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嵌入式驱动开发详解16（音频驱动开发）

news 来源：原创 2025/6/24 11:45:05

文章目录

  • 前言
  • WM8960简介
  • I2S协议
    • 接口说明
  • SAI音频接口简介
  • 驱动框架简介
    • 设备树配置
    • 内核使能
    • 声卡设置与测试
  • 后续
  • 参考文献

前言

该专栏主要是讲解嵌入式相关的驱动开发，但是由于ALSA驱动框架过于复杂，实现音频编解码芯片的驱动不是一个人能完成的，所以没有对应具体的驱动代码相关内容，包括后面的CAN，USB，WIFI，4G模块这些都是比较复杂的，都只会讲解相关的协议等基础知识

音频是我们最常用到的功能，音频也是 linux 和安卓的重点应用场合。由于音频驱动开发任务量巨大，不是一个人能全流程实现的，因此只是通过修改设备树和已写好的驱动进行修改开发，该专栏后面的USB驱动、网络驱动等都是如此，对基础感兴趣的可以参考专栏的前部分文章。处理器如果既想“听到”外界的声音，又想向外界传达自己的“心声”， 那么就需要同时用到 DAC 和 ADC 这两款芯片。为了满足声音能够进行一些处理(需要 DSP 单元)、拥有统一的标准接口，方便开发等功能，因此音频编解码芯片出现了，英文名字就是 Audio CODEC，在手机或者电脑的介绍中看到“CODEC”这个词语，一般说的都是音频编解码，后面我们将会以WM8960进行分析。

WM8960简介

WM8960 是一颗由 wolfson(欧胜)公司出品的音频编解码芯片，是一颗低功耗、高质量的立 体声音频 CODEC。集成 D 类喇叭功放，每个通道可以驱动一个 1W 喇叭(8Ω)。内部集成 3 个 立体声输入源，可以灵活配置，拥有一路完整的麦克风接口。WM8960 内部 ADC 和 DAC 都为 24 位，WM8960 主要特性如下所示：
①、DAC 的 SNR(信噪比)为 98dB，3.3V、48KHz 下 THD(谐波失真)为-84dB。
②、ADC 的 SNR(信噪比)为 94dB，3.3V、48KHz 下 THD(谐波失真)为-82dB。
③、3D 增强。
④、立体声 D 类功放，可以直接外接喇叭，8Ω负载下每通道 1W。
⑤、集成耳机接口。
⑥、集成麦克风接口。
⑦、采样率支持 8K、11.025K、12K、16K、22.05K、24K、32K、44.1K 和 48K。

在这里插入图片描述
①、此部分是 WM8960 提供的输入接口，作为立体声音频输入源，一共提供了三路，分别 为 LINPUT1/RINPUT1、LINPUT2/RINPUT2、LINPUT3/RINPUT3。
②、此部分是 WM8960 的输出接口，比如输出给耳机或喇叭，SPK_LP/SPK_LN 用于连接 左声道的喇叭，支持 1W 的 8Ω喇叭。SPK_RP/SPK_RN 用于连接右声道的喇叭，同样支持 1W 的 8Ω喇叭，最后就是 HP_L/HP_R，用于连接耳机。
③、此部分是数字音频接口，用于和主控制器连接，有 5 根线，用于主控制器和 WM8960 之间进行数据“沟通”。此接口支持 I2S 格式。
④、此部分为控制接口，是一个标准的 I2C 接口，WM8960 要想工作必须对其进行配置， 这个 I2C 接口就是用于配置 WM8960 的。

I2S协议

接口说明

I2S(Inter-IC Sound)总线有时候也写作 IIS，I2S 是飞利浦公司提出的一种用于数字音频设备 之间进行音频数据传输的总线。和 I2C、SPI 这些常见的通信协议一样，I2S 总线用于主控制器 和音频 CODEC 芯片之间传输音频数据。要想使用 I2S 协议，主控制器和音频 CODEC 都 得支持 I2S 协议，I.MX6ULL 的 SAI 外设就支持 I2S 协议。
I2S 接口需要 5 根信号线，如下：
WS：字段(声道)选择信号，也叫做 LRCK，也叫做帧时钟，用于切换左右声道数据，WS 为 “1”表示正在传输左声道的数据，WS 为“0”表示正在传输右声道的数据。WS 的频率等于采 样率。
SCK：串行时钟信号，也叫做位时钟(BCLK)，音频数据的每一位数据都对应一个 SCK，立 体声都是双声道的，因此 SCK=2×采样率×采样位数。
SD：串行数据信号，也就是我们实际的音频数据，如果要同时实现放音和录音，那么就需 要 2 根数据线，比如 WM8960 的ADCDAT 和 DACDAT，就是分别用于录音和放音。数据最高位优先传输，数据的最高位总是出现在一帧开始后(LRCK 变化)的第2个SCK脉冲处。
MCLK：为了使音频 CODEC 芯片与主控制器之间能够更好的同步，会引入另外一个 叫做 MCLK 的信号，也叫做主时钟或系统时钟，一般是采样率的 256 倍或 384 倍。

