Linux 内核音频子系统调试

发布时间 2023-08-24 18:52:33作者: wolfcs

debugfs 文件系统

debugfs 可以为 Linux 内核各个模块的分析调试,提供许多信息,如音频子系统的 ASoC,以及 tracing 等。debugfs 文件系统可以通过命令行工具挂载,如下所示:

root@apollo:~# ls /sys/kernel/debug/
root@apollo:~# mount -t debugfs nodev /sys/kernel/debug
root@apollo:~# ls /sys/kernel/debug/
asoc                device_component    fault_around_bytes  mtd                 regulator           virtio-ports
bdi                 devices_deferred    gpio                opp                 remoteproc          wakeup_sources
block               dma_buf             hid                 pinctrl             sleep_time
clear_warn_once     dma_pools           iio                 pm_genpd            split_huge_pages
clk                 dmaengine           interconnect        pwm                 suspend_stats
debug_enabled       energy_model        irq                 ras                 swiotlb
devfreq             extfrag             memblock            regmap              usb

debugfs 文件系统也可以在系统启动时自动挂载,这需要修改 /etc/fstab 文件,需要在这个文件中添加如下的行:

debugfs  /sys/kernel/debug  debugfs  defaults  0  0

挂载了 debugfs 文件系统之后,可以在 /sys/kernel/debug/asoc/ 目录下看到注册的所有 DAI、component 和 sound card,如:

root@apollo:~# ls /sys/kernel/debug/asoc/
components        dais              rt5651codec_card

在 sound card 对应的目录下,可以看到其更详细的组成,如:

root@apollo:~# ls /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/
725000.i2s     dapm           dapm_pop_time  rt5651.0-001a

这里的 sound card 主要由位于 0x725000 的 I2S 设备,也就是 CPU DAI,几个 DAPM 小组件,及 audio codec ALC5651,也就是 Codec DAI 组成。在 sound card 的 dapm 目录下,可以看到关于它的 DAPM 小组件的更详细的信息,如:

root@apollo:~# ls /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/dapm
HDMIIN       Headphones   Headset Mic  Int Mic      Lineout      bias_level

查看 sound card 的 dapm 目录下各个文件的内容,可以了解对应 DAPM 小组件的状态,如:

root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/dapm/'Headset Mic'
Headset Mic: Off  in 1 out 0

这些小组件可能需要用户专门通过工具来开关,也可能播放和录制的应用软件会自动地开关。如 Headphones 小组件,它不需要用户专门通过工具来开关。在不播放音频文件时,它的状态为 Off,如:

root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/dapm/Headphones
Headphones: Off  in 0 out 1
 in  "static" "HPOR"
 in  "static" "HPOL"

当启动 tinyplay 播放一个 WAV 文件时,这个小组件的状态变为 On,如:

root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/dapm/Headphones
Headphones: On  in 16 out 1
 in  "static" "HPOR"
 in  "static" "HPOL"

在 sound card 的 rt5651.0-001a 目录下,可以看到关于它的 audio codec ALC 5651 的更详细的信息,如:

root@apollo:~# ls /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/rt5651.0-001a/
dapm

ALC 5651 的 Linux 内核驱动程序,主要提供了众多 DAPM 小组件,来对其内部各部分进行控制,如音量,静音,DAC,ADC,Headphone,Line out 等。

ALC 5651 的 DAPM 小组件主要有如下这些:

