Linux 内核学习笔记

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i.MX6ULL 声卡录音路径 ​

平台：100ask i.MX6ULL Pro（SAI2 + WM8960）作对照实例
内核：NXP BSP Linux 4.9.88；ALSA / ASoC 调用链与主流内核同构，换板时改的主要是 Machine / Codec / 模拟路由
关联：播放路径 · /dev/snd 设备节点 · PCM 状态机与 XRUN
本文：arecord 录音的分层路径、HiFi（pcmC0D0c）内核调用栈，以及与播放的对称差异

目录 ​

1. 本文要回答什么 ​

一次 arecord -D hw:0,0，PCM 如何从 codec ADC 进到用户态？和播放比，内核里哪些地方对称、哪些方向相反？

设备节点见 /dev/snd 设备节点；播放热路径见 声卡播放路径。本文以 HiFi / pcmC0D0c 为准。

录音可以看成：硬件按采样率把 ADC 采样搬进内核环形缓冲，应用用 read() 取走。ALSA PCM / ASoC / dmaengine 框架与播放共用，差异主要在数据方向与 RX 侧使能。

模拟输入选哪路麦、左右声道是否都有信号，取决于 Codec DAPM / audio-routing 与板级接线，属于板级配置，本文不展开；框架路径换板仍可对照。

2. 与播放的对称关系 ​

项目播放（pcmC0D0p）录音（pcmC0D0c）
字符设备 fopssnd_pcm_f_ops[0]snd_pcm_f_ops[1]
用户态 I/Owrite / copy_from_userread / copy_to_user
环形缓冲角色应用填、DMA 消费DMA 填、应用消费
首次 start写够 start_threshold读请求 ≥ start_threshold（常为 1，一读即 start）
DMA 方向DMA_MEM_TO_DEVDMA_DEV_TO_MEM
SAITX FIFO / 发送使能RX FIFO / 接收使能（xCSR 用 tx=false）
CodecDAC → 耳机/喇叭麦 → ADC → I2S

soc_pcm_trigger、snd_dmaengine_pcm_trigger、fsl_sai_trigger 同一套函数，靠 substream->stream 区分方向。

3. 七层概览 ​

  1. 应用层
    arecord 等通过 ALSA 库 read() / snd_pcm_readi() 取 PCM；采样率等仍走 ioctl。

  2. ALSA 设备接口
    /dev/snd/pcmC0D0c → snd_pcm_f_ops[1]：read → snd_pcm_read()，ioctl 仍负责 hw_params / prepare / start。

  3. ALSA PCM 核心
    snd_pcm_lib_read() → snd_pcm_lib_read1()：

    • 若状态为 PREPARED 且本次请求帧数 ≥ start_threshold，先 snd_pcm_start()
    • 无数据则 wait_for_avail 阻塞
    • 有数据则 copy_to_user 从 dma_area 拷出

  4. ASoC 汇总
    snd_pcm_start() → soc_pcm_trigger(START)：Codec → Platform(DMA) → CPU DAI(SAI)。有效的仍是 DMA 与 SAI RX。

  5. DMA 平台
    snd_dmaengine_pcm_trigger() 配 DEV_TO_MEM cyclic DMA：SAI RX FIFO → 内存。period 完成回调唤醒阻塞的 read。

  6. CPU DAI / Codec
    fsl_sai_trigger() 对 RX 置 FRDE / TERE 等；WM8960 ADC 经 I2S 送出数字音频（具体输入脚由 DAPM 决定）。

  7. 硬件数据通路

text
麦/线路 ──► WM8960 ADC ──I2S──► SAI2 RX FIFO ──SDMA──► 内存环形缓冲 ──read──► 应用

节奏仍由采样率 / I2S 时钟决定；缓冲空时阻塞 read 等待 DMA 填数。

4. 录音内核调用栈（HiFi / pcmC0D0c） ​

以 arecord -D hw:0,0 为例。open / hw_params 与播放同属配置期，仅 stream 为 capture。

4.1 open（打开设备） ​

text
sys_open("/dev/snd/pcmC0D0c")
  → snd_open → replace_fops → snd_pcm_f_ops[1]
  → snd_pcm_capture_open                          // sound/core/pcm_native.c
      → snd_pcm_open(..., CAPTURE)
          → substream->ops->open
              → soc_pcm_open
                  → fsl_sai_startup               // CPU DAI
                  → imx_pcm_open                  // Platform（RX / SDMA）
                  → imx_hifi_startup              // Machine