对应的时序图如下图所示，其中SD数据相对于LRCK和SCLK位置的不同存在Left Justified(左对齐)和 Right Justified(右对齐)两种格式：
在这里插入图片描述

SAI音频接口简介

在 STM32 中就是通过 SAI 接口来连接音频 CODEC，I.MX6ULL 也提供了一个叫做 SAI 的外设，全称为 Synchronous Audio Interface，翻译 过来就是同步音频接口。
SAI 是一个全双工、支持帧同步的串行接口，支持 I2S、AC97、TDM 和音频 DSP，SAI 主要特性如下：
①、帧最大为 32 个字。
②、字大小可选择 8bit 或 32bit。
③、每个接收和发送通道拥有 32×32bit 的 FIFO。
④、FIFO 错误以后支持平滑重启。
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
根据上面两个原理图可以看出，SYNC和BCLK只需要连接L或者R的其中一个即可。

驱动框架简介

前面对声卡WM8960，I2S协议以及ASI的I2S接口都做了一定的解释，如果需要更深入的了解可以网上查阅与之相关的资料，这里不在做过多的分析。
WM8960 与 I.MX6ULL 之间有两个通信接口：I2C 和 SAI，因此设备树中会涉及到 I2C 和 SAI 两个设备节点。

  • 需要一个WM8960驱动文件，I2C框架， 用于配置 WM8960
  • 需要一个SOC端SAI外设的驱动文件用于音频数据传输
  • 需要一个驱动文件，将WM8960和SOC联系起来

因为第三点的需要，ALSA、ASoC驱动应运而生：ASoC是在ALSA基础上，针对SOC另外改进的ALSA音频驱动框架，目前ARM处理的音频驱动框架都是ASoC，ASoC包含三个部分：SOC（platform）、Codec部分、板载硬件（Machine）：

  • SOC：具体的SOC音频接口驱动，SAI接口，是由半导体厂商编写好的
  • Codec：具体的音频芯片，比如WM8960，IIC驱动，也不需要我们编写，Codec芯片厂商会写好
  • 板载硬件（Machine）：将具体的SOC与具体的Codec结合，与具体的硬件设备相关，也就是我们要处理的部分，使用ASOC驱动框架将SOC于Codec结合。

设备树配置

  1. 首先配置一下 I2C 接口，WM8960 连接到了 I2C1 上，因此需要在设备树中的“i2c1”节点下需要添加 wm8960 信息。设备树的绑定手册：Documentation/devicetree/bindings/sound/wm8960.txt，文档给出历程如下：
codec: wm8960@1a {compatible = "wlf,wm8960";reg = <0x1a>;wlf,shared-lrclk;
};

compatible属性值可以找到Codec厂商写好的对应的驱动文件，在sound/soc/codecs/wm8960.c里面。
reg设置 WM8960 的 I2C 地址
wlf,shared-lrclk是一个 bool 类型的属性，如果添加了此属性，WM8960 的 R24 寄存器 的 LRCM 位(bit2)就会置 1。当 LRCM 为 1 的时候只有当 ADC 和 DAC 全部关闭以后 ADCLRC 和 DACLRC 时钟才会关闭。

  1. 其次就是配置sai2的控制器驱动，在设备树下面可以找到如下内容：
/{soc {aips1: aips-bus@02000000 {spba-bus@02000000 {sai2: sai@0202c000 {compatible = "fsl,imx6ul-sai","fsl,imx6sx-sai";reg = <0x0202c000 0x4000>;interrupts = <GIC_SPI 98 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;clocks = <&clks IMX6UL_CLK_SAI2_IPG>,<&clks IMX6UL_CLK_DUMMY>,<&clks IMX6UL_CLK_SAI2>,<&clks 0>, <&clks 0>;clock-names = "bus", "mclk0", "mclk1", "mclk2", "mclk3";dma-names = "rx", "tx";dmas = <&sdma 37 24 0>, <&sdma 38 24 0>;status = "disabled";};
……

