便携设备的动态音频电源管理¶

描述¶

动态音频电源管理（DAPM）旨在让便携式 Linux 设备始终在音频子系统中使用最小的电量。它独立于其他内核电源管理框架，因此可以轻松地与它们共存。

DAPM 对所有用户空间应用程序都是完全透明的，因为所有电源切换都在 ASoC 核心内部完成。用户空间应用程序无需代码更改或重新编译。DAPM 根据任何音频流（捕获/回放）活动和设备中的音频混音器设置来做出电源切换决策。

DAPM 基于两个基本元素，称为小部件 (widgets) 和路由 (routes)

一个 小部件 (widget) 是音频硬件的每个部分，在使用时可以通过软件启用，不使用时可以禁用以节省电量

一个 路由 (route) 是小部件之间的互连，当声音可以在一个小部件和另一个小部件之间流动时存在

所有 DAPM 电源切换决策都通过查阅音频路由图自动做出。此图特定于每个声卡并覆盖整个声卡，因此一些 DAPM 路由连接属于不同组件的两个小部件（例如，CODEC 的 LINE OUT 引脚和放大器的输入引脚）。

STM32MP1-DK1 声卡的图示见图片

您还可以使用 tools/sound/dapm-graph 工具为您的声卡生成兼容图。

DAPM 功率域¶

DAPM 内有 4 个功率域

Codec 偏置域

VREF, VMID（核心编解码器和音频电源）

通常在编解码器探测/移除和暂停/恢复时控制，尽管如果不需要侧音等电源，也可以在流时间设置。

平台/机器域

物理连接的输入和输出

是平台/机器和用户操作特有的，由机器驱动程序配置并响应异步事件，例如插入耳机时

路径域

音频子系统信号路径

当用户更改混音器和多路复用器设置时自动设置。例如 alsamixer, amixer。

流域

DAC 和 ADC。

分别在流回放/捕获开始和停止时启用和禁用。例如 aplay, arecord。

DAPM 小部件¶

音频 DAPM 小部件分为多种类型

混音器 (Mixer): 将多个模拟信号混音成一个模拟信号。
多路复用器 (Mux): 一个模拟开关，只输出多个输入中的一个。
PGA: 一个可编程增益放大器或衰减小部件。
ADC: 模拟到数字转换器
DAC: 数字到模拟转换器
开关 (Switch): 一个模拟开关
输入 (Input): 一个编解码器输入引脚
输出 (Output): 一个编解码器输出引脚
耳机 (Headphone): 耳机（和可选的插孔）
麦克风 (Mic): 麦克风（和可选的插孔）
线路 (Line): 线路输入/输出（和可选的插孔）
扬声器 (Speaker): 扬声器 (Speaker)
供电 (Supply): 其他小部件使用的电源或时钟供电小部件。
稳压器 (Regulator): 为音频组件供电的外部稳压器。
时钟 (Clock): 为音频组件供时钟的外部时钟。
AIF IN: 音频接口输入（带 TDM 时隙掩码）。
AIF OUT: 音频接口输出（带 TDM 时隙掩码）。
Siggen: 信号发生器。
DAI IN: 数字音频接口输入。
DAI OUT: 数字音频接口输出。
DAI Link: 两个 DAI 结构之间的 DAI 链路
Pre: 特殊 PRE 小部件（在所有其他小部件之前执行）
Post: 特殊 POST 小部件（在所有其他小部件之后执行）
缓冲器 (Buffer): DSP 内的小部件间音频数据缓冲器。
调度器 (Scheduler): DSP 内部调度器，调度组件/流水线处理工作。
效果 (Effect): 执行音频处理效果的小部件。
SRC: DSP 或 CODEC 中的采样率转换器
ASRC: DSP 或 CODEC 中的异步采样率转换器
编码器 (Encoder): 将音频数据从一种格式（通常是 PCM）编码为另一种通常是更压缩格式的小部件。
解码器 (Decoder): 将音频数据从压缩格式解码为未压缩格式（如 PCM）的小部件。

（小部件在 include/sound/soc-dapm.h 中定义）

小部件可以由任何组件驱动程序类型添加到声卡中。soc-dapm.h 中定义了方便的宏，可用于快速构建编解码器和机器 DAPM 小部件列表。

大多数小部件都有名称、寄存器、移位和反转。一些小部件有额外的流名称和 kcontrols 参数。

流域小部件¶

流小部件与流功率域相关，仅包含 ADC（模拟到数字转换器）、DAC（数字到模拟转换器）、AIF IN 和 AIF OUT。

流小部件格式如下

SND_SOC_DAPM_DAC(name, stream name, reg, shift, invert),
SND_SOC_DAPM_AIF_IN(name, stream, slot, reg, shift, invert)

