DAPM之五：dapm机制深入分析（上）

哲学里有三个终极命题：你是谁？从何处来？到何处去？而对于dapm机制，我们可以这样提问：dapm是什么，起到何作用？dapm是如何建立的？dapm又是如何触发的？下面会就这三个问题进行分析。

首先是dapm是什么？这在DAPM之一：概述中提及了，就是音频电源动态管理。相信电源管理大家都不会陌生。dapm设计的目的就是只有需要时才打开必要的部件（widget），不需要时则关闭部件，达到省电的目的，这在便携设备中非常重要。这里“需要”的意思是音频播放录音等操作，“部件”的意思是ADC、DAC、PGA、、MIXER、SPK等等。除此之外，dapm还肩负一个重要角色，就是音频路径，关于这，相信在DAPM之二：audio paths与dapm kcontrol已经描述得足够详细了。因此，这篇仅对电源管理这块做一些分析。

我们先分析dapm模块（源码soc-dapm.c）中的一些重要函数：

一、dapm_update_bits

更新widget中的reg的值，一般可以认为控制widget的开关。

二、snd_soc_update_bits

更新指定寄存器reg、指定位mask的值。

三、dapm_set_pga

这个函数会在dapm触发时调用，主要是为了减少通电/断电PGA产生的POP音。如下详细分析了这个函数：

/* ramps the volume up or down to minimise pops before or after a
 * DAPM power event */
static int dapm_set_pga(struct snd_soc_dapm_widget *widget, int power)
{
    //取得该widget的kcontrol，这个kcontrol应该是用于调节PGA的音量的，请留意这点。
    //对于PGA widget，一般是单路输入，单路输出，带gain调整。
    const struct snd_kcontrol_new *k = widget->kcontrols;

    //检查该widget是否为muted，从下面看来，当widget power up时，置muted=0，反之置1
    if (widget->muted && !power)
        return 0;
    if (!widget->muted && power)
        return 0;

    if (widget->num_kcontrols && k) {
        //以下操作取得kcontrol的reg、shift和mask等，用于调整该PGA widget的增益gain。
        struct soc_mixer_control *mc =
            (struct soc_mixer_control *)k->private_value;
        unsigned int reg = mc->reg;
        unsigned int shift = mc->shift;
        int max = mc->max;
        unsigned int mask = (1 << fls(max)) - 1;
        unsigned int invert = mc->invert;

        if (power) {
            int i;
            /* power up has happended, increase volume to last level */
            //power up widget，则将保存值恢复到widget。注意：这是一个逐步的过程，
            //从0至保存值saved_value逐步恢复，我想是这是为了减少POP。
            if (invert) {
                for (i = max; i > widget->saved_value; i--)
                    snd_soc_update_bits(widget->codec, reg, mask, i);
            } else {
                for (i = 0; i < widget->saved_value; i++)
                    snd_soc_update_bits(widget->codec, reg, mask, i);
            }
            widget->muted = 0;
        } else {
            /* power down is about to occur, decrease volume to mute */
            //power down widget，保存widget当前的gain值，并逐步减少该widget的音量，直至0。
            int val = snd_soc_read(widget->codec, reg);
            int i = widget->saved_value = (val >> shift) & mask;
            if (invert) {
                for (; i < mask; i++)
                    snd_soc_update_bits(widget->codec, reg, mask, i);
            } else {
                for (; i > 0; i--)
                    snd_soc_update_bits(widget->codec, reg, mask, i);
            }
            widget->muted = 1;
        }
    }
    return 0;
}

这里有个建议：当遇到PGA部件时，最好按照规范来写这个dapm widget，该widget应包含gain调整的kcontrol，这样系统会减少通电/断电时可能带来的POP音。

小结：dapm触发时会调用dapm_set_pga，控制PGA widgets的音量逐步增大/减少，目的是减少通电/断电时可能带来的POP音。

四、is_connected_output_ep

1、is_connected_output_ep和is_connected_input_ep，及其endpoint

is_connected_output_ep挺有趣的，widget一路往后走，直至达到output endpoint，统计widget到endpoints的路径数目。同理is_connected_input_ep是取得widget连接到input endpoint的路径数目，但走的方向是相反的。目的是检查路径的完整性，保证通道是贯穿input endpoint和output endpoint的。

何为output endpoint？snd_soc_dapm_adc、snd_soc_dapm_aif_out、snd_soc_dapm_output、snd_soc_dapm_hp、snd_soc_dapm_spk这些类型的widgets就是。

何为input endpoint？snd_soc_dapm_dac、snd_soc_dapm_aif_in、snd_soc_dapm_input、snd_soc_dapm_vmid、snd_soc_dapm_mic这些类型的widgets就是。