在另外一个文档追加了以下内容

&sai2 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_sai2 &pinctrl_sai2_hp_det_b>;assigned-clocks = <&clks IMX6UL_CLK_SAI2_SEL>,<&clks IMX6UL_CLK_SAI2>;assigned-clock-parents = <&clks IMX6UL_CLK_PLL4_AUDIO_DIV>;assigned-clock-rates = <0>, <12288000>;status = "okay";
};

compatible属性可以找到对应的驱动文件为sound/soc/fsl/fsl_sai.c。
pinctrl_sai2_hp_det_b描述的是耳机插入检测引脚，wm8960 支持耳机插入检测，这样当耳机插入以后就会通过耳机播放音乐，当耳机拔出来以后就会通过喇叭播放音乐。

  1. 最后就是板载硬件（Machine）,sound节点，sound节点主要起到链接Codec和sai的作用，具体内容如下：
/{sound {compatible = "fsl,imx6ul-evk-wm8960","fsl,imx-audio-wm8960";model = "wm8960-audio";cpu-dai = <&sai2>;audio-codec = <&codec>;asrc-controller = <&asrc>;codec-master;gpr = <&gpr 4 0x100000 0x100000>;/** hp-det = <hp-det-pin hp-det-polarity>;* hp-det-pin: JD1 JD2  or JD3* hp-det-polarity = 0: hp detect high for headphone* hp-det-polarity = 1: hp detect high for speaker*/hp-det = <3 0>;
//		hp-det-gpios = <&gpio5 4 0>;
//		mic-det-gpios = <&gpio5 4 0>;audio-routing ="Headphone Jack", "HP_L","Headphone Jack", "HP_R","Ext Spk", "SPK_LP","Ext Spk", "SPK_LN","Ext Spk", "SPK_RP","Ext Spk", "SPK_RN","LINPUT2", "Mic Jack","LINPUT3", "Mic Jack","RINPUT1", "Main MIC","RINPUT2", "Main MIC","Mic Jack", "MICB","Main MIC", "MICB","CPU-Playback", "ASRC-Playback","Playback", "CPU-Playback","ASRC-Capture", "CPU-Capture","CPU-Capture", "Capture";};
};

compatible属性可以找到对应的驱动文件为sound/soc/fsl/imx_wm8960.c，理论上这个文件是需要我们自己编写的，刚好NXP的板子也是用的WM8960这个音频解码芯片，可以直接用。
model：最终用户看到的此声卡名字，这里设置为“wm8960-audio”
cpu-dai：CPU DAI(Digital Audio Interface)句柄，这里是 sai2 这个节点。
audio-codec：音频解码芯片句柄，也就是 WM8960 芯片，这里为“codec”这个节点。
asrc-controller：asrc 控制器，asrc 全称为 Asynchronous Sample Rate Converters，翻译过来 就是异步采样频率转化器。
hp-det：耳机插入检测引脚设置，第一个参数为检测引脚，3 表示 JD3 为检测引脚。第二个 参数设置检测电平，设置为 0 的时候，hp 检测到高电平表示耳机插入；设置为 1 的时候，hp 检 测到高电平表示是喇叭，也就是耳机拔出了。
audio-routing：音频器件一系列的连接设置，每个条目都是一对字符串，第一个字符串是 连接的 sink，第二个是连接的 source(源)。

内核使能

利用图形化配置界面，取消 ALSA 模拟 OSS，使能WM8960 驱动（Asynchronous Sample Rate Converter (ASRC) module support 和 SoC Audio support for i.MX boards with wm8960），驱动使能以后重新编译 linux 内核，编译完成以后使用新的 zImage 和.dtb 文件启动。
驱动挂载成功之后会在/dev/snd 目录生成对应的节点：
controlC0：用于声卡控制，C0 表示声卡 0。
pcmC0D0c 和 pcmC0D1c：用于录音的 pcm 设备，其中的“COD0”和“C0D1”分别表示 声卡 0 中的设备 0 和设备 1，最后面的“c”是 capture 的缩写，表示录音。
pcmC0D0p 和 pcmC0D1p：用于播放的 pcm 设备，其中的“COD0”和“C0D1”分别表示 声卡 0 中的设备 0 和设备 1，最后面的“p”是 playback 的缩写，表示放音。
timer：定时器。
音频驱动使能以后还不能直接播放音乐或录音，我们还需要移植 alsa-lib 和 alsa-utils 这两 个东西。

