设计指南

源码说明

源代码位于：

• bsp/artinchip/drv/audio/drv_audio.c: Playback的driver层驱动
• bsp/artinchip/drv/audio/drv_dmic.c: DMIC的driver层驱动
• bsp/artinchip/drv/audio/drv_amic.c: AMIC的driver层驱动
• bsp/artinchip/hal/audio/hal_audio.c: audio模块的hal层驱动
• bsp/artinchip/include/hal/hal_audio.h: audio模块的hal层头文件
• bsp/artinchip/include/hal/hal_audio_reg.h: audio模块的hal层头文件，用于寄存器定义

模块架构设计

RT-Thread audio框架

RT-Thread定义了一套音频框架，driver层的驱动就是为了对接该音频框架。该框架在录音端和播放端采用了两种不同的机制，现对录音端和播放端的框架进行简单说明。

播放端框架

如上图所示，应用层读取的音频数据写入到内存池的block中，并用数据队列对内存池的block数据进行管理。从数据队列中依次取出音频数据，写入到audio buffer中，audio buffer在原理上是一个环形缓冲区，最后通过DMA将音频数据写入到硬件的TXFIFO中。所以，playback端的driver层驱动主要是负责audio buffer环形缓冲区的管理，及时写入音频数据，并用DMA搬运到audio硬件。

录音端框架

如上图所示，RT-Thread audio框架在录音端的设计与播放端不同。在录音端框架虚拟了一个pipe设备，其实就是一个ringbuffer，读写pipe设备就是对ringbuffer的读写。driver层驱动负责管理一个RX buffer，RX buffer在逻辑上也是一个环形缓冲区。DMA负责将MIC端接收到的数据搬运到RX buffer，再通过写pipe设备将音频数据写入到pipe的ringbuffer中。应用层代码则通过 rt_device_read 每次从pipe设备中读取音频数据，再将音频数据写入到wav文件。

关键流程设计

初始化流程

• 初始化audio模块时钟频率
• 释放reset和clock信号
• 注册音频设备，playback端注册为 sound0 设备，DMIC注册为 dmic0 设备，AMIC注册为 amic0 设备

playback流程

init流程

• 初始化DMA传输的起始地址，buf_len 以及 period_len
• 注册hal层的回调函数

audio模块使用DMA传输音频数据，DMA采用环形链表形式，依次将音频数据传送到硬件。所以需要配置DMA传输时的起始地址（即TX buffer地址）以及 buf_len，period_len。在driver层驱动，将 buf_len 配置为 period_len 的4倍，DMA每传输 period_len 长度的数据，触发一次DMA中断，通知CPU向TX buffer中写入数据。

start流程

• 根据menuconfig配置音频通路
• 填充TX buffer
• 设置DMA传输的参数，调用 hal_audio_playback_start 开始音频数据传输
• 使能PA

为保证DMA传输音频数据的连续性，需要在DMA开始传输前，先向TX buffer中填充数据。在playback的driver层驱动，是将TX buffer填充满后，才开始DMA的传输。

DMA中断流程

DMA每传输完 period_len 长度的数据后，触发一次DMA中断，然后通过DMA回调函数的逐级调用，最终调用 rt_audio_tx_complete 对TX buffer进行填充，每次填充 period_len 长度的音频数据。

record流程

init流程

• 初始化DMA传输的起始地址，buf_len 以及 period_len
• 注册hal层的回调函数

audio模块使用DMA传输音频数据，DMA采用环形链表形式，依次将音频数据传送到硬件。所以需要配置DMA传输时的起始地址（即RX buffer地址）以及 buf_len，period_len。在driver层驱动，将 buf_len 配置为 period_len 的2倍，DMA每传输 period_len 长度的数据，触发一次DMA中断，通知CPU向pipe设备写入数据。

start流程

按照RT-Thread audio的框架，在执行 rt_device_open 时，就会调用start流程，开始音频的录制，然后再通过 rt_device_control 设置音频的格式（采样率，通道数等）。按照这个流程，最开始可能会录制一段不符合设置的音频格式的数据，这显然是不合理的。所以，在driver层的驱动实现中，start流程并未做任何处理，而是在设置完音频格式后才开始音频的录制。

DMA中断流程

DMA每传输完 period_len 长度的数据后，触发一次DMA中断，然后通过DMA回调函数的逐级调用，最终调用 rt_audio_rx_done，将RX buffer的数据写入到pipe设备，每次写入 period_len 长度的音频数据。