如果连接到output endpoint的路径数目为0或者连接到input endpoint的路径数目为0，那么说明该widget没有构成任意合法的完整的音频路径，因此也就应该关闭该widget；如果该widget有连接，则需要打开该widget。在dapm_power_widgets里详细分析。【实话说，代码注释是这样，但往下走到dapm_power_widgets太复杂了，我暂时未能完全分析。】

2、path->connect

连接状态是根据path->connect来判断的，改变mixer/mux部件的path->connect有两个地方：

(1)、在dapm kcontrols建立时，会检查mixer/mux的连接状态，具体见dapm_set_path_status：判定这个path对应的source是否被选中了，是则置p->connect = 1，否则置p->connect = 0。这个过程在有具体的描述。

(2)、上层通过alsa_amixer或其他来操作dapm kcontrols时，会更新widget路径的连接状态path->connect，简略流程如下：

amixer-应用层[alsa_amixer cset name='Left Output Mixer Left Input Mixer Switch' 1]
  |->snd_ctl_ioctl-系统调用
       |->snd_ctl_elem_write_user-内核钩子函数
            |->snd_ctl_elem_wirte-
                 |->snd_ctl_find_id-遍历kcontrol链表找到name字段匹配的kctl
                 |->kctl->put()-调用kctl的成员函数put()
                      |->snd_soc_dapm_put_volsw
                           |->dapm_mixer_update_power
                              更新path->connect

pga、adc、dac、input、output等部件初始化path->connect=1，hp、spk、mic等部件初始化path->connect=0，具体见snd_soc_dapm_add_route函数。

3、path的相关链表

每一个mixer/mux widget都有数个path，path的数目与mixer/mux widget的kcontrols数目是一致的，有N个kcontrols，就可以构成N个path。每个path都会通过list_add(&path->list, &codec->dapm_paths)添加到链表codec->dapm_paths上；每个path，都会通过INIT_LIST_HEAD(&path->list_sink)创建一个path->list_sink节点，然后通过list_add(&path->list_sink, &wsink->sources)将节点添加到链表wsink->sources上；每个path，都会通过INIT_LIST_HEAD(&path->list_source)创建一个path->list_source节点，然后通过list_add(&path->list_source, &wsource->sinks)将节点添加到链表wsource->sink上。每个path都会挂到source widget和sink widget上的链表上，因此可通过widget->sources找到该widget作为sources的所有paths，通过widget->sinks找到该widget作为sinks的所有paths。

path的建立过程分析见DAPM之二：audio paths与dapm kcontrol，这里为了方便理解，画了一个示意图。其实这些应该要放到之前章节的，写得有点乱了，后面会整理一个有条理的文档出来。

4、is_connected_output_ep流程

理解以上三点，应该可以探讨is_connected_output_ep的流程了。is_connected_input_ep类似的。图解一下：

图中浅绿色为input endpoint，浅蓝色为output endpoint。如红色线路对于Input Mixer，它如何找到到达output endpoint的路径呢？

(1)、首先会找到Input Mixer->sinks，发现有两个分别是ADC和Output Mixer；

(2)、检查Input Mixer到ADC这个path是否连接，接着检查到ADC是属于snd_soc_dapm_adc类型的widget，返回1，因为这个widget属于output endpoint类型并且是连接上的；

(3)、检查Input Mixer到Output Mixer这个path是否连接的，如果不是则跳出；如果是则继续往下走，由于这个widget不属于output endpoint，继续找Output Mixer->sinks，有两个分别是HP和SPK；

(4)、再检查到HP是连接到Output Mixer，而且HP也属于output endpoint，因此Input Mixer->Output Mixer->HP这个通道也是贯穿output endpoint的。

以上是is_connected_output_ep的过程，至于is_connected_input_ep，则遍历的方向是相反的（即widget->sources），往前遍历到MIC（input endpoint）。当然已走过的path会置walked标识，不会重复检查。

只有is_connected_output_ep和is_connected_input_ep同时不为0（即往前能到input endpoint，往后能到output endpoint），才认为widget位于一条完整合法的音频通道中。

/*
 * Recursively check for a completed path to an active or physically connected
 * output widget. Returns number of complete paths.
 */
static int is_connected_output_ep(struct snd_soc_dapm_widget *widget)
{
    struct snd_soc_dapm_path *path;
    int con = 0;

    if (widget->id == snd_soc_dapm_supply)
        return 0;

    //如果widget类型是adc或aif_out，则到达endpoint，置widget->endpoint路径合法。
    switch (widget->id) {
    case snd_soc_dapm_adc:
    case snd_soc_dapm_aif_out:
        if (widget->active)
            return 1;
    default:
        break;
    }

