Linux音频系统编程之芯片平台适配功放Codec Driver解读

1、概述

针对音箱日常工作项目开展的前期，需要快速的适配音频子模块，方便项目的声学评估和开展，期间遇到不少的问题，其中有一些细节往往会忽略掉，然而正好是问题的所在。在此背景下，遇到问题一步一步梳理，方便快速的定位出问题所在 。

适用范围 : 通用的Android / Linux 平台皆可适用

2、硬件相关准备

2.1 确保硬件通路正常

• 确保硬件板子相关连接都已经准备好，例如包括使用到的 I2C_SDA、I2C_SCK 以及
  I2S_MCLK、I2S_BCLK、I2S_LRCK、I2S_DIN、I2S_DOUT 等是否都已连接好，硬件上时
  钟及数据脚通路是否都以确定 OK；
• 主控端 I2S 模块及外挂模块供电正常

2.2 硬件原理图

• 通过项目相应原理图确认使用的哪组 I2S 及其相应的引脚、复用；
• 通过相应原理图确认为实现外挂 Codec 与主控间的通讯而使用的哪组 I2C；
  • 例如麦克风 PDM接口的接线图，一方面保证引脚配置，另一方避免引脚冲突

2.3 外挂 Codec 相关 datasheet

• 确认其使用的主/从模式？（master/slave？）
• 确认其正常工作的模块时钟频率？
• 确认其使用的数据传输模式及时钟信号翻转情况？（I2S/PCM？）
• 确认其使用的数据格式配置？（最大位宽？pcm_lrck_period 周期等？）
• 外挂 I2C 的 I2C 地址？
  • 例如TAS5805 Datasheet 中的从机地址 ，一定要根据项目实际的电路图中ADR引脚的上拉电阻决定的
    

3. 软件相关准备

3.1 I2S 驱动及外挂驱动

• 主控端 I2S 接口模块实现驱动确认支持；
• 外挂 Codec 实现驱动确认支持；

3.2 软件相关配置修改

• 主控端 I2S 模块 daudio 相关数据格式配置项参数确认及配置；
• 主控端 I2S 模块 snddaudio 节点用于与外挂 Codec 绑定用的节点配置确认（外挂 Codec 的 codec name 与 codec_dai name 可通过外挂 Codec 驱动源码等方式确认）；
• 外挂 Codec 的相关节点配置添加确认；

3.3 驱动模块使能

• 主控端 I2S 模块使能，包括 board.dts 配置文件模块使能及内核配置 menuconfig 模块使能；
• 外挂 Codec 驱动模块使能，包括 board.dts 配置文件模块使能及内核配置 menuconfig模块使能；

3.4 编译通过并打包

• 板型编译通过 make；
• 打包固件；

4. 实际验证

4.1 确认模块声卡注册并绑定成功；

• 通过指令：cat /proc/asound/cards 查看当前上机启动后是否有成功注册并绑定生成相应的外挂 Codec 名称的声卡； 针对Linux 平台也可以通过 arecord / aplay -l 查看声卡列表

root@:/# cat /proc/asound/cards 
 0 [snddmic        ]: snddmic - snddmic
                      snddmic
 1 [audiocodecex   ]: audiocodec-ex - audiocodec-ex
                      audiocodec-ex
 2 [sndacm8625     ]: sndtas5805 - sndtas5805
                      sndtas5805
1
2
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5
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7

• 通过 tinymix / amixer 查看当前注册声卡的音频控件列表是否正常；
  • tinymix 适用于 Android 平台
  • amixer 适用于 Linux 平台

root@:/# amixer  
Simple mixer control 'Master',0
  Capabilities: pvolume pvolume-joined
  Playback channels: Mono
  Limits: Playback 0 - 578
  Mono: Playback 0 [0%]
1
2
3
4
5
6

4.2 确认 I2C 通讯正常；

• 可通过指令：dmesg | grep I2C 来查看当前是否有 I2C 相关的错误打印，如timeout / error 等；
  • 一般I2C timeout 的原因主要有 : device端本身就没有回ACK，表现为I2C_ACKERR，大多是slave（从设备）问题，从设备上电是否符合SPEC等; 另外一种就是问题出在在master端（我们的CPU），表现为I2C_TIMEOUT。 在I2C bus没有上电的情况下去操作I2C
• 可通过外挂 Codec 提供的模块寄存器调试节点，实时操作节点来读写外挂 Codec 寄存器来确认 I2C 通讯是否正常；
• 如果I2C 不通，可通过i2c-tool 工具扫描发现的设备，单独操作设备，通过逻辑分析仪KingstVIS抓波形进行分析

4.3 外挂 Codec 模块音频通路配置

• 若有需要，通过 tinymix / amixer 指令工具配置相应外挂 Codec 的播放输出通路；
• 若有需要，通过 tinymix / amixer 指令工具配置相应外挂 Codec 的播放输出通路；

4.4 功放参数与硬件接法一致

硬件电路中功放接法是BTL模式，功放软件参数必须配置的也是BTL模式，否则会出现无声音的问题。
比如在某项目中，硬件电路接法是PBTL模式，但是功放参数中是BTL模式，所以排查一波之后才确定问题

• I2C读写正常
• 通过逻辑分析仪查看 I2S波形正常
• 然后最后才分析到模式这个疑问点

4.5 播放/录音功能验证

• 通过 tinyplay / aplay 指令工具播放指定 WAV 音频文件进行播放验证；
  • Linux 平台上也可以通过 speaker-test 进行立体声测试
• 通过 tinycap / arecord 指令工具进行录制指定路径及名称的 WAV 音频文件，并在录音结束后通过
  adb 工具（adb pull）将录音文件拉出并通过音频解析软件进行播放、查看确认等；

5. FAQ

• 按要求进行 menuconfig 配置，并且在 board.dts 将 I2S 打开，但无声卡生成。

  • 查看 I2S 所使用的引脚是否被其它模块占用。

• 按照Codec Datasheet 配置 I2C 从机地址，但I2C 一直Timeout

  • 查看硬件电路 I2C SCK / SDA 是否接反以及从机设备供电是否正常

• 按照Codec Datasheet 配置 I2C 从机地址，当频繁的操作I2C 的时候，出现少部分写入Timeout

  • 查看从机设备的上拉电阻是否按照Datasheet 标准来的

• 按照流程配置好Codec的音频通路以及I2C Addr，并可以发现音频节点，但是播放没声音

  • 通过逻辑分析仪查看I2S / TDM / PCM 的波形的BCLK设置是否正常
    • 芯片平台 通过dts 中的pcm_lrck_period 字段调整 可配置 16/32/64/128/256 个 bclk

• I2C 通讯失败 i2c_drv_core_process()972 - [i2c2] Timeout when sending 9th SCL clk

• 主要原因在于芯片供电电压异常，导致芯片没处于正常的工作状态，从而操作I2C 会Timeout , 波形上显示 SCL 一直是拉低状态。正常状态应该是高电平