声卡设置与测试

应用上的设置与测试这里就不再赘述，都按照别人写好的流程依葫芦画瓢，大家可以参考正点原子的教材进行开发。

后续

本人对嵌入式行业兴趣浓厚，但是发现驱动开发越学越迷茫，个人感觉就是驱动开发就算是去芯片原厂或者模组原厂也是做一些缝缝补补或者移植的工作，且需要对某一个领域，比如音频、网络、蓝牙等领域研究特别深入才可能有能力做驱动开发工作，目前本人处于学习阶段，不太可能深耕某一个领域，因此当前阶段就仅仅只是了解驱动是如何实现底层工作的，后期可能会继续研究MCU的RTOS开发和Linux从bootloader->linux内核裁剪->驱动修改->应用开发，并将自己所学的皮毛用于开发一个小项目吧！！！
希望对此方向感兴趣的伙伴能一起评论交流！！！！

参考文献

  1. 个人专栏系列文章
  2. 正点原子嵌入式驱动开发指南
  3. 对代码有兴趣的同学可以查看链接https://github.com/NUAATRY/imx6ull_dev

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编程日记 2025/6/23 6:03:04

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使用torch模型BMM int8计算。 模拟&#xff1a;BMM->softmax->BMM 计算流程 import torch import numpy as np torch.manual_seed(777) def int8_quantize_per_token(x: torch.Tensor, axis: int -1, attnsFalse):if x.dtype ! torch.float32:x x.type(torch.float32)…...

编程日记 2025/5/30 22:45:21

vue3的watch一次性监听多个值用法

vue3的watch一次性监听多个值 1、监听单个值 watch(() > route.params.keyword, (newValue, oldValue) > {console.log(监听值变化, newVal, oldVal)state.a newValue});2、监听多个值 watch(() > [route.params.id, route.params.keyword], (newValue, oldValue) &g…...

编程日记 2025/6/20 18:03:41

【one-api和ollama结合使用】

将Ollama接入one-api one-api是一个开源AI中间件服务&#xff0c;可以聚合各家大模型API&#xff0c;比如OpenAI、ChatGLM、文心一言等&#xff0c;聚合后提供统一的OpenAI调用方法。举个例子&#xff1a;ChatGLM和文心一言的API调用方法并不相同&#xff0c;one-api可以对其进…...

编程日记 2025/6/21 21:07:45

Oracle PDB的开启和关闭

[生产环境关闭与开启Oracle PDB] 【运维场景】 在运维Oracle PDB的时候经常要开启和关闭PDB&#xff0c;对关闭和开启PDB的操作要非常熟悉。 【操作方法】 1. PDB的打开与关闭 关闭和开启DB的时候要看DB的警告日志&#xff0c;日志位置&#xff08;在Oracle用户下查看&…...

编程日记 2025/5/30 6:46:11

十一、动态构建UI元素

装饰器Builder 装饰器BuilderParam <font style"color:rgba(0, 0, 0, 0.9);">BuilderParam</font> 该装饰器用于声明任意UI描述的一个元素&#xff0c;类似slot占位符。 链接 简而言之&#xff1a;就是自定义组件允许外部传递 UI // SonCom 的实现略…...

编程日记 2025/6/3 12:34:52

智能时代的基石：神经网络

智能时代的基石&#xff1a;神经网络 第一节&#xff1a;神经网络简介 课程目标 本节课程旨在全面介绍神经网络的基本概念、结构以及其在历史发展中的重要里程碑。通过深入理解神经网络的工作原理和演变过程&#xff0c;学员将能够掌握神经网络在现实世界中的多种应用&#…...

编程日记 2025/6/23 8:54:55

VScode配置GIT

在Visual Studio Code&#xff08;VSCode&#xff09;中检测不到已安装的Git可以通过以下步骤来解决‌&#xff1a; ‌确认Git是否正确安装‌&#xff1a;首先&#xff0c;确保在计算机上正确安装了Git。可以通过打开命令行窗口并输入git --version来检查是否能够显示Git的版本…...