root@apollo:~# ls /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/rt5651.0-001a/dapm/
ADC ASRC                            HPO R Playback                      LOUT R Playback
ADC L                               HPO R Playback Switch Autodisable   LOUT R Playback Switch Autodisable
ADC L Power                         HPOL                                LOUTL
ADC R                               HPOL MIX                            LOUTR
ADC R Power                         HPOR                                MIC1
AIF1 Capture                        HPOR MIX                            MIC2
AIF1 Playback                       HPOVOL L                            MIC3
AIF1RX                              HPOVOL R                            OUT MIXL
AIF1TX                              I2S1                                OUT MIXR
AIF2 Capture                        I2S1 ASRC                           OUTVOL L
AIF2 Playback                       I2S2                                OUTVOL R
AIF2RX                              I2S2 ASRC                           PDM L Mux
AIF2TX                              IF1 ADC1                            PDM R Mux
Amp Power                           IF1 ADC2                            PDML
Audio DSP                           IF1 DAC                             PDMR
BST1                                IF1 DAC1 L                          RECMIXL
BST2                                IF1 DAC1 R                          RECMIXR
BST3                                IF1 DAC2 L                          STO1 DAC ASRC
DAC L1                              IF1 DAC2 R                          STO2 DAC ASRC
DAC L1 Power                        IF2 ADC                             Stereo DAC MIXL
DAC L2 Mux                          IF2 DAC                             Stereo DAC MIXR
DAC L2 Volume                       IF2 DAC L                           Stereo1 ADC L1 Mux
DAC MIXL                            IF2 DAC R                           Stereo1 ADC L2 Mux
DAC MIXR                            IN1P                                Stereo1 ADC MIXL
DAC R1                              IN2N                                Stereo1 ADC MIXR
DAC R1 Power                        IN2P                                Stereo1 ADC R1 Mux
DAC R2 Mux                          IN3P                                Stereo1 ADC R2 Mux
DAC R2 Volume                       INL1                                Stereo1 Filter
DD MIXL                             INL1 VOL                            Stereo2 ADC L1 Mux
DD MIXR                             INL2                                Stereo2 ADC L2 Mux
DMIC CLK                            INL2 VOL                            Stereo2 ADC MIXL
DMIC L1                             INR1                                Stereo2 ADC MIXR
DMIC R1                             INR1 VOL                            Stereo2 ADC R1 Mux
HP Amp                              INR2                                Stereo2 ADC R2 Mux
HP L Amp                            INR2 VOL                            Stereo2 Filter
HP Post                             LDO                                 Stero1 DAC Power
HP R Amp                            LOUT L Playback                     Stero2 DAC Power
HPO L Playback                      LOUT L Playback Switch Autodisable  bias_level
HPO L Playback Switch Autodisable   LOUT MIX                            micbias1

同样,查看这些文件的内容,可以了解它们的状态。其中的许多,有播放和录制应用自动控制。如其中的耳机输出开关 HPOVOL L,在播放文件之前状态如下:

root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/rt5651.0-001a/dapm/'HPOVOL L'
HPOVOL L: Off  in 0 out 2 - R102(0x66) mask 0x800
 out  "HPO MIX HPVOL Switch" "HPOL MIX"
 in  "Switch" "OUT MIXL"

在播放文件之后,其状态则为:

root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/rt5651.0-001a/dapm/'HPOVOL L'
HPOVOL L: On  in 2 out 2 - R102(0x66) mask 0x800
 out  "HPO MIX HPVOL Switch" "HPOL MIX"
 in  "Switch" "OUT MIXL"

这里还会显示各个 DAPM 小组件的音频路由,即其输入和输出分别是其它哪个小组件。通过 debugfs 文件系统了解音频子系统的状态比较方便,但控制各个 DAPM 小组件的开关则需要其它工具,如 tinymix 等。

tinymix

tinymix 可用来获取或设置各个 control 的状态,这个工具用法如下:

root@apollo:~# tinymix --help
usage: tinymix [options] <command>
options:
        -h, --help               : prints this help message and exits
        -v, --version            : prints this version of tinymix and exits
        -D, --card NUMBER        : specifies the card number of the mixer

commands:
        get NAME|ID              : prints the values of a control
        set NAME|ID VALUE(S) ... : sets the value of a control
                VALUE(S): integers, percents, and relative values
                        Integers: 0, 100, -100 ...
                        Percents: 0%, 100% ...
                        Relative values: 1+, 1-, 1%+, 2%+ ...
        controls                 : lists controls of the mixer
        contents                 : lists controls of the mixer and their contents

tinymix controls 命令可以列出系统中所有的控制接口,如:

