHT)数据。周而复始的传。
	SCLK：也叫BCK(Bit Clock),位时钟。
	SD：  2440的IIS控制器可以输出2种格式的数据:
			IIS-bus Format(N=8 or 16)格式:
			MSB-justified Format(N=8 or 16)格式:


声音存储举例：		
buf或者声音文件： 
		左声道数据 右声道数据    采样点0数据
		左声道数据 右声道数据    采样点1数据
		左声道数据 右声道数据    采样点2数据
		左声道数据 右声道数据    采样点3数据
		左声道数据 右声道数据    采样点4数据
		左声道数据 右声道数据    ...
		左声道数据 右声道数据    采样点N-1数据
		左声道数据 右声道数据    采样点N数据

比如Windows上的wav文件，存储格式就是如上存储的。
wav文件的头部分，就有采集频率，采集精度，是左or右声道or左右都有 等的信息。之后就是声音数据了。

怎么发送出去呢？
	LRCLK：低电平/高电平周而复始，左声道/右声道数据切换着...
	BCK： 对于S3C2440，IIS-Bus控制器可外接8/16Bit Audio CODEC IC，所以一次最多传输16位数据，想再高的精度都不可以。不那么高级。。。所以，
		左声道数据最多是16bit的(LRCLK为低电平期间，BCK最多出16个时钟）, 
		右声道数据最多是16bit的(LRCLK为高电平期间，BCK最多出16个时钟）。
	SDO：数据。左声道数据如果是8bit的，后面8bit全为0.右声道数据也一样。



怎么调整音量呢？
	---UDA1341 Codec芯片上L3接口(控制)说明。

	声音传输接口IIS是个标准协议了，但是控制接口就各种各样了。
	
	比如：
	UDA1341芯片：用的接口叫L3接口。
	WM8976芯片： 可用接口有IIC接口/它自己定义的3线接口。它的3线接口跟UDA1341的3线接口是不一样的。


UDA1341 Codec芯片上L3接口：
	读写某地址的寄存器，来达到控制。看芯片手册，超级简单：
	L3接口引脚： 分为地址模式/数据传输模式。

		L3-MODE： 0时传地址模式，1时传数据模式。
			  传地址模式时，第一个字节的Data Bits [7:2]是设备地址(UDA1341芯片的地址是000101), 
					Data Bits [1:0]是传输类型: 
						00：表示DATA0，是音量控制，boost，treble，detection position，de-emphasis mute静音 and mode...AGC(自动增益控制)...MIC灵敏度控制..
						01：表示DATA1，是读回的信息。所以L3接口既可以发送数据，又可以接受数据。
						10：表示状态信息，Clock，数据位宽(IIS上传输的数据是多少bit的等)，过滤，增益, 极性，采样率等信息...
						11：表示扩展地址(Extended Address)。
					第二个字节内容的话，就跟第一个字节的最后[1:0]bit是什么息息相关了。比如[1:0]=11的话，那么第二个字节内容就得是扩展地址了。

				看UDA1341手册的System clock settings说明，发现当芯片的系统时钟定死了，采样率也跟着能算出来了。很正常的搞法。比如系统时钟/512 = 采样率时钟。

		L3-CLOCK： 每一个时钟传1位。地址8个时钟，数据8个时钟。
		L3-DATA： L3-MODE为0时，传输的数据是传输类型/地址，L3-MODE为1时，传输的是数据。
	
	
Linux内核里面自带了UDA1341芯片的驱动：
	入口处注册了个platform driver，假设同名匹配上了系统中已经注册好了的platform device，那么platform driver里的probe就能被调用，开始初始化了。
	probe：
		platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
		iis_base = (void *)S3C24XX_VA_IIS;
		iis_clock = clk_get(dev, "iis");
		
		clk_enable(iis_clock);	//使能时钟
		
		local_irq_save(flags);

		/* L3 接口 的 GPIO 设置（配置为输出引脚） */
		s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB4, S3C2410_GPB4_OUTP);
		s3c2410_gpio_pullup(s3c2410_GPB4, 1);
		...
		
