S3C2440 音频解码芯片WM8976声卡驱动移植、madplay测试
1. WM9876接口和工作原理
本节使用了JZ2440开发板移植WM9876驱动，其结构如下图所示，最后利用madplay工具测试音频文件。
IIS和控制接口；
WM9876声卡是负责录音、播音、调节音量和声音合成等的一种多媒体板卡。包括两种接口：IIS接口（提供音频接收和发送）、控制接口（控制音量大小，使能各个输出通道等）
1)当我们播放声音时，将数字信号传入I2SDO脚，声卡便通过解码，产生模拟信号到喇叭/耳机；
2)当我们录音时，声卡便获取麦克风的模拟信号，编码出数字信号到I2SDI引脚上。
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接口说明
----------------
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接口说明
----------------
--> IIS接口相关的引脚如下：
MCLK：主机为解码芯片提供的系统同步时钟（Master/system clock input）。
BCLK（LRC）：编解码芯片提供的串行时钟信号（Audio bit clock output）。
ISLRCK：采样频率信号，当为低电平时采样的是左声道信号，高电平时采样的是右声道信号。
I2SDI(ADCDAT)：ADC数据输入。
I2SDO(DACDAT)：DAC数据输出。
-->控制接口相关的引脚如下：
MODE: 3
线
/2
线控制选择
,
当
MODE
为高
,
表示为
3
线控制
,MODE
位低
,
表示
2
线控制，
2
线模式变为
IIC
模式
（
2440
接的高电平为
3
线模式
）；
CSB/GPIO1:
控制数据使能引脚；
SCLK:
时钟引脚；
SDIN:
数据输入输出引脚。
MODE: 3
线
/2
线控制选择
,
当
MODE
为高
,
表示为
3
线控制
,MODE
位低
,
表示
2
线控制，
2
线模式变为
IIC
模式
2
线模式变为
IIC
模式
（
2440
接的高电平为
3
线模式
）；
CSB/GPIO1:
控制数据使能引脚；
SCLK:
时钟引脚；
SDIN:
数据输入输出引脚。
（
2440
接的高电平为
3
线模式
）；
CSB/GPIO1:
CSB/GPIO1:
控制数据使能引脚；
SCLK:
时钟引脚；
SDIN:
SCLK:
时钟引脚；
SDIN:
SDIN:
数据输入输出引脚。
数据输入输出引脚。
数据输入输出引脚。
2. WM9876驱动移植
2.1 驱动分析
先以uda1341.c
源码为例，分析
驱动程序框架。源码
目录位于：
驱动程序框架。源码
sound\soc\s3c24xx\s3c2410-uda1341.c ，
分析：
1. s3c2410_uda1341_init
static int __init s3c2410_uda1341_init(void) {
memzero(&input_stream, sizeof(audio_stream_t));
memzero(&output_stream, sizeof(audio_stream_t));
return driver_register(&s3c2410iis_driver); //注册
}
-->
static struct device_driver s3c2410iis_driver = {
.name = "s3c2410-iis",
.bus = &platform_bus_type, //platform_bus_type类型
.probe = s3c2410iis_probe,
.remove = s3c2410iis_remove,
};
2. s3c2410iis_probe
由于同名驱动和设备，调用
s3c2410iis_probe:
由于同名驱动和设备，调用
s3c2410iis_probe:
1 static int s3c2410iis_probe(struct device *dev)
2 {
3 struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
4 struct resource *res;
5 unsigned long flags; 8 res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
10 iis_base = (void *)S3C24XX_VA_IIS ;
12 iis_clock = clk_get(dev, "iis");
14 clk_enable(iis_clock);
16 local_irq_save(flags);
17 /* 配置GPIO */
18 /* GPB 4: L3CLOCK, OUTPUT */
19 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB4, S3C2410_GPB4_OUTP);
20 s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPB4,1);
21 /* GPB 3: L3DATA, OUTPUT */
22 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB3,S3C2410_GPB3_OUTP);
23 /* GPB 2: L3MODE, OUTPUT */
24 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB2,S3C2410_GPB2_OUTP);
25 s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPB2,1);
26 /* GPE 3: I2SSDI */
27 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE3,S3C2410_GPE3_I2SSDI);
28 s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE3,0);
29 /* GPE 0: I2SLRCK */
30 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE0,S3C2410_GPE0_I2SLRCK);
31 s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE0,0);
32 /* GPE 1: I2SSCLK */
33 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE1,S3C2410_GPE1_I2SSCLK);
34 s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE1,0);
35 /* GPE 2: CDCLK */
36 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE2,S3C2410_GPE2_CDCLK);
37 s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE2,0);
38 /* GPE 4: I2SSDO */
39 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE4,S3C2410_GPE4_I2SSDO);
40 s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE4,0);
41
42 local_irq_restore(flags);
43
44 init_s3c2410_iis_bus();///* 设置S3C2440的IIS控制器 */
45
46 init_uda1341();// /* 使用L3接口初始化uda1341芯片 */
47
/* 设置两个DMA通道:一个用于播放,另一个用于录音 */
48 output_stream.dma_ch = DMACH_I2S_OUT;
49 if (audio_init_dma(&output_stream, "UDA1341 out")) {
50 audio_clear_dma(&output_stream,&s3c2410iis_dma_out);
52 }
54 input_stream.dma_ch = DMACH_I2S_IN;
55 if (audio_init_dma(&input_stream, "UDA1341 in")) {
56 audio_clear_dma(&input_stream,&s3c2410iis_dma_in);
57 }
59 audio_dev_dsp = register_sound_dsp(&smdk2410_audio_fops, -1); //
-->sound_insert_unit(&chains[3], fops, dev, 3, 131,
"dsp", S_IWUSR | S_IRUSR, NULL);
60 audio_dev_mixer = register_sound_mixer(&smdk2410_mixer_fops, -1); //
-->sound_insert_unit(&chains[0], fops, dev, 0, 128,
"mixer", S_IRUSR | S_IWUSR, NULL);
61 ......