注意：流名称必须与您的编解码器 snd_soc_dai_driver 中的相应流名称匹配。

例如：HiFi 回放和捕获的流小部件

SND_SOC_DAPM_DAC("HiFi DAC", "HiFi Playback", REG, 3, 1),
SND_SOC_DAPM_ADC("HiFi ADC", "HiFi Capture", REG, 2, 1),

例如：AIF 的流小部件

SND_SOC_DAPM_AIF_IN("AIF1RX", "AIF1 Playback", 0, SND_SOC_NOPM, 0, 0),
SND_SOC_DAPM_AIF_OUT("AIF1TX", "AIF1 Capture", 0, SND_SOC_NOPM, 0, 0),

路径域小部件¶

路径域小部件能够控制或影响音频子系统内的音频信号或音频路径。它们具有以下形式

SND_SOC_DAPM_PGA(name, reg, shift, invert, controls, num_controls)

任何小部件 kcontrols 都可以使用 controls 和 num_controls 成员进行设置。

例如：混音器小部件（kcontrols 首先声明）

/* Output Mixer */
static const snd_kcontrol_new_t wm8731_output_mixer_controls[] = {
SOC_DAPM_SINGLE("Line Bypass Switch", WM8731_APANA, 3, 1, 0),
SOC_DAPM_SINGLE("Mic Sidetone Switch", WM8731_APANA, 5, 1, 0),
SOC_DAPM_SINGLE("HiFi Playback Switch", WM8731_APANA, 4, 1, 0),
};

SND_SOC_DAPM_MIXER("Output Mixer", WM8731_PWR, 4, 1, wm8731_output_mixer_controls,
      ARRAY_SIZE(wm8731_output_mixer_controls)),

如果您不想让混音器元素以混音器小部件的名称作为前缀，您可以使用 SND_SOC_DAPM_MIXER_NAMED_CTL。其参数与 SND_SOC_DAPM_MIXER 相同。

机器域小部件¶

机器小部件与编解码器小部件不同，它们没有与之关联的编解码器寄存器位。每个可以独立供电的机器音频组件（非编解码器或 DSP）都被分配一个机器小部件。例如：

扬声器放大器
麦克风偏置
插孔连接器

机器小部件可以有一个可选的回调。

例如：用于外部麦克风的插孔连接器小部件，当麦克风插入时启用麦克风偏置

static int spitz_mic_bias(struct snd_soc_dapm_widget* w, int event)
{
      gpio_set_value(SPITZ_GPIO_MIC_BIAS, SND_SOC_DAPM_EVENT_ON(event));
      return 0;
}

SND_SOC_DAPM_MIC("Mic Jack", spitz_mic_bias),

编解码器（偏置）域¶

编解码器偏置功率域没有小部件，由编解码器 DAPM 事件处理程序处理。当编解码器功率状态因任何流事件或内核 PM 事件而改变时，会调用此处理程序。

虚拟小部件¶

有时在编解码器或机器音频图中存在没有相应软电源控制的小部件。在这种情况下，需要创建一个虚拟小部件——一个没有控制位的小部件，例如：

SND_SOC_DAPM_MIXER("AC97 Mixer", SND_SOC_NOPM, 0, 0, NULL, 0),

这可用于在软件中将两条信号路径合并在一起。

注册 DAPM 控制¶

在许多情况下，DAPM 小部件在编解码器驱动程序中以 static const struct snd_soc_dapm_widget 数组的形式静态实现，并简单地通过 struct snd_soc_component_driver 的 dapm_widgets 和 num_dapm_widgets 字段声明。

类似地，连接它们的路由在 static const struct snd_soc_dapm_route 数组中静态实现，并通过相同结构的 dapm_routes 和 num_dapm_routes 字段声明。

声明了上述内容后，驱动程序注册将负责填充它们

static const struct snd_soc_dapm_widget wm2000_dapm_widgets[] = {
      SND_SOC_DAPM_OUTPUT("SPKN"),
      SND_SOC_DAPM_OUTPUT("SPKP"),
      ...
};

/* Target, Path, Source */
static const struct snd_soc_dapm_route wm2000_audio_map[] = {
      { "SPKN", NULL, "ANC Engine" },
      { "SPKP", NULL, "ANC Engine" },
      ...
};

static const struct snd_soc_component_driver soc_component_dev_wm2000 = {
      ...
      .dapm_widgets           = wm2000_dapm_widgets,
      .num_dapm_widgets       = ARRAY_SIZE(wm2000_dapm_widgets),
      .dapm_routes            = wm2000_audio_map,
      .num_dapm_routes        = ARRAY_SIZE(wm2000_audio_map),
      ...
};

