十七、S3C2440 音频解码芯片WM8976声卡驱动移植、madplay测试

学习目标：1. WM9876接口和工作原理；2. WM9876驱动移植；3. WM9876应用测试；4. 问题总结

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。

-----------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。

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：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:

  static int s3c2410iis_probe(struct device *dev)
  {
      struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
      struct resource *res;
      unsigned long flags;      res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, );
     iis_base = (void *)S3C24XX_VA_IIS ;
     iis_clock = clk_get(dev, "iis");

     clk_enable(iis_clock);
     local_irq_save(flags);
     /* 配置GPIO */
     /* GPB 4: L3CLOCK, OUTPUT */
     s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB4, S3C2410_GPB4_OUTP);
     s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPB4,);
     /* 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,);
     /* GPE 3: I2SSDI */
     s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE3,S3C2410_GPE3_I2SSDI);
     s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE3,);
     /* GPE 0: I2SLRCK */
     s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE0,S3C2410_GPE0_I2SLRCK);
     s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE0,);
     /* GPE 1: I2SSCLK */
     s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE1,S3C2410_GPE1_I2SSCLK);
     s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE1,);
     /* GPE 2: CDCLK */
     s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE2,S3C2410_GPE2_CDCLK);
     s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE2,);
     /* GPE 4: I2SSDO */
     s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPE4,S3C2410_GPE4_I2SSDO);
     s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPE4,);

     local_irq_restore(flags);
 　　
     init_s3c2410_iis_bus();///* 设置S3C2440的IIS控制器 */

     init_uda1341();// /* 使用L3接口初始化uda1341芯片 */

　　　　/* 设置两个DMA通道:一个用于播放,另一个用于录音 */
     output_stream.dma_ch = DMACH_I2S_OUT;
     if (audio_init_dma(&output_stream, "UDA1341 out")) {
         audio_clear_dma(&output_stream,&s3c2410iis_dma_out);
     }
     input_stream.dma_ch = DMACH_I2S_IN;
     if (audio_init_dma(&input_stream, "UDA1341 in")) {
         audio_clear_dma(&input_stream,&s3c2410iis_dma_in);
     }
     audio_dev_dsp = register_sound_dsp(&smdk2410_audio_fops, -); //
　　　　　　　　-->sound_insert_unit(&chains[], fops, dev, , ,
     "dsp", S_IWUSR | S_IRUSR, NULL);

     audio_dev_mixer = register_sound_mixer(&smdk2410_mixer_fops, -); //
　　　　　　　-->sound_insert_unit(&chains[], fops, dev, , ,
     "mixer", S_IRUSR | S_IWUSR, NULL);
         ......
 }

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；

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,
};

 int soundcore_open(struct inode *inode, struct file *file)
 {
     int chain;
     int unit = iminor(inode);
     struct sound_unit *s;
     const struct file_operations *new_fops = NULL;

     chain=unit&0x0F;
     if(chain== || chain==)    /* dsp/audio/dsp16 */
     {
         unit&=0xF0;
         unit|=;
         chain=;
     }

     spin_lock(&sound_loader_lock);
     s = __look_for_unit(chain, unit);
     if (s)
         new_fops = fops_get(s->unit_fops);
     if (!new_fops) {
         spin_unlock(&sound_loader_lock);
         request_module("sound-slot-%i", unit>>);
         request_module("sound-service-%i-%i", unit>>, chain);
         spin_lock(&sound_loader_lock);
         s = __look_for_unit(chain, unit);
         if (s)
             new_fops = fops_get(s->unit_fops);
     }
     if (new_fops) {
         int err = ;
         const struct file_operations *old_fops = file->f_op;
         file->f_op = new_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;
 }

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

 static void wm8976_write_reg(unsigned char reg, unsigned int data)
 {
     int i;
     unsigned long flags;
     unsigned short val = (reg << ) | (data & 0x1ff);//16bit, 寄存器地址7位，数据9位

     s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,);//CSB
     s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,);//SDIN
     s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,);//SCLK

     local_irq_save(flags);

     for (i = ; i < ; i++){   //先传高位
         if (val & (<<))   //
         {
             s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,);//时钟低电平
             s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,);//数据线输出1
             udelay();
             s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,);//时钟高电平
         }
         else                //
         {
             s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,);
             s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,);
             udelay();
             s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,);
         }

         val = val << ;
     }

     s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,);//传输完成后让CSB信号产生低脉冲，写入WM8976
     udelay();
     s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB2,);//恢复高电平
     s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB3,);
     s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB4,);

     local_irq_restore(flags);    //结束开中断
 }

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：

 static void init_wm8976(void)
 {
     uda1341_volume = ;
     uda1341_boost = ;