}
其中， /dev/dsp
设备节点，实现音频的输入输出
IIS
接口（由
chains[3]
数组获得）
/dev/mixer
设备节点，实现音量调节、高音等控制（由
chains[0]
数组获得）
audio_dev_dsp = register_sound_dsp(&smdk2410_audio_fops, -1);
audio_dev_mixer = register_sound_mixer(&smdk2410_mixer_fops, -1);注册了这两个设备节点和file_operation供上层驱动函数调用；
/dev/mixer
设备节点，实现音量调节、高音等控制（由
chains[0]
数组获得）
audio_dev_dsp = register_sound_dsp(&smdk2410_audio_fops, -1);
audio_dev_mixer = register_sound_mixer(&smdk2410_mixer_fops, -1);注册了这两个设备节点和file_operation供上层驱动函数调用；
static struct sound_unit *chains[SOUND_STEP];/* * Allocations * 0 *16 Mixers * 1 *8 Sequencers * 2 *16 Midi * 3 *16 DSP * 4 *16 SunDSP * 5 *16 DSP16 * 6 -- sndstat (obsolete) * 7 *16 unused * 8 -- alternate sequencer (see above) * 9 *16 raw synthesizer access * 10 *16 unused * 11 *16 unused * 12 *16 unused * 13 *16 unused * 14 *16 unused * 15 *16 unused */ |
接下来，看一次操作函数，源码程序：linux-2.6.22.6\sound\Sound_core.c，（也可从该源码看起，再看sound\soc\s3c24xx\s3c2410-uda1341.c程序），仅有一个open往后程序可得其他的操作函数：
static const struct file_operations soundcore_fops=
{
/* We must have an owner or the module locking fails */
.owner = THIS_MODULE,
.open = soundcore_open,
};
1 int soundcore_open(struct inode *inode, struct file *file)
2 {
3 int chain;
4 int unit = iminor(inode);
5 struct sound_unit *s;
6 const struct file_operations *new_fops = NULL;
7
8 chain=unit&0x0F;
9 if(chain==4 || chain==5) /* dsp/audio/dsp16 */
10 {
11 unit&=0xF0;
12 unit|=3;
13 chain=3;
14 }
15
16 spin_lock(&sound_loader_lock);
17 s = __look_for_unit(chain, unit);
18 if (s)
19 new_fops = fops_get(s->unit_fops);
20 if (!new_fops) {
21 spin_unlock(&sound_loader_lock);
22 request_module("sound-slot-%i", unit>>4);
23 request_module("sound-service-%i-%i", unit>>4, chain);
24 spin_lock(&sound_loader_lock);
25 s = __look_for_unit(chain, unit);
26 if (s)
27 new_fops = fops_get(s->unit_fops);
28 }
29 if (new_fops) {
30 int err = 0;
31 const struct file_operations *old_fops = file->f_op;
32 file->f_op = new_fops;
33 spin_unlock(&sound_loader_lock);
34 if(file->f_op->open)
35 err = file->f_op->open(inode,file);
36 if (err) {
37 fops_put(file->f_op);
38 file->f_op = fops_get(old_fops);
39 }
40 fops_put(old_fops);
41 return err;
42 }
43 spin_unlock(&sound_loader_lock);
44 return -ENODEV;
45 }
函数框架：app: open () // 假设主设备号为14
soundcore_open函数
--> 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);
从源码框架可以看出： 次设备号找到声卡驱动，由chains[chain]数组里找到sound_unit结构体，其中，一个sound_unit对应一个声卡驱动，从而获取该声卡驱动的file_operations，替换声卡的file->f_op，同理，录音和播放的read和write函数也是这种原理。
录音: app: read file->f_op->read
播放: app: write file->f_op->write
具体分析参考博客：https://www.cnblogs.com/lifexy/p/7867782.html
2.2 驱动移植
uda1341声卡和WM8976声卡音频都是I2S接口,只有控制接口不同。通过s3c2410-uda1341.c驱动程序进行移植。接下来主要对控制接口进行配置、操作。
WM8976的3线接口的时序图为：
SOIN：16bit数据 7位寄存器地址+9位寄存器数据。需要写以下函数：
static void wm8976_write_reg(unsigned char reg, unsigned int data)
static void init_wm8976(void)
1）初始化函数之前，需要根据时序图写操作寄存器函数