编程日记 2025/6/19 23:10:36

【CSS】css 如何实现固定宽高比

今天和同事讨论这个问题&#xff0c;一时间还想不到了&#xff0c;于是学习了下&#xff0c;就顺便当个记录吧 要在CSS中实现固定宽高比&#xff0c;有两种主要的方法可以选择。一种是使用新的aspect-ratio属性&#xff0c;另一种是利用padding技巧。随着现代浏览器对aspect-ra…...

编程日记 2025/6/20 20:41:04

使用webrtc-streamer查看实时监控

摄像头配置&#xff08;海康摄像头为例&#xff09; 摄像头视频编码应改成H264格式 webrtc-streamer下载 webrtc-streamer下载地址 下载后解压出来双击运行&#xff0c;端口默认8000 VUE2项目引入文件 在项目静态文件“public”中需引入两个js文件“webrtcstreamer.js”与“…...

编程日记 2025/6/4 0:16:52

ansible部署nginx：1个简单的playbook脚本

文章目录 hosts--ventoryroles执行命令 使用ansible向3台centos7服务器上安装nginx hosts–ventory [rootstand playhook1]# cat /root/HOSTS # /root/HOSTS [webservers] 192.168.196.111 ansible_ssh_passpassword 192.168.196.112 ansible_ssh_passpassword 192.168.196.1…...

编程日记 2025/5/30 16:57:05

Ubuntu安装Gitlab详细图文教程

1、环境准备 1.1、Ubuntu环境 Ubuntu24.04Sever版安装教程 1.2、更新系统 sudo apt update -y sudo apt-get update sudo apt-get upgrade 2、安装Nginx 2.1 安装nginx # 安装 apt install nginx -y 2.2 修改nginx配置⽂件 # 修改nginx配置 vim /etc/nginx/si…...

编程日记 2025/6/19 21:06:56

前端面试准备问题2

1.防抖和节流分别是什么&#xff0c;应用场景 防抖&#xff1a;在事件被触发后&#xff0c;只有在指定的延迟时间内没有再次触发&#xff0c;才执行事件处理函数。 在我的理解中&#xff0c;简单的说就是在一个指定的时间内&#xff0c;仅触发一次&#xff0c;如果有多次重复触…...

编程日记 2025/6/23 14:22:33

uni-app之web-view组件 postMessage 通信【跨端开发系列】

&#x1f517; uniapp 跨端开发系列文章&#xff1a;&#x1f380;&#x1f380;&#x1f380; uni-app 组成和跨端原理 【跨端开发系列】 uni-app 各端差异注意事项 【跨端开发系列】uni-app 离线本地存储方案 【跨端开发系列】uni-app UI库、框架、组件选型指南 【跨端开…...

编程日记 2025/6/24 10:55:07

IntelliJ IDEA 使用技巧与插件推荐

目录 常用使用技巧 1. 使用快捷键提升开发效率 2. 多光标编辑 3. 代码自动补全 4. 使用 Find Action 快速执行操作 5. 集成版本控制系统&#xff08;VCS&#xff09; 6. 快速查看代码文档 推荐插件 1. Lombok Plugin 2. Rainbow Brackets 3. Key Promoter X 4. Chec…...

编程日记 2025/6/4 15:39:42

zookeeper基础命令详解

zookeeper基础命令详解目录 文章目录 zookeeper基础命令详解目录一、列出所有基础命令 一、列出所有基础命令 先启动一个zookeeper客户端连接zookeeper&#xff0c;如果还没有启动zookeeper集群的参考本文启动之后再做后续操作。 https://blog.csdn.net/weixin_42924400/artic…...

编程日记 2025/6/19 23:12:39

2025周易算命网站搭建详细方法+源码选择php环境的配置

以下是一个详细的搭建教程&#xff0c;包括网站分类、环境配置、程序设计和功能实现。 1. 环境准备 1.1 服务器选择 操作系统: Linux&#xff08;推荐使用Ubuntu或CentOS&#xff09;Web服务器: Nginx数据库: MySQLPHP版本: 7.4.x&#xff08;确保小于8.0&#xff09; 1.2 安…...

编程日记 2025/6/21 1:41:03