在嵌入式 Linux 設備中，音頻功能的實現離不開 Linux 聲卡驅動。而 ALSA (Advanced Linux Sound Architecture) 作為 Linux 內核的音頻框架，提供了一整套 API 和驅動模型，幫助開發者快速集成音頻功能。本篇文章以 WM8960 音頻編解碼器（Codec）為例，深入解析 Linux 聲卡驅動架構、關鍵組件、設備樹配置、調試方法及常見問題，幫助開發者掌握音頻驅動的核心技術。

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1. ALSA 聲卡驅動架構及 ASoC 介紹

ALSA 體系結構

ALSA 作為 Linux 內核的音頻框架，主要包括以下三個層次：

1. 內核驅動層（Kernel Layer）：與硬件交互，提供 PCM（Pulse Code Modulation）、MIDI 和控制接口。
2. 用戶空間庫（alsa-lib）：提供對內核驅動的封裝，方便應用程序調用。
3. 應用程序層（User Space Applications）：如 aplay、arecord、alsamixer 以及基于 ALSA 的音頻應用。

ASoC (ALSA System on Chip) 子系統

對于嵌入式 SoC 設備，ALSA 進一步抽象為 ASoC，主要由 三部分 組成：

1. Machine 驅動（板級驅動）：描述 CPU 與 Codec 之間的連接關系，如 I2S 接口、電源管理等。
2. CPU DAI 驅動（Digital Audio Interface）：處理 SoC 側的音頻數據傳輸，如 I2S、AC97、PCM 等接口。
3. Codec 驅動：負責控制音頻編解碼芯片（如 WM8960），管理寄存器、增益、時鐘等。

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2. Linux 聲卡驅動實現流程（WM8960 例子）

(1) 機器驅動 (Machine Driver)

Machine 驅動主要用于連接 CPU 端的 I2S 控制器與 WM8960 編解碼芯片，并指定時鐘和數據格式。示例代碼如下：

static struct snd_soc_dai_link imx_wm8960_dai = {.name = "WM8960",.stream_name = "Audio",.cpu_dai_name = "imx-audio-cpu-dai",.codec_dai_name = "wm8960-hifi",.platform_name = "imx-pcm-audio",.codec_name = "wm8960.1-001a",.dai_fmt = SND_SOC_DAIFMT_I2S | SND_SOC_DAIFMT_NB_NF,
};

這里的 .dai_fmt = SND_SOC_DAIFMT_I2S 說明 CPU 和 WM8960 之間使用 I2S 協議 進行數據傳輸。

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(2) CPU DAI 驅動

CPU DAI 負責配置 CPU 側的音頻接口，例如 I2S 控制器的初始化：

static struct snd_soc_dai_driver imx_cpu_dai = {.name = "imx-audio-cpu-dai",.playback = {.stream_name = "CPU Playback",.channels_min = 1,.channels_max = 2,.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_96000,.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE,},
};

這里定義了 CPU DAI 支持的 采樣率（8kHz 到 96kHz） 以及 16-bit PCM 數據格式。

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(3) WM8960 Codec 驅動

WM8960 編解碼器驅動主要通過 wm8960.c 實現，注冊 DAI：

static struct snd_soc_dai_driver wm8960_dai = {.name = "wm8960-hifi",.playback = {.stream_name = "Playback",.channels_min = 1,.channels_max = 2,.rates = SNDRV_PCM_RATE_8000_96000,.formats = SNDRV_PCM_FMTBIT_S16_LE,},
};

Codec 驅動還包括寄存器初始化，控制音量、靜音、增益等設置。

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3. 設備樹配置

在嵌入式 Linux 中，聲卡硬件的配置一般在 設備樹（Device Tree） 中完成，例如：

&i2c1 {wm8960: wm8960@1a {compatible = "wlf,wm8960";reg = <0x1a>;  // WM8960 的 I2C 地址};
};&esai {pinctrl-names = "default";assigned-clocks = <&clks IMX8MP_CLK_ESAI>;assigned-clock-parents = <&clks IMX8MP_CLK_PLL4>;status = "okay";
};

設備樹中定義了 WM8960 編解碼器的 I2C 地址（0x1A） 以及 ESAI（串行音頻接口） 的時鐘配置。

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4. ALSA 設備調試

(1) 檢查聲卡是否正確注冊

cat /proc/asound/cards

輸出示例：

0 [wm8960audio ]: wm8960 - wm8960-audio

說明 WM8960 聲卡已正確注冊。

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(2) 播放音頻

aplay -D hw:0,0 test.wav

如果聲音異常，可以檢查 I2S 配置是否匹配 Codec 設置。

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(3) 錄音測試

arecord -D hw:0,0 -f cd -t wav test.wav

如果錄音失敗，檢查 dmesg | grep snd 是否有錯誤信息。

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5. 常見問題與解決方案

問題 1：I2S 傳輸沒有聲音

可能原因：

• DAI 格式不匹配（CPU DAI 和 Codec DAI 設置不同）。
• I2S BCLK 或 LRCLK 時鐘錯誤。

解決方法：

• 確保 dai_fmt = SND_SOC_DAIFMT_I2S | SND_SOC_DAIFMT_NB_NF 設置正確。
• 使用 dmesg 檢查錯誤信息。

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問題 2：ALSA 播放卡頓

可能原因：

• DMA 傳輸效率低，導致數據中斷。
• Buffer 大小不匹配。

解決方法：

• 增加 DMA Buffer：

  echo 65536 > /proc/asound/card0/pcm0p/sub0/prealloc
  

• 關閉 ALSA 省電模式：

  echo 0 > /sys/module/snd_soc_core/parameters/pmdown_time
  

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問題 3：設備樹配置正確但無法識別聲卡

可能原因：

• WM8960 通過 I2C 與 CPU 交互，但 I2C 設備未正確初始化。

解決方法：

• 檢查 I2C 是否能正確檢測到設備：

  i2cdetect -y 1
  

  確保 0x1A 設備地址能被掃描到。

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總結

本篇文章從 ALSA 架構、ASoC 設計、WM8960 音頻驅動、設備樹配置、調試方法 等多個方面，對 Linux 聲卡驅動進行了系統性解析，并結合實際案例給出了常見問題的解決方案。希望這篇文章能夠幫助大家深入理解 Linux 音頻驅動的設計和實現，提高調試效率！