    //如果widget类型是output、hp、spk等，则到达endpoint，置widget->endpoint路径合法。
    if (widget->connected) {
        /* connected pin ? */
        if (widget->id == snd_soc_dapm_output && !widget->ext)
            return 1;

        /* connected jack or spk ? */
        if (widget->id == snd_soc_dapm_hp || widget->id == snd_soc_dapm_spk ||
            (widget->id == snd_soc_dapm_line && !list_empty(&widget->sources)))
            return 1;
    }

    //这里比较难以理解，dapm的链表很复杂，后面具体提一下，但不保证能表达清楚。
    //这里递归遍历widget->sink，直至到达一个endpoint或者遍历完毕，过程中检查path连接状态。
    //is_connected_output_ep是将widget作为source往前递归找到output endpoint；
    //is_connected_input_ep是将widget作为sink往后递归找到input endpoint。
    list_for_each_entry(path, &widget->sinks, list_source) {
        //这条路径已走过，找下一个path
        if (path->walked)
            continue;

        if (path->sink && path->connect) {
            path->walked = 1;
            con += is_connected_output_ep(path->sink);
        }
    }

    return con;
}

首先要理解INIT_LIST_HEAD、list_add和list_for_each_entry等Linux kernel链表操作，这里不多提。对于list_for_each_entry(path, &widget->sinks, list_source)，链表头head是widget->sinks，member是list_source，这是结构体struct snd_soc_dapm_path中的一个成员。

注意3中，path建立时链表的操作：list_add(&path->list_source, &wsource->sinks)，这里将节点path->list_source添加到链表wsource->sinks中，那么如何理解wsource->sinks呢？我认为是记录连接到wsource上的每一个sink（同理wsink->sources用于记录连接到wsink上的每一个source）。因此，得到一个widget，无论角度往前遍历还是往后遍历，都可找到所有的paths。

小结：这部分写得太多了，因为细节来说的确比较复杂（我改了又改，现在还不能保证细节上是否还有错的地方），要掌握endpoint的概念、path连接状态是如何更新的、什么是完整的音频路径complete paths，难点是path的链表分析。但原理是简单的，看以上的图解就比较清晰了。这两个函数检查一个widget是否同时贯穿input endpoint和output endpoint，是则认为该widget要power up。

五、dapm_generic_check_power

/* Generic check to see if a widget should be powered.
 */
static int dapm_generic_check_power(struct snd_soc_dapm_widget *w)
{
    int in, out;

    in = is_connected_input_ep(w);
    dapm_clear_walk(w->codec);
    out = is_connected_output_ep(w);
    dapm_clear_walk(w->codec);
    return out != 0 && in != 0;
}

检查一个widget是否需要打开，调用is_connected_input_ep检查该widget是否连接到input endpoint，is_connected_output_ep检查该widget是否连接到output endpoint。一个widget只有同时连接到input endpoint和output endpoint，才认为这个widget需要打开。

这其实是一系列的函数，分别是dapm_generic_check_power、dapm_adc_check_power、dapm_dac_check_power、dapm_supply_check_power，视widget的类型使用。如mixer/mux的widget，有w->power_check = dapm_generic_check_power；adc/aif_out的widget，有w->power_check = dapm_adc_check_power。具体见snd_soc_dapm_new_widgets。

六、dapm_generic_apply_power

核心函数，开关指定的widget，dapm机制绕来绕去最终就是为了控制widget的开和关。但是原理是非常简单的，复杂的是其他部分，如检查widget是否贯穿input/out endpoint、power up/down list顺序等前期处理细节。

/* Standard power change method, used to apply power changes to most
 * widgets.
 */
static int dapm_generic_apply_power(struct snd_soc_dapm_widget *w)
{
    int ret;

    /* call any power change event handlers */
    if (w->event)
        pr_debug("power %s event for %s flags %x\n",
             w->power ? "on" : "off",
             w->name, w->event_flags);

    //在开关widget前，先执行标识为SND_SOC_DAPM_PRE_PMU/SND_SOC_DAPM_PRE_PMD的event
    //回调函数分支。event flag定义见dapm.h。

    /* power up pre event */
    if (w->power && w->event &&
        (w->event_flags & SND_SOC_DAPM_PRE_PMU)) {
        ret = w->event(w, NULL, SND_SOC_DAPM_PRE_PMU);
        if (ret < 0)
            return ret;
    }

    /* power down pre event */
    if (!w->power && w->event &&
        (w->event_flags & SND_SOC_DAPM_PRE_PMD)) {
        ret = w->event(w, NULL, SND_SOC_DAPM_PRE_PMD);
        if (ret < 0)
            return ret;
    }