root@apollo:~# tinymix controls
Number of controls: 91
ctl     type    num     name
0       INT     2       HP Playback Volume
1       INT     2       OUT Playback Volume
2       BOOL    2       DAC2 Playback Switch
3       INT     2       DAC1 Playback Volume
4       INT     2       Mono DAC Playback Volume
5       INT     1       IN1 Boost
6       INT     1       IN2 Boost
7       INT     1       IN3 Boost
8       INT     2       IN Capture Volume
9       BOOL    2       ADC Capture Switch
10      INT     2       ADC Capture Volume
11      INT     2       Mono ADC Capture Volume
12      INT     2       ADC Boost Gain
13      BOOL    1       IF1 ASRC Switch
14      BOOL    1       IF2 ASRC Switch
15      BOOL    1       DMIC ASRC Switch
16      ENUM    1       ADC IF2 Data Switch
17      ENUM    1       DAC IF2 Data Switch
18      BOOL    1       Headphones Switch
19      BOOL    1       Lineout Switch
20      BOOL    1       Headset Mic Switch
21      BOOL    1       Int Mic Switch
22      BOOL    1       RECMIXL INL1 Switch
23      BOOL    1       RECMIXL BST3 Switch
24      BOOL    1       RECMIXL BST2 Switch
25      BOOL    1       RECMIXL BST1 Switch
26      BOOL    1       RECMIXR INR1 Switch
27      BOOL    1       RECMIXR BST3 Switch
28      BOOL    1       RECMIXR BST2 Switch
29      BOOL    1       RECMIXR BST1 Switch
30      ENUM    1       Stereo1 ADC L2 Mux
31      ENUM    1       Stereo1 ADC R2 Mux
32      ENUM    1       Stereo1 ADC L1 Mux
33      ENUM    1       Stereo1 ADC R1 Mux
34      ENUM    1       Stereo2 ADC L2 Mux
35      ENUM    1       Stereo2 ADC L1 Mux
36      ENUM    1       Stereo2 ADC R1 Mux
37      ENUM    1       Stereo2 ADC R2 Mux
38      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXL ADC1 Switch
39      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXL ADC2 Switch
40      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXR ADC1 Switch
41      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXR ADC2 Switch
42      BOOL    1       Stereo2 ADC MIXL ADC1 Switch
43      BOOL    1       Stereo2 ADC MIXL ADC2 Switch
44      BOOL    1       Stereo2 ADC MIXR ADC1 Switch
45      BOOL    1       Stereo2 ADC MIXR ADC2 Switch
46      ENUM    1       IF2 ADC
47      ENUM    1       PDM L Mux
48      ENUM    1       PDM R Mux
49      BOOL    1       DAC MIXL Stereo ADC Switch
50      BOOL    1       DAC MIXL INF1 Switch
51      BOOL    1       DAC MIXR Stereo ADC Switch
52      BOOL    1       DAC MIXR INF1 Switch
53      ENUM    1       DAC L2 Mux
54      ENUM    1       DAC R2 Mux
55      BOOL    1       Stereo DAC MIXL DAC L1 Switch
56      BOOL    1       Stereo DAC MIXL DAC L2 Switch
57      BOOL    1       Stereo DAC MIXL DAC R1 Switch
58      BOOL    1       Stereo DAC MIXR DAC R1 Switch
59      BOOL    1       Stereo DAC MIXR DAC R2 Switch
60      BOOL    1       Stereo DAC MIXR DAC L1 Switch
61      BOOL    1       DD MIXL DAC L1 Switch
62      BOOL    1       DD MIXL DAC L2 Switch
63      BOOL    1       DD MIXL DAC R2 Switch
64      BOOL    1       DD MIXR DAC R1 Switch
65      BOOL    1       DD MIXR DAC R2 Switch
66      BOOL    1       DD MIXR DAC L2 Switch
67      BOOL    1       OUT MIXL BST1 Switch
68      BOOL    1       OUT MIXL BST2 Switch
69      BOOL    1       OUT MIXL INL1 Switch
70      BOOL    1       OUT MIXL REC MIXL Switch
71      BOOL    1       OUT MIXL DAC L1 Switch
72      BOOL    1       OUT MIXR BST2 Switch
73      BOOL    1       OUT MIXR BST1 Switch
74      BOOL    1       OUT MIXR INR1 Switch
75      BOOL    1       OUT MIXR REC MIXR Switch
76      BOOL    1       OUT MIXR DAC R1 Switch
77      BOOL    1       OUTVOL L Switch
78      BOOL    1       OUTVOL R Switch
79      BOOL    1       HPOVOL L Switch
80      BOOL    1       HPOVOL R Switch
81      BOOL    1       HPO MIX DAC1 Switch
82      BOOL    1       HPO MIX HPVOL Switch
83      BOOL    1       LOUT MIX DAC L1 Switch
84      BOOL    1       LOUT MIX DAC R1 Switch
85      BOOL    1       LOUT MIX OUTVOL L Switch
86      BOOL    1       LOUT MIX OUTVOL R Switch
87      BOOL    1       HPO L Playback Switch
88      BOOL    1       HPO R Playback Switch
89      BOOL    1       LOUT L Playback Switch
90      BOOL    1       LOUT R Playback Switch