4.2 hw_params（ioctl，与播放共用 Machine） ​

text
sys_ioctl(SNDRV_PCM_IOCTL_HW_PARAMS)
  → snd_pcm_capture_ioctl → … → soc_pcm_hw_params
      → imx_hifi_hw_params / fsl_sai_hw_params / wm8960_hw_params

格式、采样率、主从时钟在此配置；本板仍是 codec 出 BCLK/FSYNC、SAI 从。播录共用一套 I2S 时钟时，Machine 里常有「另一方向已在用则跳过改时钟」的逻辑。

4.3 read + 首次 start（数据期主路径） ​

text
sys_read(pcmC0D0c, buf, len)
  → snd_pcm_f_ops[1].read = snd_pcm_read          // sound/core/pcm_native.c
      → snd_pcm_lib_read                          // sound/core/pcm_lib.c
          → snd_pcm_lib_read1
              → 若 PREPARED 且 size >= start_threshold:
                    snd_pcm_start
                      → snd_pcm_do_start
                          → ops->trigger(START)
                              → soc_pcm_trigger
                                  → platform: snd_dmaengine_pcm_trigger
                                      → prep_dma_cyclic + issue_pending
                                      → 方向: DMA_DEV_TO_MEM（SAI RX → 内存）
                                  → cpu_dai: fsl_sai_trigger
                                      → tx=false → 开 RX 侧 FRDE/TERE
              → 无 avail 则 wait_for_avail
              → snd_pcm_lib_read_transfer
                  → copy_to_user ← runtime->dma_area

与播放的关键差别：

  • 启动条件在 read 侧（snd_pcm_lib_read1），不是 write
  • 传输是 copy_to_user，不是 copy_from_user
  • DMA 是 设备到内存；SAI 使能的是 RX（FSL_SAI_xCSR(false, …)）

4.4 period 完成回调（异步，唤醒阻塞的 read） ​

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SDMA period 完成
  → imx_pcm_dma_complete
      → snd_pcm_period_elapsed
          → 更新硬件指针 / 唤醒 wait_for_avail 中的读端

与播放同一回调路径，只是唤醒的是 read 等待者。

4.5 对照简图 ​

text
read 热路径:
  snd_pcm_read
    → snd_pcm_lib_read1
        → [首次] snd_pcm_start
              → soc_pcm_trigger
                  → snd_dmaengine_pcm_trigger → SDMA (DEV_TO_MEM)
                  → fsl_sai_trigger           → SAI2 RX
        → copy_to_user(dma_area → 用户缓冲)

异步反馈:
  SDMA → imx_pcm_dma_complete → period_elapsed → 唤醒 read

5. 分层流程图 ​

与播放文同样分成两张：软件调用链、硬件数据通路。注意与播放相比，判断启动的位置在取数之前，数据方向也相反。

5.1 调用流程（软件，一次 read） ​

5.2 数据通路（硬件） ​

6. 简化分层与源文件 ​

text
应用层      arecord / read(PCM)
   ↓
ALSA fops   snd_pcm_read / ioctl
   ↓
PCM 核心    空则 wait；够阈值则 start；copy_to_user
   ↓
ASoC        soc_pcm_trigger
   ├─ Platform : SDMA DEV_TO_MEM
   └─ CPU DAI  : SAI2 打开接收
   ↓
硬件        麦 ──► ADC ──I2S──► SAI RX ──SDMA──► 内存 ──► 应用
层级文件
capture fops / startsound/core/pcm_native.c
read / 环形缓冲sound/core/pcm_lib.c
ASoC triggersound/soc/soc-pcm.c
DMA 方向sound/core/pcm_dmaengine.c（DMA_DEV_TO_MEM）
SAI RXsound/soc/fsl/fsl_sai.c — fsl_sai_trigger
Machine / Codecimx-wm8960.c、wm8960.c（与播放共用；输入路由另见 DAPM）

7. 小结 ​

  • 录音与播放共用 ASoC / dmaengine / SAI 驱动入口，差别在 fops 下标、读写方向、DMA 方向、SAI TX/RX。
  • 首次启动常发生在 read 且请求帧数 ≥ start_threshold，之后阻塞等待 DMA 填满可读区域。
  • 换板时优先复用本文调用链；麦通路、声道有无声属于 Codec 路由与硬件，宜单独对照 audio-routing / DAPM，不必和 PCM 热路径绑死。

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