Android系统中从发生耳机插拔事件到音频Route切换过程分析

【概要】

 我们知道，耳机插入/拔出事件肯定是通过中断通知系统进行处理的。有了这个认识之后，我们就可以对这个过程进行逐个击破的分析了：
 1、  谁为耳机事件产生中断？
 2、  中断处理函数是哪个？
 3、  中断处理函数中执行了什么操作来改变音频Route？

【备注】

  本文基于我所使用的硬件环境进行分析，虽然可能与你现在使用的芯片不同，但思路是一样的。重在方法，不在结果。

【谁产生中断】

  要回答这个问题，需要查看耳机部分的电路原理图：

图1  耳机检测电路

  可以看到，耳机插口（headset-jack）是和ts3a227e这款耳机检测芯片相连接的。芯片上的/INT和/MIC_PRESENT应该就是中断输出引脚。查看芯片datasheet中的说明：

图2  ts3a227e芯片引脚说明

  至此我们就清楚了：当耳机插入/拔出时，ts3a227e能够检测到这一动作，同时向SoC发送中断。SoC接收到中断后，相应的中断处理函数会对硬件配置进行修改。

【找到中断处理函数】

  回忆一下《Linux设备驱动程序》这本书“中断处理”章节的内容：设备需要为自己要使用的中断线向系统申请中断号，并在系统中注册相应的中断处理函数。

  查看ts3a227e芯片的驱动源码文件ts3a227e.c可以发现该芯片是作为i2c设备进行注册的。在probe函数中不仅申请了设备中断号、绑定了中断处理函数ts3a227e_interrupt()，还向工作队列中添加了3个延迟任务，分别是hs_detect_func()、enable_key_detect_func()和long_press_func()，它们在后面很快就会被用到。如下所示：

static int ts3a227e_i2c_probe(struct i2c_client *i2c,
                                  const struct i2c_device_id *id)
{
         struct ts3a227e *ts3a227e;
         struct device *dev = &i2c->dev;
         unsigned int i;
         int ret;
         …...
         INIT_DELAYED_WORK(&ts3a227e->hs_det_work, hs_detect_func);
         INIT_DELAYED_WORK(&ts3a227e->enable_key_detect_work, enable_key_detect_func);
         INIT_DELAYED_WORK(&ts3a227e->long_press_work, long_press_func);
         if (i2c->irq != -1) {
                   ret = devm_request_threaded_irq(dev, i2c->irq, NULL, ts3a227e_interrupt,
                                                        IRQF_TRIGGER_LOW | IRQF_ONESHOT,
                                                        "TS3A227E", ts3a227e);
                   if (ret) {
                            dev_err(dev, "Cannot request irq %d (%d)\n", i2c->irq, ret);
                            return ret;
                   }
         }
         …...
         return 0;
}

【中断处理函数执行了什么操作】

  经过上面分析，我们可以判断当ts3a227e芯片发出的中断被SoC接收到时，函数ts3a227e_interrupt()会被立即调用。这个函数的功能有2个：读取寄存器以更新相关变量的值，以及调用之前添加到工作队列中的延迟任务hs_detect_func()。关键代码如下：

static irqreturn_t ts3a227e_interrupt(int irq, void *data)
{
         …...
         /* Check for plug/unplug. */
         regmap_read(regmap, TS3A227E_REG_INTERRUPT, &(ts3a227e->int_reg));
         pr_err("%s ent, int_reg(0x01): %0x\n", __func__, ts3a227e->int_reg);

         if (ts3a227e->int_reg & (DETECTION_COMPLETE_EVENT | INS_REM_EVENT)) {
                   regmap_read(regmap, TS3A227E_REG_ACCESSORY_STATUS, &(ts3a227e->acc_reg));
                   pr_err("%s acc_reg(0x0b): %0x\n", __func__, ts3a227e->acc_reg);
         }
         …...
         cancel_delayed_work_sync(&ts3a227e->hs_det_work);
         schedule_delayed_work(&ts3a227e->hs_det_work,
                         msecs_to_jiffies(5)); /* 调度延迟任务hs_detect_func() */

         return IRQ_HANDLED;
}

  被调用的hs_detect_func()函数代码如下：

static void hs_detect_func(struct work_struct *work)
{
         struct ts3a227e *ts3a227e = container_of(work,
                   struct ts3a227e, hs_det_work.work);

         pr_err("%s, id:%x\n", __func__, ts3a227e->id);
         check_jack_status(ts3a227e);
}