    //关闭widget前，如果该widget属于PGA部件，调用dapm_set_pga控制pga部件音量逐步减少，
    //减少部件断电时产生的POP音。
    /* Lower PGA volume to reduce pops */
    if (w->id == snd_soc_dapm_pga && !w->power)
        dapm_set_pga(w, w->power);

    //操作widget开启或关闭。
    dapm_update_bits(w);

    //开启widget后，如果该widget属于PGA部件，调用dapm_set_pga控制pga部件音量逐步增大，
    //减少部件断电时产生的POP音。
    /* Raise PGA volume to reduce pops */
    if (w->id == snd_soc_dapm_pga && w->power)
        dapm_set_pga(w, w->power);

    //在开关widget后，执行标识为SND_SOC_DAPM_POST_PMU/SND_SOC_DAPM_POST_PMD的event
    //回调函数分支。event flag定义见dapm.h。

    /* power up post event */
    if (w->power && w->event &&
        (w->event_flags & SND_SOC_DAPM_POST_PMU)) {
        ret = w->event(w,
                   NULL, SND_SOC_DAPM_POST_PMU);
        if (ret < 0)
            return ret;
    }

    /* power down post event */
    if (!w->power && w->event &&
        (w->event_flags & SND_SOC_DAPM_POST_PMD)) {
        ret = w->event(w, NULL, SND_SOC_DAPM_POST_PMD);
        if (ret < 0)
            return ret;
    }

    return 0;
}

七、dapm_seq_insert

/* Insert a widget in order into a DAPM power sequence. */
static void dapm_seq_insert(struct snd_soc_dapm_widget *new_widget,
                struct list_head *list,
                int sort[])
{
    struct snd_soc_dapm_widget *w;

    list_for_each_entry(w, list, power_list)
        if (dapm_seq_compare(new_widget, w, sort) < 0) {
            list_add_tail(&new_widget->power_list, &w->power_list);
            return;
        }

    list_add_tail(&new_widget->power_list, list);
}

这个函数的作用是：将widget按照一定的顺序插入到链表list中。在power up/down时，为了减少可能由此产生的POP音，必须按照一定的顺序来操作这些widgets，这个顺序就是由dapm_seq_insert来指定的。

power down时，顺序如下：

static int dapm_down_seq[] = {
    [snd_soc_dapm_pre] = 0,
    [snd_soc_dapm_adc] = 1,
    [snd_soc_dapm_hp] = 2,
    [snd_soc_dapm_spk] = 2,
    [snd_soc_dapm_pga] = 4,
    [snd_soc_dapm_mixer_named_ctl] = 5,
    [snd_soc_dapm_mixer] = 5,
    [snd_soc_dapm_dac] = 6,
    [snd_soc_dapm_mic] = 7,
    [snd_soc_dapm_micbias] = 8,
    [snd_soc_dapm_mux] = 9,
    [snd_soc_dapm_value_mux] = 9,
    [snd_soc_dapm_aif_in] = 10,
    [snd_soc_dapm_aif_out] = 10,
    [snd_soc_dapm_supply] = 11,
    [snd_soc_dapm_post] = 12,
};

power up时，顺序如下：

static int dapm_up_seq[] = {
    [snd_soc_dapm_pre] = 0,
    [snd_soc_dapm_supply] = 1,
    [snd_soc_dapm_micbias] = 2,
    [snd_soc_dapm_aif_in] = 3,
    [snd_soc_dapm_aif_out] = 3,
    [snd_soc_dapm_mic] = 4,
    [snd_soc_dapm_mux] = 5,
    [snd_soc_dapm_value_mux] = 5,
    [snd_soc_dapm_dac] = 6,
    [snd_soc_dapm_mixer] = 7,
    [snd_soc_dapm_mixer_named_ctl] = 7,
    [snd_soc_dapm_pga] = 8,
    [snd_soc_dapm_adc] = 9,
    [snd_soc_dapm_hp] = 10,
    [snd_soc_dapm_spk] = 10,
    [snd_soc_dapm_post] = 11,
};

可以看出，这个顺序是合理的，符合音频depop常规原理。

总结：dapm机制分析上篇就到这里吧，介绍了一些重要的子函数细节，对于dapm机制提及不多，下篇会涉及到dapm的建立和触发过程。其实就我个人而言，最难理解的就是这些细节了。为了尽量消除POP，dapm_set_pga负责pga部件的depop，dapm_seq_insert负责组织widgets power up/down操作次序；power_check系列函数用于检查指定widget是否需要power up，由此又涉及到endpoint、complete paths等概念。