数据结构设计

hal层数据结构

struct aic_audio_buf_info
{
    void *buf;
    uint32_t buf_len;
    uint32_t period_len;
};

struct aic_audio_transfer_info
{
    struct aic_dma_chan *dma_chan;
    struct aic_audio_buf_info buf_info;
    int transfer_type;
};

struct aic_audio_ctrl
{
    unsigned long reg_base;
    uint32_t irq_num;
    uint32_t clk_id;
    struct aic_audio_transfer_info tx_info;   //TX buffer的参数
    struct aic_audio_transfer_info dmic_info; //DMIC RX buffer的参数
    struct aic_audio_transfer_info amic_info; //AMIC RX buffer的参数
    audio_callback callback;
    void *arg;
    struct aic_audio_config config;
};

driver层数据结构

struct aic_audio
{
    struct rt_audio_device audio;
    aic_audio_ctrl codec;
    rt_uint8_t volume;      //playback音量
    char *pa_name;          //PA引脚的名字
    unsigned int gpio_pa;   //PA引脚的IO口号
};

struct aic_dmic
{
    struct rt_audio_device audio;
    aic_audio_ctrl codec;
    rt_uint8_t volume;
    uint8_t index;
};

接口设计

driver层接口设计

drv_audio_init

函数原型	rt_err_t drv_audio_init(struct rt_audio_device *audio)
功能说明	playback端的初始化函数
参数定义	audio：指向playback设备的指针
返回值	RT_EOK：执行成功
注意事项	无

drv_audio_buffer_info

函数原型	void drv_audio_buffer_info(struct rt_audio_device *audio, struct rt_audio_buf_info *info)
功能说明	获取playback端的TX buffer参数
参数定义	audio：指向playback设备的指针 info：用于获取TX buffer参数的指针
返回值	无
注意事项	无

drv_audio_start

函数原型	rt_err_t drv_audio_start(struct rt_audio_device *audio, int stream)
功能说明	开始playback端播放
参数定义	audio：指向playback设备的指针 stream：音频数据流方向
返回值	RT_EOK：执行成功 -RT_EINVAL：参数非法
注意事项	无

drv_audio_stop

函数原型	rt_err_t drv_audio_stop(struct rt_audio_device *audio, int stream)
功能说明	结束playback端播放
参数定义	audio：指向playback设备的指针 stream：音频数据流方向
返回值	RT_EOK：执行成功 -RT_EINVAL：参数非法
注意事项	无

drv_audio_pause

函数原型	rt_err_t drv_audio_pause(struct rt_audio_device *audio, int enable)
功能说明	暂停/恢复playback端播放
参数定义	audio：指向playback设备的指针 enable：playback端暂停和恢复播放使能位(0为恢复，非0为暂停)
返回值	RT_EOK：执行成功
注意事项	无

drv_audio_configure

函数原型	rt_err_t drv_audio_configure(struct rt_audio_device *audio, struct rt_audio_caps *caps)
功能说明	音频设备配置接口，用于配置采样格式，采样率，通道数等接口
参数定义	audio：指向playback设备的指针 caps：指向配置参数的指针
返回值	RT_EOK：执行成功 -RT_ERROR：参数不支持
注意事项	无

drv_audio_getcaps

函数原型	rt_err_t drv_audio_getcaps(struct rt_audio_device *audio, struct rt_audio_caps *caps)
功能说明	获取音频设备的参数
参数定义	audio：指向playback设备的指针 caps：指向配置参数的指针
返回值	RT_EOK：执行成功 -RT_ERROR：参数不支持
注意事项	无

drv_audio_get_playback_avail

函数原型	rt_size_t drv_audio_get_playback_avail(struct rt_audio_device *audio)
功能说明	获取playback端缓存的数据大小
参数定义	audio：指向playback设备的指针
返回值	缓存数据的大小
注意事项	无

hal层接口设计

hal层接口也是分playback、DMIC、AMIC三部分进行设计，下面以playback端的接口进行说明。

hal_audio_set_samplerate

函数原型	void hal_audio_set_samplerate(aic_audio_ctrl *codec, uint32_t samplerate)
功能说明	设置采样率
参数定义	codec：指向aic_audio_ctrl的指针 samplerate：采样率
返回值	无
注意事项	无

hal_audio_set_playback_channel

函数原型	void hal_audio_set_playback_channel(aic_audio_ctrl *codec, uint32_t ch)
功能说明	设置playback端的通道数
参数定义	codec：指向aic_audio_ctrl的指针 ch：通道数
返回值	无
注意事项	无

hal_audio_set_playback_by_spk0

函数原型	void hal_audio_set_playback_by_spk0(aic_audio_ctrl *codec)
功能说明	配置SPK0音频通路
参数定义	codec：指向aic_audio_ctrl的指针
返回值	无
注意事项	无

hal_audio_set_playback_by_spk1

函数原型	void hal_audio_set_playback_by_spk1(aic_audio_ctrl *codec)
功能说明	配置SPK1音频通路
参数定义	codec：指向aic_audio_ctrl的指针
返回值	无
注意事项	无

hal_audio_playback_start

函数原型	void hal_audio_playback_start(aic_audio_ctrl *codec)
功能说明	开始播放
参数定义	codec：指向aic_audio_ctrl的指针
返回值	无
注意事项	无

hal_audio_playback_stop

函数原型	void hal_audio_playback_stop(aic_audio_ctrl *codec)
功能说明	结束播放
参数定义	codec：指向aic_audio_ctrl的指针
返回值	无
注意事项	无