1 static void wm8976_write_reg(unsigned char reg, unsigned int data)
2 {
3 int i;
4 unsigned long flags;
5 unsigned short val = (reg << 9) | (data & 0x1ff);//16bit, 寄存器地址7位，数据9位
6
7 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,1);//CSB
8 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,1);//SDIN
9 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);//SCLK
10
11 local_irq_save(flags);
12
13 for (i = 0; i < 16; i++){ //先传高位
14 if (val & (1<<15)) //1
15 {
16 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,0);//时钟低电平
17 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,1);//数据线输出1
18 udelay(1);
19 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);//时钟高电平
20 }
21 else //0
22 {
23 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,0);
24 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,0);
25 udelay(1);
26 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);
27 }
28
29 val = val << 1;
30 }
31
32 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,0);//传输完成后让CSB信号产生低脉冲，写入WM8976
33 udelay(1);
34 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,1);//恢复高电平
35 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,1);
36 s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,1);
37
38 local_irq_restore(flags); //结束开中断
39 }
2）根据wm8976G芯片数据手册（page 87），写初始化函数，初始化寄存器（使能输出声道1,2,混响器等）
芯片手册：
初始化函数：
1 static void init_wm8976(void)
2 {
3 uda1341_volume = 57;
4 uda1341_boost = 0;
5
6 /* software reset */
7 wm8976_write_reg(0, 0);
8
9 /* 地址3 bit[6-5]: OUT2的左/右声道打开
10 * 地址2 bit[3-2]: 左/右通道输出混音打开
11 * 地址1 bit[1-0]: 左/右DAC打开
12 */
13 wm8976_write_reg(0x3, 0x6f);
14
15 wm8976_write_reg(0x1, 0x1f);//biasen,BUFIOEN.VMIDSEL=11b
16 wm8976_write_reg(0x2, 0x185);//ROUT1EN LOUT1EN, inpu PGA enable ,ADC enable
17
18 wm8976_write_reg(0x6, 0x0);//SYSCLK=MCLK
19 wm8976_write_reg(0x4, 0x10);//16bit
20 wm8976_write_reg(0x2B,0x10);//BTL OUTPUT
21 wm8976_write_reg(0x9, 0x50);//Jack detect enable
22 wm8976_write_reg(0xD, 0x21);//Jack detect
23 wm8976_write_reg(0x7, 0x01);//Jack detect
24 }
3）由于wm8976的控制接口和时序图与uda1341不一样,所以需要根据芯片手册修改mixer的file_operations->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 case SOUND_MIXER_INFO:
9 {
10 mixer_info info;
11 strncpy(info.id, "UDA1341", sizeof(info.id));
12 strncpy(info.name,"Philips UDA1341", sizeof(info.name));
13 info.modify_counter = audio_mix_modcnt;
14 return copy_to_user((void *)arg, &info, sizeof(info));
15 }
16
17 case SOUND_OLD_MIXER_INFO:
18 {
19 _old_mixer_info info;
20 strncpy(info.id, "UDA1341", sizeof(info.id));
21 strncpy(info.name,"Philips UDA1341", sizeof(info.name));
22 return copy_to_user((void *)arg, &info, sizeof(info));
23 }
24
25 case SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS:
26 return put_user(0, (long *) arg);
27
28 case SOUND_MIXER_READ_CAPS:
29 val = SOUND_CAP_EXCL_INPUT;
30 return put_user(val, (long *) arg);
31
32 case SOUND_MIXER_WRITE_VOLUME:
33 ret = get_user(val, (long *) arg);
34 if (ret)
35 return ret;
36
37 /* ioctl: val越大表示音量越大, 0-最小, 100-最大
38 * UDA1341: 寄存器的值越小音量越大
39 * WM8976: 52,53号寄存器bit[5:0]表示音量, 值越大音量越大, 0-63
40 */
41
42 uda1341_volume = (((val & 0xff) + 1) * 63) / 100;
43 wm8976_write_reg(52, (1<<8)|uda1341_volume);
44 wm8976_write_reg(53, (1<<8)|uda1341_volume);
45 //uda1341_l3_address(UDA1341_REG_DATA0);
46 //uda1341_l3_data(uda1341_volume);
47 break;
48
49 case SOUND_MIXER_READ_VOLUME:
50 val = (uda1341_volume * 100) / 63;
51 return put_user(val, (long *) arg);
52
53 case SOUND_MIXER_READ_IGAIN:
54 val = ((31- mixer_igain) * 100) / 31;
55 return put_user(val, (int *) arg);
56
57 case SOUND_MIXER_WRITE_IGAIN:
58 ret = get_user(val, (int *) arg);
59 if (ret)
60 return ret;
61 mixer_igain = 31 - (val * 31 / 100);
62 /* use mixer gain channel 1*/
63 //uda1341_l3_address(UDA1341_REG_DATA0);
64 //uda1341_l3_data(EXTADDR(EXT0));
65 //uda1341_l3_data(EXTDATA(EXT0_CH1_GAIN(mixer_igain)));
66 break;
67
68 default:
69 DPRINTK("mixer ioctl %u unknown\n", cmd);
70 return -ENOSYS;
71 }
72
73 audio_mix_modcnt++;
74 return 0;
75 }
2.3 配置和编译内核
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 // 兼容OSS
-> System on Chip audio support
<*> I2S of the Samsung S3C24XX chips
2) 将修改好的s3c-wm8976.c放入linux-2.6.22.6/sound/soc/s3c24xx目录下;
3) 修改目录linux-2.6.22.6/sound/soc/s3c24xx下的makefile:
obj-y += s3c2410-uda1341.o
改为:
obj-y += s3c-wm8976.o
4) make uImage生成内核镜像文件,在上面目录下会生成对应的s3c-wm8976.o文件；
烧写uImage到开发板，启动可看到/dev/dsp /dev/mixer两个设备节点。
3. WM9876应用测试
3.1 简单测试
1）将.wav音频文件拷贝到开发板：
# tftp -g -r Windows.wav 10.70.12.166 （注意修改网口的IP地址）
2）播放音频:
# cat Windows.wav > /dev/dsp
录音:
# cat /dev/dsp > sound.bin 对着麦克风说话，存到sound.bin文件中
按下 ctrl+c退出
# cat sound.bin > /dev/dsp 读取sound.bin文件
3.2 安装madplay测试
Madplay是一个根据MAD算法写的MP3播放器，而MP3属于高压缩比（11:1）的文件，所以需要madplay解码后才能给我们声卡播放，使用之前，需要先来移植madplay。
步骤如下：
1）首先下载并解压3个文件
- libid3tag-0.15.1b.tar.gz mp3的解码库
- libmad-0.15.1b.tar.gz madplay的文件库
- madplay-0.15.2b.tar.gz madplay播放器的源码
分别解压：
# tar xzf libid3tag-0.15.1b.tar.gz
# tar xzf libmad-0.15.1b.tar.gz
# tar xzf madplay-0.15.2b.tar.gz
2）创建安装目录：# mkdir tmp
编译安装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
编译安装 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
编译安装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
//CFLAGS：指定头文件，LDFLASG：指定库文件
3）把/tmp/bin目录下的所有文件，复制开发板的bin目录下：
# cp bin/* /work/nfs_root/
4）把/ tmp/lib目录下的带so文件，复制到开发板最小根文件nfs的lib目录下
# cd app/tmp/lib
# cp *so* /work/nfs_root/lib -d //带链接复制
5）将mp3音频文件拷贝至开发板，并使用madplay播放mp3音频
# madplay --tty-control 1.mp3 //播放1.mp3
6）使用madplay控制播放mp3
# madplay --tty-control 1.mp3 //用按键控制声音
# madplay 1.mp3 2.mp3 3.mp3 //循环播放3首歌
控制按键--可以使用热键来控制，常用的有以下几种：
· f 上一首
· b 下一首
· i 获取播放时间和播放歌曲名
· p 播放暂停
· s 停止
· + 音量加
· - 音量减
4. 问题总结
· 注意：安装2个库和madplay可能会遇到错误：
· 1. https://blog.csdn.net/xiaodingqq/article/details/82153464
· 2. arm-linux-gcc和linux内核源码版本问题，以及U-boot版本；
浙公网安备 33010602011771号