  被hs_detect_func()调用的check_jack_status()函数主要功能是：检测耳机是否完全插入/拔出，并完成耳机按键状态检测，最终调用ts3a227e_jack_report()函数根据检测结果上报用于执行音频Route切换的操作。关键代码如下：

static void check_jack_status(struct ts3a227e *ts3a227e)
{
         struct regmap *regmap = ts3a227e->regmap;
         unsigned int i;
         bool long_press_det = false;

         /* Check for plug/unplug. */
         if (ts3a227e->int_reg & (DETECTION_COMPLETE_EVENT | INS_REM_EVENT)) {
                   //regmap_read(regmap, TS3A227E_REG_ACCESSORY_STATUS, &acc_reg);
                   printk("%s acc_reg(0x0b): %0x\n", __func__, ts3a227e->acc_reg);
                   ts3a227e_new_jack_state(ts3a227e, ts3a227e->acc_reg);
         }
         …...
         input_sync(ts3a227e->button_dev);
         ts3a227e_jack_report(ts3a227e);
}

  分析到这里可以看到，紧接着在ts3a227e_jack_report()函数中要执行的就是操作硬件实现音频Route切换了。但为了看懂这个函数中的操作，我们需要先来看一看更宏观一点的电路关系，分别是耳机功放芯片电路和Codec芯片的部分电路：

图3  耳机功放芯片电路

图4  Codec芯片局部电路

  很明显，耳机功放芯片的片选引脚/SHDN连接到Codec芯片的GPIO5引脚上，由Codec芯片进行控制，低电平有效（就是说当/SHDN引脚上的电平为低时，耳机功放芯片将被关闭）。左右声道的音频信号分别从Codec芯片的LOUT1P、LOUT1N和LOUT2P、LOUT2N引脚输出到耳机功放芯片的INL+、INL-和INR+、INR-引脚上。

  所以如果想从耳机里听到声音，需要先将/SHDN引脚上的电平拉高。由于这个引脚上的电平是Codec芯片进行控制的，所以需要修改Codec芯片中的寄存器配置。

  我这里使用的Codec芯片为Realtek5677。

  电路分析到这里就可以继续阅读ts3a227e_jack_report()函数的实现细节了。它根据之前的耳机检测结果（是否插入耳机，插入的耳机是否带有麦克风），分别调用rt5677_enable_micbias()函数对Codec芯片Realtek5677进行相应配置。代码如下：

static void ts3a227e_jack_report(struct ts3a227e *ts3a227e)
{
         pr_err("%s\n", __func__);

         if (ts3a227e->plugged) { /* 有耳机插入 */
                   pr_err("%s, HEADPHONE plug\n", __func__);

                   if (ts3a227e->mic_present) { /* 插入的耳机带有麦克风 */
                            printk("%s, MICPHONE plug\n", __func__);
                            extcon_set_state(&ts3a227e->edev, BIT_HEADSET);

                            rt5677_enable_micbias(true);
                   }
                   else { /* 插入的耳机不带麦克风 */
                            rt5677_enable_micbias(false);
                            extcon_set_state(&ts3a227e->edev, BIT_HEADSET_NO_MIC);
                   }
         }
         else { /* 没有耳机插入 */
                   pr_err("%s, HEADSET unplug\n", __func__);
                   /* disable key press detection. */
        regmap_update_bits(ts3a227e->regmap, TS3A227E_REG_SETTING_2, KP_ENABLE, 0);
                   extcon_set_state(&ts3a227e->edev, BIT_NO_HEADSET);
                   rt5677_enable_micbias(false);
         }
}

  再查看rt5677_enable_micbias()函数的实现细节，可以发现其使用了ASoC架构中的DAPM相关的函数。如下：

void rt5677_enable_micbias(bool enable)
{
         struct snd_soc_codec *codec;

         pr_err("%s, %d\n", __func__, enable);
         codec = cht_get_codec(&snd_soc_card_cht); /* snd_soc_card_cht是个全局变量 */
         if(codec == NULL){
                   pr_err("%s, codec has not probed yet!\n", __func__);
                   return;
         }
         if (enable) {
                   snd_soc_dapm_force_enable_pin(&codec->dapm, "MICBIAS1");
         }
         else {
                   snd_soc_dapm_disable_pin(&codec->dapm, "MICBIAS1");
         }
         snd_soc_dapm_sync(&codec->dapm);
}