在更复杂的情况下，DAPM 小部件和/或路由列表只能在探测时得知。例如，当驱动程序支持具有不同功能集的不同模型时，就会发生这种情况。在这些情况下，可以通过调用 snd_soc_dapm_new_controls() 和 snd_soc_dapm_add_routes() 以编程方式注册实现特定功能的独立小部件和路由数组。

编解码器/DSP 小部件互连¶

小部件通过音频路径（称为互连）在编解码器、平台和机器内部相互连接。必须定义每个互连才能创建所有小部件之间音频路径的图。

这通过编解码器或 DSP 的图（以及机器音频系统的原理图）最容易实现，因为它需要通过音频信号路径将小部件连接在一起。

例如，WM8731 输出混音器 (wm8731.c) 有 3 个输入（源）

线路旁路输入
DAC (HiFi 回放)
麦克风侧音输入

本例中的每个输入都有一个与之关联的 kcontrol（在上面的示例中定义），并通过其 kcontrol 名称连接到输出混音器。我们现在可以将目标小部件（相对于音频信号）与其源小部件连接起来。

/* output mixer */
{"Output Mixer", "Line Bypass Switch", "Line Input"},
{"Output Mixer", "HiFi Playback Switch", "DAC"},
{"Output Mixer", "Mic Sidetone Switch", "Mic Bias"},

所以我们有

目标小部件 <=== 路径名称 <=== 源小部件，或者
接收器、路径、源，或者
输出混音器 (Output Mixer) 通过 HiFi 回放开关 (HiFi Playback Switch) 连接到 DAC。

当没有路径名称连接小部件时（例如直接连接），我们将路径名称设置为 NULL。

互连通过调用创建

snd_soc_dapm_connect_input(codec, sink, path, source);

最后，必须在所有小部件和互连都已向核心注册后调用 snd_soc_dapm_new_widgets()。这会使核心扫描编解码器和机器，以便内部 DAPM 状态与机器的物理状态匹配。

端点小部件¶

端点是机器内部音频信号的起点或终点（小部件），包括编解码器。例如：

耳机插孔
内置扬声器
内置麦克风
麦克风插孔
编解码器引脚

端点被添加到 DAPM 图中，以便可以确定它们的用法以节省电量。例如，NC 编解码器引脚将被关闭，未连接的插孔也可以关闭。

DAPM 小部件事件¶

需要实现比 DAPM 更复杂行为的小部件可以通过设置函数指针来设置自定义“事件处理程序”。一个例子是电源需要启用 GPIO

static int sof_es8316_speaker_power_event(struct snd_soc_dapm_widget *w,
                                        struct snd_kcontrol *kcontrol, int event)
{
      if (SND_SOC_DAPM_EVENT_ON(event))
              gpiod_set_value_cansleep(gpio_pa, true);
      else
              gpiod_set_value_cansleep(gpio_pa, false);

      return 0;
}

static const struct snd_soc_dapm_widget st_widgets[] = {
      ...
      SND_SOC_DAPM_SUPPLY("Speaker Power", SND_SOC_NOPM, 0, 0,
                          sof_es8316_speaker_power_event,
                          SND_SOC_DAPM_PRE_PMD | SND_SOC_DAPM_POST_PMU),
};

有关支持事件的所有其他小部件，请参阅 soc-dapm.h。

事件类型¶

事件小部件支持以下事件类型

/* dapm event types */
#define SND_SOC_DAPM_PRE_PMU          0x1     /* before widget power up */
#define SND_SOC_DAPM_POST_PMU         0x2     /* after  widget power up */
#define SND_SOC_DAPM_PRE_PMD          0x4     /* before widget power down */
#define SND_SOC_DAPM_POST_PMD         0x8     /* after  widget power down */
#define SND_SOC_DAPM_PRE_REG          0x10    /* before audio path setup */
#define SND_SOC_DAPM_POST_REG         0x20    /* after  audio path setup */
#define SND_SOC_DAPM_WILL_PMU         0x40    /* called at start of sequence */
#define SND_SOC_DAPM_WILL_PMD         0x80    /* called at start of sequence */
#define SND_SOC_DAPM_PRE_POST_PMD     (SND_SOC_DAPM_PRE_PMD | SND_SOC_DAPM_POST_PMD)
#define SND_SOC_DAPM_PRE_POST_PMU     (SND_SOC_DAPM_PRE_PMU | SND_SOC_DAPM_POST_PMU)

Linux 内核

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