tinymix controls 命令每行列出一个控制接口,其中包含控制 ID,可以用于其它命令,值的类型,及控制接口的名称等。tinymix contents 命令在列出 tinymix controls 命令列出的内容之外,还会列出各个控制接口的状态,如:

root@apollo:~# tinymix contents
Number of controls: 91
ctl     type    num     name                                    value
0       INT     2       HP Playback Volume                      31, 31 (range 0->39)
1       INT     2       OUT Playback Volume                     31, 31 (range 0->39)
2       BOOL    2       DAC2 Playback Switch                    On, On
3       INT     2       DAC1 Playback Volume                    175, 175 (range 0->175)
4       INT     2       Mono DAC Playback Volume                175, 175 (range 0->175)
5       INT     1       IN1 Boost                               0 (range 0->8)
6       INT     1       IN2 Boost                               0 (range 0->8)
7       INT     1       IN3 Boost                               0 (range 0->8)
8       INT     2       IN Capture Volume                       23, 23 (range 0->31)
9       BOOL    2       ADC Capture Switch                      On, On
10      INT     2       ADC Capture Volume                      47, 47 (range 0->127)
11      INT     2       Mono ADC Capture Volume                 47, 47 (range 0->127)
12      INT     2       ADC Boost Gain                          0, 0 (range 0->3)
13      BOOL    1       IF1 ASRC Switch                         Off
14      BOOL    1       IF2 ASRC Switch                         Off
15      BOOL    1       DMIC ASRC Switch                        Off
16      ENUM    1       ADC IF2 Data Switch                     > Normal, Swap, left copy to right, right copy to left,
17      ENUM    1       DAC IF2 Data Switch                     > Normal, Swap, left copy to right, right copy to left,
18      BOOL    1       Headphones Switch                       On
19      BOOL    1       Lineout Switch                          On
20      BOOL    1       Headset Mic Switch                      On
21      BOOL    1       Int Mic Switch                          On
22      BOOL    1       RECMIXL INL1 Switch                     Off
23      BOOL    1       RECMIXL BST3 Switch                     Off
24      BOOL    1       RECMIXL BST2 Switch                     Off
25      BOOL    1       RECMIXL BST1 Switch                     Off
26      BOOL    1       RECMIXR INR1 Switch                     Off
27      BOOL    1       RECMIXR BST3 Switch                     Off
28      BOOL    1       RECMIXR BST2 Switch                     Off
29      BOOL    1       RECMIXR BST1 Switch                     Off
30      ENUM    1       Stereo1 ADC L2 Mux                      DMIC, > DD MIX,
31      ENUM    1       Stereo1 ADC R2 Mux                      DMIC, > DD MIX,
32      ENUM    1       Stereo1 ADC L1 Mux                      DD MIX, > ADC,
33      ENUM    1       Stereo1 ADC R1 Mux                      DD MIX, > ADC,
34      ENUM    1       Stereo2 ADC L2 Mux                      DMIC L, > DD MIXL,
35      ENUM    1       Stereo2 ADC L1 Mux                      DD MIXL, > ADCL,
36      ENUM    1       Stereo2 ADC R1 Mux                      > DD MIXR, ADCR,
37      ENUM    1       Stereo2 ADC R2 Mux                      > DMIC R, DD MIXR,
38      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXL ADC1 Switch            Off
39      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXL ADC2 Switch            Off
40      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXR ADC1 Switch            Off
41      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXR ADC2 Switch            Off
42      BOOL    1       Stereo2 ADC MIXL ADC1 Switch            Off
43      BOOL    1       Stereo2 ADC MIXL ADC2 Switch            Off
44      BOOL    1       Stereo2 ADC MIXR ADC1 Switch            Off
45      BOOL    1       Stereo2 ADC MIXR ADC2 Switch            Off
46      ENUM    1       IF2 ADC                                 > IF1 ADC1, IF1 ADC2,
47      ENUM    1       PDM L Mux                               > DD MIX, Stereo DAC MIX,