  这些DAPM函数经过一系列既定的调用流程后最终会落实到DAPM widgets上。关于DAPM的相关知识本篇文章不进行介绍（因为要写的话实在太多了），如果想了解这方面内容，我推荐你阅读Linux内核官方文档、ALSA官方文档，或sepnic的博客，或我自己曾经也翻译过的一篇官方文档《DAPM概述（中文翻译）/ dapm.txt》。

  总之，最终要用到的DAPM widgets在ASoC Machine驱动的源文件cht_bl_dpcm_rt5677.c中进行了定义。Machine驱动中的声卡结构体定义如下：

/* SoC card */
static struct snd_soc_card snd_soc_card_cht = {
         .name = "cherrytrailaud",
         .dai_link = cht_dailink,
         .num_links = ARRAY_SIZE(cht_dailink),
         .set_bias_level = cht_set_bias_level,
         .dapm_widgets = cht_dapm_widgets, /* DAPM widgets */
         .num_dapm_widgets = ARRAY_SIZE(cht_dapm_widgets),
         .dapm_routes = cht_audio_map,
         .num_dapm_routes = ARRAY_SIZE(cht_audio_map),
         .controls = cht_mc_controls,
         .num_controls = ARRAY_SIZE(cht_mc_controls),
};

  上述声卡所使用的DAPM widgets定义如下，其中第一个对应的就是耳机插拔事件。其中cht_rt5677_hp_event()则是耳机插拔事件发生时要被执行的函数：

static const struct snd_soc_dapm_widget cht_dapm_widgets[] = {
    SND_SOC_DAPM_HP("Headphone", cht_rt5677_hp_event), /* 耳机事件的DAPM widget */
    SND_SOC_DAPM_SPK("Speaker", cht_rt5677_spk_event),
    SND_SOC_DAPM_MIC("Headset Mic", NULL),
    SND_SOC_DAPM_MIC("Int Mic", NULL),
    SND_SOC_DAPM_SUPPLY("Platform Clock", SND_SOC_NOPM, 0, 0,
            platform_clock_control, SND_SOC_DAPM_PRE_PMU|
            SND_SOC_DAPM_POST_PMD),
};

  在cht_rt5677_hp_event()函数中就可以看到修改Codec芯片Realtek5677寄存器的相关代码了。通过拉高Codec芯片的GPIO5引脚上的电平，相应的耳机功放芯片上的/SHDN引脚电平也被拉高，耳机功放芯片开始工作。代码如下：

static int cht_rt5677_hp_event(struct snd_soc_dapm_widget *w,
                   struct snd_kcontrol *k, int event)
{
         struct snd_soc_dapm_context *dapm = w->dapm;
         struct snd_soc_card *card = dapm->card;
         struct snd_soc_codec *codec;

         pr_err("%s, %d\n", __func__, __LINE__);
         codec = cht_get_codec(card);
         if (!codec) {
                   pr_err("Codec not found; Unable to set platform clock\n");
                   return -EIO;
         }
         if (SND_SOC_DAPM_EVENT_ON(event)) { /* 发生耳机插入事件 */
                   pr_err("%s, %d\n", __func__, __LINE__);
                   msleep(20);
                   snd_soc_update_bits(codec, RT5677_GPIO_CTRL2,
                            RT5677_GPIO5_OUT_MASK, RT5677_GPIO5_OUT_HI); /* 将耳机功放芯片/SHDN引脚的电平拉高 */
                   msleep(50);
         } else {
                   pr_err("%s, %d\n", __func__, __LINE__);
                   snd_soc_update_bits(codec, RT5677_GPIO_CTRL2,
                            RT5677_GPIO5_OUT_MASK, RT5677_GPIO5_OUT_LO);
         }

         return 0;
}

  至此，从耳机插入/拔出到音频Route更改的过程就分析完毕了。希望这篇文章能让你有所收获。