asoc widget path route(audio_map)

2023-11-19

上一篇文章中,我们介绍了音频驱动中对基本控制单元的封装:kcontrol。利用kcontrol,我们可以完成对音频系统中的mixer,mux,音量控制,音效控制,以及各种开关量的控制,通过对各种kcontrol的控制,使得音频硬件能够按照我们预想的结果进行工作。同时我们可以看到,kcontrol还是有以下几点不足:

  • 只能描述自身,无法描述各个kcontrol之间的连接关系;
  • 没有相应的电源管理机制;
  • 没有相应的时间处理机制来响应播放、停止、上电、下电等音频事件;
  • 为了防止pop-pop声,需要用户程序关注各个kcontrol上电和下电的顺序;
  • 当一个音频路径不再有效时,不能自动关闭该路径上的所有的kcontrol;

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为此,DAPM框架正是为了要解决以上这些问题而诞生的,DAPM目前已经是ASoc中的重要组成部分,让我们先从DAPM的数据结构开始,了解它的设计思想和工作原理。

DAPM的基本单元:widget


文章的开头,我们说明了一下目前kcontrol的一些不足,而DAPM框架为了解决这些问题,引入了widget这一概念,所谓widget,其实可以理解为是kcontrol的进一步升级和封装,她同样是指音频系统中的某个部件,比如mixer,mux,输入输出引脚,电源供应器等等,甚至,我们可以定义虚拟的widget,例如playback stream widget。widget把kcontrol和动态电源管理进行了有机的结合,同时还具备音频路径的连结功能,一个widget可以与它相邻的widget有某种动态的连结关系。在DAPM框架中,widget用结构体snd_soc_dapm_widget来描述:

  1. struct snd_soc_dapm_widget {  
  2.         enum snd_soc_dapm_type id;  
  3.         const char *name;               /* widget name */  
  4.   
  5.         ......  
  6.         /* dapm control */  
  7.         int reg;                                /* negative reg = no direct dapm */  
  8.         unsigned char shift;                    /* bits to shift */  
  9.         unsigned int value;                             /* widget current value */  
  10.         unsigned int mask;                      /* non-shifted mask */  
  11.         ......  
  12.   
  13.         int (*power_check)(struct snd_soc_dapm_widget *w);  
  14.   
  15.         int (*event)(struct snd_soc_dapm_widget*, struct snd_kcontrol *, int);  
  16.   
  17.         /* kcontrols that relate to this widget */  
  18.         int num_kcontrols;  
  19.         const struct snd_kcontrol_new *kcontrol_news;  
  20.         struct snd_kcontrol **kcontrols;  
  21.   
  22.         /* widget input and outputs */  
  23.         struct list_head sources;  
  24.         struct list_head sinks;  
  25.         ......  
  26. };  
struct snd_soc_dapm_widget {
        enum snd_soc_dapm_type id;
        const char *name;               /* widget name */

        ......
        /* dapm control */
        int reg;                                /* negative reg = no direct dapm */
        unsigned char shift;                    /* bits to shift */
        unsigned int value;                             /* widget current value */
        unsigned int mask;                      /* non-shifted mask */
        ......

        int (*power_check)(struct snd_soc_dapm_widget *w);

        int (*event)(struct snd_soc_dapm_widget*, struct snd_kcontrol *, int);

        /* kcontrols that relate to this widget */
        int num_kcontrols;
        const struct snd_kcontrol_new *kcontrol_news;
        struct snd_kcontrol **kcontrols;

        /* widget input and outputs */
        struct list_head sources;
        struct list_head sinks;
        ......
};
snd_soc_dapm_widget结构比较大,为了简洁一些,这里我没有列出该结构体的完整字段,不过不用担心,下面我会说明每个字段的意义:

id    该widget的类型值,比如snd_soc_dapm_output,snd_soc_dapm_mixer等等。

*name    该widget的名字

*sname    代表该widget所在stream的名字,比如对于snd_soc_dapm_dai_in类型的widget,会使用该字段。

*codec *platform    指向该widget所属的codec和platform。

list    所有注册到系统中的widget都会通过该list,链接到代表声卡的snd_soc_card结构的widgets链表头字段中。

*dapm    snd_soc_dapm_context结构指针,ASoc把系统划分为多个dapm域,每个widget属于某个dapm域,同一个域代表着同样的偏置电压供电策略,比如,同一个codec中的widget通常位于同一个dapm域,而平台上的widget可能又会位于另外一个platform域中。

*priv    有些widget可能需要一些专有的数据,可以使用该字段来保存,像snd_soc_dapm_dai_in类型的widget,会使用该字段来记住与之相关联的snd_soc_dai结构指针。