     /* software reset */
     wm8976_write_reg(, );

     /* 地址3 bit[6-5]: OUT2的左/右声道打开
      * 地址2 bit[3-2]: 左/右通道输出混音打开
      * 地址1 bit[1-0]: 左/右DAC打开
      */
     wm8976_write_reg(0x3, 0x6f);

     wm8976_write_reg(0x1, 0x1f);//biasen,BUFIOEN.VMIDSEL=11b
     wm8976_write_reg(0x2, 0x185);//ROUT1EN LOUT1EN, inpu PGA enable ,ADC enable

     wm8976_write_reg(0x6, 0x0);//SYSCLK=MCLK
     wm8976_write_reg(0x4, 0x10);//16bit
     wm8976_write_reg(0x2B,0x10);//BTL OUTPUT
     wm8976_write_reg(0x9, 0x50);//Jack detect enable
     wm8976_write_reg(0xD, 0x21);//Jack detect
     wm8976_write_reg(0x7, 0x01);//Jack detect
 }

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

 static int smdk2410_mixer_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,
                 unsigned int cmd, unsigned long arg)
 {
     int ret;
     long val = ;

     switch (cmd) {
         case SOUND_MIXER_INFO:
         {
             mixer_info info;
             strncpy(info.id, "UDA1341", sizeof(info.id));
             strncpy(info.name,"Philips UDA1341", sizeof(info.name));
             info.modify_counter = audio_mix_modcnt;
             return copy_to_user((void *)arg, &info, sizeof(info));
         }

         case SOUND_OLD_MIXER_INFO:
         {
             _old_mixer_info info;
             strncpy(info.id, "UDA1341", sizeof(info.id));
             strncpy(info.name,"Philips UDA1341", sizeof(info.name));
             return copy_to_user((void *)arg, &info, sizeof(info));
         }

         case SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS:
             return put_user(, (long *) arg);

         case SOUND_MIXER_READ_CAPS:
             val = SOUND_CAP_EXCL_INPUT;
             return put_user(val, (long *) arg);

         case SOUND_MIXER_WRITE_VOLUME:
             ret = get_user(val, (long *) arg);
             if (ret)
                 return ret;

             /* ioctl: val越大表示音量越大, 0-最小, 100-最大
              * UDA1341: 寄存器的值越小音量越大
              * WM8976: 52,53号寄存器bit[5:0]表示音量, 值越大音量越大, 0-63
              */

             uda1341_volume = (((val & 0xff) + ) * ) / ;
             wm8976_write_reg(, (<<)|uda1341_volume);
             wm8976_write_reg(, (<<)|uda1341_volume);
             //uda1341_l3_address(UDA1341_REG_DATA0);
             //uda1341_l3_data(uda1341_volume);
             break;

         case SOUND_MIXER_READ_VOLUME:
             val = (uda1341_volume * ) / ;
             return put_user(val, (long *) arg);

         case SOUND_MIXER_READ_IGAIN:
             val = ((- mixer_igain) * ) / ;
             return put_user(val, (int *) arg);

         case SOUND_MIXER_WRITE_IGAIN:
             ret = get_user(val, (int *) arg);
             if (ret)
                 return ret;
             mixer_igain =  - (val *  / );
             /* use mixer gain channel 1*/
             //uda1341_l3_address(UDA1341_REG_DATA0);
             //uda1341_l3_data(EXTADDR(EXT0));
             //uda1341_l3_data(EXTDATA(EXT0_CH1_GAIN(mixer_igain)));
             break;

         default:
             DPRINTK("mixer ioctl %u unknown\n", cmd);
             return -ENOSYS;
     }

     audio_mix_modcnt++;
     return ;
 }

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；

参考：https://www.cnblogs.com/lifexy/p/7867782.html