		/* IIS 接口的GPIO设置 */
		...

		local_irq_restore(flags);

		init_s3c2410_iis_bus(); //初始化IIS控制器

		init_uda1341();		//使用L3接口初始化芯片

		
		/* 设置了两个DMA通道： 一个用于播放，另一个用于录音...代码就长了
			当想把内存里面的数据想传给IIS控制器时，设置好源/目的/长度之后，DMA就自动把数据传给它。
			当控制器里有数据了，DMA也会自动的把数据传入到SDRAM里 */
		output_stream.dma_ch = DMACH_I2S_OUT;
		if (audio_init_dma(&output_stream, "UDA1341_out")) {
			audio_clear_dma(&output_stream, &s3c2410iis_dma_out);
			printk(...);
			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(...);
			return -EBUSY;
		}


		audio_dev_dsp = register_sound_dsp(&smdk2410_audio_fops, -1);    	//有点料

		audio_dev_mixer = register_sound_mixer(&smdk2410_mixer_fops, -1);	//

		printk(AUDIO_NAME_VERBOSE "initialized\n");
	
	
	以前的字符设备时，是 主设备号，构造file_operations结构体， 注册register_chrdev()...看看声卡驱动有没有这些：
	APP：     open/read/write...
	-------------------------------------------------
	Driver:   drv_open, drv_read, drv_write...   ---> file_operations
	-------------------------------------------------
	Hardware:


	0. 确定主设备号
	1. 构造file_operations结构体
	2. 注册...
	3. 入口
	4. 出口


继续分析：
register_sound_dsp():
	sound_insert_unit(&chains[3], fops, dev, 3, 131, "dsp", S_IWUSR|S_IRUSR, NULL);		//调用了 sound_core.c 文件里的...核心曾... 所以分层可能出来了：


看看sound_core.c的入口又是怎么写的：

module_init(init_soundcore);
module_exit(cleanup_soundcore);

	static int __init  init_soundcore()
	{
		if (register_chrdev(SOUND_MAJOR, "sound", &soundcore_fops)) {
			printk(KERN_ERR "soundcore: sound device already in use.\n");
			return -EBUSY;		
		}
		sound_class = class_create(THIS_MODULE, "sound");
		if (IS_ERR(sound_class))
			return PTR_ERR(sound_class);
	}
		

	static const struct file_operations soundcore_fops = {
		.owner = THIS_MODULE,
		.open = soundcore_open,  //只有一个open，显然只是个中转作用...(因为是核心曾？)。那么还得继续看看它是从哪里取出真正的file_operations结构体的。
	};
		

假设app打开open了某设备文件，它的主设备号为14：
	soundcore_open：
		用__look_for_unit()函数，以次设备号为下标，从 chains[] 数组当中得到一个所谓的struct sound_unit, 如果存在，再从它里面得到一个新的file_operations结构体new_fops, 再调用它里面的open函数...。
		这个new_fops里面才有open/read/write...等等操作函数。跟LCD驱动框架/Input subsystem驱动框架是一样的。
		file->f_op = new_fops;
		err = file->f_op->open(inode, file);


录音：
	APP：     read
	-------------------------------------------------
	Driver:  
		file->f_op = new_fops;
		err = file->f_op->read();
	-------------------------------------------------
	Hardware:

播放：
	APP：     write
	-------------------------------------------------
	Driver:  
		file->f_op = new_fops;
		err = file->f_op->write ();
	-------------------------------------------------
	Hardware:

	
问： 既然录音/播放时，都是从 chains[] 数组当中得到一个所谓的struct sound_unit结构体，再调用的它里面提供的f_op的。那么 chains[] 数组又是谁设置的？
答： 是s3c2440_uda1341.c驱动文件被加载时候的 register_sound_dsp(), register_sound_mixer() 设置好的。
     是s3c2440_uda1341.c 向 sound_core.c 注册register_sound_dsp/register_sound_mixer上的。

	register_sound_dsp:
		sound_insert_unit(&chains[3], fops, dev, 3, 131, "dsp", S_IWUSR|S_IRUSR, NULL);  //把fops放到chains[]数组第3项，并会创建设备节点/dev/dsp。

	register_sound_mixer:
		sound_insert_unit(&chains[0], fops, dev, 3, 131, "mixer", S_IWUSR|S_IRUSR, NULL);  //把fops放到chains[]数组第0项，并会创建设备节点/dev/mixer。

	那么/dev/dsp 和 /dev/mixer设备节点, 到底是干嘛用的，就要看它们的fops了。
		/dev/dsp节点用于播放or录音
		/dev/mixer设备用于调整音量/增益/等

	所以，并没有脱离linux字符设备的框架。

sound驱动框架：










------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
sound\soc\s3c24xx\s3c2410-uda1341.c
s3c2410_uda1341_init
	driver_register(&s3c2410iis_driver);
		.....
			s3c2410iis_probe
				/* 使能时钟 */
				/* 配置GPIO */
				
