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 内核：NXP BSP Linux 4.9.88本文：arecord 录音的分层路径、HiFi（pcmC0D0c）内核调用栈，以及 prepare 上电、close 断电

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1. 本文要回答什么 ​

arecord -D hw:0,0 录音时，PCM 如何从 codec ADC 进到用户态？

本文以 HiFi / pcmC0D0c 为例。

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，取决于板级接线与 Codec DAPM。本板：耳机麦进 LINPUT1，板载麦克风进 RINPUT1 / RINPUT2（见 DAPM 路由 §5.3）。

2. 七层概览 ​

  1. 应用层
    arecord 等录音程序打开声卡，设好采样率 / 通道 / 格式，再不断从设备读出 PCM 样本。

  2. ALSA 设备接口
    用户态打开的是 /dev/snd/pcmC0D0c。内核在这里接收「设参数、准备、开始」等控制，以及后续的读数据；prepare 完成后模拟通路已上电，PCM 进入可录状态。

  3. ALSA PCM 核心
    管理内存环形缓冲区：DMA 往里填数，应用往外取；缓冲空了就让读阻塞等待；读请求达到启动阈值后，正式开始录音（常为一读即启动）。

  4. ASoC 汇总
    收到「开始」后，按 Codec → Platform → CPU DAI → Machine 的顺序通知各层。

  5. DMA
    配置并启动 SDMA：按 period 把 SAI2 RX FIFO 里的 PCM 搬进环形缓冲。搬完一段就回调，唤醒还在等数据的读操作。

  6. CPU DAI / Codec
    SAI 打开接收，经 I2S 收下 WM8960 ADC 送来的数字音频；麦侧模拟经 ADC 变成数字。ADC、输入 PGA 等在 prepare 时已上电，这里主要是打开 SAI 接收。

  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 填数据。

3. 录音内核调用栈 ​

以 arecord -D hw:0,0 为例。先 open、设参数、prepare，再进入 read 取数；和播放同属配置期，只是方向为 capture。

3.1 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

3.2 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 输出 BCLK/FSYNC、SAI 作为从设备。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。参数设完，PCM 进入 SETUP。接下来 arecord 会做 prepare。

3.3 prepare（模拟通路上电） ​

text
sys_ioctl(SNDRV_PCM_IOCTL_PREPARE)
  → snd_pcm_capture_ioctl
      → snd_pcm_prepare                            // sound/core/pcm_native.c
          → snd_pcm_do_prepare
              → substream->ops->prepare
                  → soc_pcm_prepare                // sound/soc/soc-pcm.c
                      → machine / platform / codec / cpu 的 .prepare
                      → snd_soc_dapm_stream_event(..., STREAM_START)
                      → snd_soc_dai_digital_mute(..., 0)   // 解除数字静音
          → snd_pcm_post_prepare                   // 状态 → PREPARED

arecord 设完采样率之后同样会再做一次 prepare，PCM 从 SETUP 进入 PREPARED。

和播放走同一个 soc_pcm_prepare，本板同样没有各层自己的 prepare 函数。录音时这条 DAI 在图上是音频入口。麦到 ADC 的开关已经打开的话，ADC、输入 PGA 在这一步上电。

3.4 read + 首次 start（数据期主路径） ​

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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, …)）

3.5 period 完成回调（异步，唤醒阻塞的 read） ​

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SDMA period 完成
  → dmaengine_pcm_dma_complete    // sound/core/pcm_dmaengine.c（本板 imx-pcm-dma-v2）
      → 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。

3.6 对照简图 ​

text
配置期:
  open → hw_params → prepare
    prepare: soc_pcm_prepare → STREAM_START（模拟上电）→ PREPARED

read:
  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 → dmaengine_pcm_dma_complete → period_elapsed → 唤醒 read

退出:
  drop → trigger(STOP) 停 DMA/SAI RX
  close → soc_pcm_close → STREAM_STOP（马上断电）

3.7 close（停 DMA 与模拟断电） ​

arecord 结束时，内核同样先停 DMA/SAI，再进 soc_pcm_close。

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soc_pcm_close
  → fsl_sai_shutdown / imx_hifi_shutdown
  → platform close（释放 SDMA 通道）
  → snd_soc_dapm_stream_event(..., STREAM_STOP)   // 马上断电

录音在 soc_pcm_close 里马上发出 STREAM_STOP，ADC 和麦偏置立刻断电。播放默认再等 5 秒。

4. 分层流程图 ​

4.1 调用流程（软件，一次 read） ​

4.2 数据通路（硬件） ​

5. 简化分层与源文件 ​

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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        prepare：STREAM_START（模拟上电）
            trigger：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 prepare / trigger / closesound/soc/soc-pcm.c
DMA 方向sound/core/pcm_dmaengine.c（DMA_DEV_TO_MEM；Platform 为 imx-pcm-dma-v2）
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）

6. 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。
  • prepare 时调用 STREAM_START，给 ADC 一侧上电；第一次 read 里的 trigger(START) 打开 DMA 和 SAI 接收。关掉录音后马上断电。

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