*regulator    对于snd_soc_dapm_regulator_supply类型的widget,该字段指向与之相关的regulator结构指针。

*params    目前对于snd_soc_dapm_dai_link类型的widget,指向该dai的配置信息的snd_soc_pcm_stream结构。

reg shift mask     这3个字段用来控制该widget的电源状态,分别对应控制信息所在的寄存器地址,位移值和屏蔽值。

value  on_val  off_val    电源状态的当前只,开启时和关闭时所对应的值。

power invert    用于指示该widget当前是否处于上电状态,invert则用于表明power字段是否需要逻辑反转。

active connected    分别表示该widget是否处于激活状态和连接状态,当和相邻的widget有连接关系时,connected位会被置1,否则置0。

new   我们定义好的widget(snd_soc_dapm_widget结构),在注册到声卡中时需要进行实例化,该字段用来表示该widget是否已经被实例化。

ext    表示该widget当前是否有外部连接,比如连接mic,耳机,喇叭等等。

force    该位被设置后,将会不管widget当前的状态,强制更新至新的电源状态。

ignore_suspend new_power power_checked    这些电源管理相关的字段。

subseq    该widget目前在上电或下电队列中的排序编号,为了防止在上下电的过程中出现pop-pop声,DAPM会给每个widget分配合理的上下电顺序。

*power_check    用于检查该widget是否应该上电或下电的回调函数指针。
event_flags    该字段是一个位或字段,每个位代表该widget会关注某个DAPM事件通知。只有被关注的通知事件会被发送到widget的事件处理回调函数中。

*event    DAPM事件处理回调函数指针。

num_kcontrols *kcontrol_news **kcontrols    这3个字段用来描述与该widget所包含的kcontrol控件,例如一个mixer控件或者是一个mux控件。

sources sinks    两个链表字段,两个widget如果有连接关系,会通过一个snd_soc_dapm_path结构进行连接,sources链表用于链接所有的输入path,sinks链表用于链接所有的输出path。

power_list    每次更新整个dapm的电源状态时,会根据一定的算法扫描所有的widget,然后把需要变更电源状态的widget利用该字段链接到一个上电或下电的链表中,扫描完毕后,dapm系统会遍历这两个链表执行相应的上电或下电操作。

dirty    链表字段,widget的状态变更后,dapm系统会利用该字段,把该widget加入到一个dirty链表中,稍后会对dirty链表进行扫描,以执行整个路径的更新。

inputs    该widget的所有有效路径中,连接到输入端的路径数量。

outputs    该widget的所有有效路径中,连接到输出端的路径数量。

*clk    对于snd_soc_dapm_clock_supply类型的widget,指向相关联的clk结构指针。

以上我们对snd_soc_dapm_widget结构的各个字段所代表的意义一一做出了说明,这里只是让大家现有个概念,至于每个字段的详细作用,我们会在以后相关的章节中提及。

widget的种类


在DAPM框架中,把各种不同的widget划分为不同的种类,snd_soc_dapm_widget结构中的id字段用来表示该widget的种类,可选的种类都定义在一个枚举中:

  1. /* dapm widget types */  
  2. enum snd_soc_dapm_type {......}  
/* dapm widget types */
enum snd_soc_dapm_type {......}
下面我们逐个解释一下这些widget的种类:

  • snd_soc_dapm_input     该widget对应一个输入引脚。
  • snd_soc_dapm_output    该widget对应一个输出引脚。
  • snd_soc_dapm_mux    该widget对应一个mux控件。
  • snd_soc_dapm_virt_mux    该widget对应一个虚拟的mux控件。
  • snd_soc_dapm_value_mux    该widget对应一个value类型的mux控件。
  • snd_soc_dapm_mixer    该widget对应一个mixer控件。
  • snd_soc_dapm_mixer_named_ctl    该widget对应一个mixer控件,但是对应的kcontrol的名字不会加入widget的名字作为前缀。
  • snd_soc_dapm_pga    该widget对应一个pga控件(可编程增益控件)。
  • snd_soc_dapm_out_drv    该widget对应一个输出驱动控件
  • snd_soc_dapm_adc    该widget对应一个ADC 
  • snd_soc_dapm_dac    该widget对应一个DAC 
  • snd_soc_dapm_micbias    该widget对应一个麦克风偏置电压控件
  • snd_soc_dapm_mic    该widget对应一个麦克风。
  • snd_soc_dapm_hp    该widget对应一个耳机。
  • snd_soc_dapm_spk    该widget对应一个扬声器。
  • snd_soc_dapm_line     该widget对应一个线路输入。
  • snd_soc_dapm_switch       该widget对应一个模拟开关。
  • snd_soc_dapm_vmid      该widget对应一个codec的vmid偏置电压。
  • snd_soc_dapm_pre      machine级别的专用widget,会先于其它widget执行检查操作。
  • snd_soc_dapm_post    machine级别的专用widget,会后于其它widget执行检查操作。
  • snd_soc_dapm_supply           对应一个电源或是时钟源。
  • snd_soc_dapm_regulator_supply  对应一个外部regulator稳压器。
  • snd_soc_dapm_clock_supply      对应一个外部时钟源。
  • snd_soc_dapm_aif_in            对应一个数字音频输入接口,比如I2S接口的输入端。
  • snd_soc_dapm_aif_out          对应一个数字音频输出接口,比如I2S接口的输出端。
  • snd_soc_dapm_siggen            对应一个信号发生器。
  • snd_soc_dapm_dai_in           对应一个platform或codec域的输入DAI结构。
  • snd_soc_dapm_dai_out        对应一个platform或codec域的输出DAI结构。
  • snd_soc_dapm_dai_link         用于链接一对输入/输出DAI结构。