				/* 设置S3C2440的IIS控制器 */
				init_s3c2410_iis_bus
				
				/* 使用L3接口初始化uda1341芯片 */
				init_uda1341();
				
				/* 设置两个DMA通道:一个用于播放,另一个用于录音 */
				.....
				
				register_sound_dsp(&smdk2410_audio_fops, -1);
						sound_insert_unit(&chains[3], fops, dev, 3, 131, "dsp", S_IWUSR | S_IRUSR, NULL); // /dev/dsp
				
				register_sound_mixer(&smdk2410_mixer_fops, -1);
						sound_insert_unit(&chains[0], fops, dev, 0, 128, "mixer", S_IRUSR | S_IWUSR, NULL);  // /dev/mixer

/dev/dsp:   用于播放/录音
/dev/mixer: 调整音量
				
				
1. 主设备号
2. file_operations
3. register_chrdev



app: open () // 假设主设备号为14
-------------------------------------------
          soundcore_open
				int unit = iminor(inode);
				s = __look_for_unit(chain, unit);
						// 从chains数组里得到, 谁来设置这个数组?
						
				new_fops = fops_get(s->unit_fops);
				file->f_op = new_fops;
				err = file->f_op->open(inode,file);
				

录音:
app:   read
----------------------
			file->f_op->read

播放:
app:  write
-------------------------
		file->f_op->write


测试:
1. 确定内核里已经配置了sound\soc\s3c24xx\s3c2410-uda1341.c
-> Device Drivers
  -> Sound
    -> Advanced Linux Sound Architecture
      -> Advanced Linux Sound Architecture
        -> System on Chip audio support
        <*> I2S of the Samsung S3C24XX chips

2. make uImage
   使用新内核启动

3. ls -l /dev/dsp /dev/mixer
4. 播放:
   在WINDOWS PC里找一个wav文件,放到开发板根文件系统里
   cat Windows.wav > /dev/dsp
5. 录音:
   cat /dev/dsp > sound.bin  
   然后对着麦克风说话
   ctrl+c退出
   cat sound.bin > /dev/dsp  // 就可以听到录下的声音



怎么写WM8976驱动程序?
1. IIS部分一样，保持不变
2. 控制部分不同，重写


测试WM8976:
1. 确定内核里已经配置了sound\soc\s3c24xx\s3c2410-uda1341.c
-> Device Drivers
  -> Sound
    -> Advanced Linux Sound Architecture  // 兼容OSS
      -> Advanced Linux Sound Architecture
        -> System on Chip audio support
        <*> I2S of the Samsung S3C24XX chips
2. 修改sound/soc/s3c24xx/Makefile
obj-y += s3c2410-uda1341.o
改为:
obj-y += s3c-wm8976.o   

3. make uImage
   使用新内核启动

4. ls -l /dev/dsp /dev/mixer
5. 播放:
   在WINDOWS PC里找一个wav文件,放到开发板根文件系统里
   cat Windows.wav > /dev/dsp
6. 录音:
   cat /dev/dsp > sound.bin  
   然后对着麦克风说话
   ctrl+c退出
   cat sound.bin > /dev/dsp  // 就可以听到录下的声音   
   
   

        

使用madplay测试声卡：
1. 解压:
tar xzf libid3tag-0.15.1b.tar.gz  // 库
tar xzf libmad-0.15.1b.tar.gz     // 库
tar xzf madplay-0.15.2b.tar.gz    // APP

2. 编译 libid3tag-0.15.1b
mkdir tmp
cd libid3tag-0.15.1b
./configure --host=arm-linux --prefix=/work/drivers_and_test/21th_sound/app/tmp
make
make install

3. 编译 libmad-0.15.1b
cd libmad-0.15.1b
./configure --host=arm-linux --prefix=/work/drivers_and_test/21th_sound/app/tmp
make
make install

4. 编译madplay
cd madplay-0.15.2b/
./configure --host=arm-linux --prefix=/work/drivers_and_test/21th_sound/app/tmp LDFLAGS="-L/work/drivers_and_test/21th_sound/app/tmp/lib" CFLAGS="-I /work/drivers_and_test/21th_sound/app/tmp/include"
make
make install

5. 把tmp/bin/*  tmp/lib/*so* 复制到根文件系统：

6. 把一个mp3文件复制到根文件系统

7. madplay --tty-control /1.mp3 
   播放过程中不断按小键盘的减号("-")会降低音量
             不断按小键盘的加号("+")会降低音量