widget之间的连接器:path


之前已经提到,一个widget是有输入和输出的,而且widget之间是可以动态地进行连接的,那它们是用什么来连接两个widget的呢?DAPM为我们提出了path这一概念,path相当于电路中的一根跳线,它把一个widget的输出端和另一个widget的输入端连接在一起,path用snd_soc_dapm_path结构来描述:

  1. struct snd_soc_dapm_path {  
  2.         const char *name;  
  3.   
  4.         /* source (input) and sink (output) widgets */  
  5.         struct snd_soc_dapm_widget *source;  
  6.         struct snd_soc_dapm_widget *sink;  
  7.         struct snd_kcontrol *kcontrol;  
  8.   
  9.         /* status */  
  10.         u32 connect:1;  /* source and sink widgets are connected */  
  11.         u32 walked:1;   /* path has been walked */  
  12.         u32 walking:1;  /* path is in the process of being walked */  
  13.         u32 weak:1;     /* path ignored for power management */  
  14.   
  15.         int (*connected)(struct snd_soc_dapm_widget *source,  
  16.                          struct snd_soc_dapm_widget *sink);  
  17.   
  18.         struct list_head list_source;  
  19.         struct list_head list_sink;  
  20.         struct list_head list;  
  21. };  
struct snd_soc_dapm_path {
        const char *name;

        /* source (input) and sink (output) widgets */
        struct snd_soc_dapm_widget *source;
        struct snd_soc_dapm_widget *sink;
        struct snd_kcontrol *kcontrol;

        /* status */
        u32 connect:1;  /* source and sink widgets are connected */
        u32 walked:1;   /* path has been walked */
        u32 walking:1;  /* path is in the process of being walked */
        u32 weak:1;     /* path ignored for power management */

        int (*connected)(struct snd_soc_dapm_widget *source,
                         struct snd_soc_dapm_widget *sink);

        struct list_head list_source;
        struct list_head list_sink;
        struct list_head list;
};
当widget之间发生连接关系时,snd_soc_dapm_path作为连接者,它的source字段会指向该连接的起始端widget,而它的sink字段会指向该连接的到达端widget,还记得前面snd_soc_dapm_widget结构中的两个链表头字段:sources和sinks么?widget的输入端和输出端可能连接着多个path,所有输入端的snd_soc_dapm_path结构通过list_sink字段挂在widget的souces链表中,同样,所有输出端的snd_soc_dapm_path结构通过list_source字段挂在widget的sinks链表中。这里可能大家会被搞得晕呼呼的,一会source,一会sink,不要紧,只要记住,连接的路径是这样的:起始端widget的输出-->path的输入-->path的输出-->到达端widget输入。



                                                                                   图1    widget通过path进行连接

另外,snd_soc_dapm_path结构的list字段用于把所有的path注册到声卡中,其实就是挂在snd_soc_card结构的paths链表头字段中。如果你要自己定义方法来检查path的当前连接状态,你可以提供自己的connected回调函数指针。

connect,walked,walking,weak是几个辅助字段,用于帮助所有path的遍历。

widget的连接关系:route


通过上一节的内容,我们知道,一个路径的连接至少包含以下几个元素:起始端widget,跳线path,到达端widget,在DAPM中,用snd_soc_dapm_route结构来描述这样一个连接关系:

  1. struct snd_soc_dapm_route {  
  2.         const char *sink;  
  3.         const char *control;  
  4.         const char *source;  
  5.         int (*connected)(struct snd_soc_dapm_widget *source,  
  6.                          struct snd_soc_dapm_widget *sink);  
  7. };  
struct snd_soc_dapm_route {
        const char *sink;
        const char *control;
        const char *source;
        int (*connected)(struct snd_soc_dapm_widget *source,
                         struct snd_soc_dapm_widget *sink);
};
sink指向到达端widget的名字字符串,source指向起始端widget的名字字符串,control指向负责控制该连接所对应的kcontrol名字字符串,connected回调则定义了上一节所提到的自定义连接检查回调函数。该结构的意义很明显就是:source通过一个kcontrol,和sink连接在一起,现在是否处于连接状态,请调用connected回调函数检查。

这里直接使用名字字符串来描述连接关系,所有定义好的route,最后都要注册到dapm系统中,dapm会根据这些名字找出相应的widget,并动态地生成所需要的snd_soc_dapm_path结构,正确地处理各个链表和指针的关系,实现两个widget之间的连接,具体的连接代码分析,我们留到以后的章节中讨论。


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