48      ENUM    1       PDM R Mux                               > DD MIX, Stereo DAC MIX,
49      BOOL    1       DAC MIXL Stereo ADC Switch              Off
50      BOOL    1       DAC MIXL INF1 Switch                    On
51      BOOL    1       DAC MIXR Stereo ADC Switch              Off
52      BOOL    1       DAC MIXR INF1 Switch                    On
53      ENUM    1       DAC L2 Mux                              IF1, > IF2,
54      ENUM    1       DAC R2 Mux                              IF1, > IF2,
55      BOOL    1       Stereo DAC MIXL DAC L1 Switch           On
56      BOOL    1       Stereo DAC MIXL DAC L2 Switch           Off
57      BOOL    1       Stereo DAC MIXL DAC R1 Switch           Off
58      BOOL    1       Stereo DAC MIXR DAC R1 Switch           On
59      BOOL    1       Stereo DAC MIXR DAC R2 Switch           Off
60      BOOL    1       Stereo DAC MIXR DAC L1 Switch           Off
61      BOOL    1       DD MIXL DAC L1 Switch                   Off
62      BOOL    1       DD MIXL DAC L2 Switch                   Off
63      BOOL    1       DD MIXL DAC R2 Switch                   Off
64      BOOL    1       DD MIXR DAC R1 Switch                   Off
65      BOOL    1       DD MIXR DAC R2 Switch                   Off
66      BOOL    1       DD MIXR DAC L2 Switch                   Off
67      BOOL    1       OUT MIXL BST1 Switch                    Off
68      BOOL    1       OUT MIXL BST2 Switch                    Off
69      BOOL    1       OUT MIXL INL1 Switch                    Off
70      BOOL    1       OUT MIXL REC MIXL Switch                Off
71      BOOL    1       OUT MIXL DAC L1 Switch                  On
72      BOOL    1       OUT MIXR BST2 Switch                    Off
73      BOOL    1       OUT MIXR BST1 Switch                    Off
74      BOOL    1       OUT MIXR INR1 Switch                    Off
75      BOOL    1       OUT MIXR REC MIXR Switch                Off
76      BOOL    1       OUT MIXR DAC R1 Switch                  On
77      BOOL    1       OUTVOL L Switch                         Off
78      BOOL    1       OUTVOL R Switch                         Off
79      BOOL    1       HPOVOL L Switch                         On
80      BOOL    1       HPOVOL R Switch                         On
81      BOOL    1       HPO MIX DAC1 Switch                     On
82      BOOL    1       HPO MIX HPVOL Switch                    On
83      BOOL    1       LOUT MIX DAC L1 Switch                  Off
84      BOOL    1       LOUT MIX DAC R1 Switch                  Off
85      BOOL    1       LOUT MIX OUTVOL L Switch                Off
86      BOOL    1       LOUT MIX OUTVOL R Switch                Off
87      BOOL    1       HPO L Playback Switch                   On
88      BOOL    1       HPO R Playback Switch                   On
89      BOOL    1       LOUT L Playback Switch                  Off
90      BOOL    1       LOUT R Playback Switch                  Off

对于相同的 Audio codec,由于 sound card 注册的控制接口不确定,因而其各个控制接口,在不同设备中的控制 ID 可能是不同的,但其名称都是相同的。

要想使播放或录制正常运转,通常需要开启 sound card 及 audio codec 中相关各个控制接口的开关。如要播放音频,对于 ALC 5651 则需要开启如下这些控制接口:

18      BOOL    1       Headphones Switch                       On
50      BOOL    1       DAC MIXL INF1 Switch                    On
52      BOOL    1       DAC MIXR INF1 Switch                    On
55      BOOL    1       Stereo DAC MIXL DAC L1 Switch           On
58      BOOL    1       Stereo DAC MIXR DAC R1 Switch           On
71      BOOL    1       OUT MIXL DAC L1 Switch                  On
76      BOOL    1       OUT MIXR DAC R1 Switch                  On
79      BOOL    1       HPOVOL L Switch                         On
80      BOOL    1       HPOVOL R Switch                         On
81      BOOL    1       HPO MIX DAC1 Switch                     On
82      BOOL    1       HPO MIX HPVOL Switch                    On
87      BOOL    1       HPO L Playback Switch                   On
88      BOOL    1       HPO R Playback Switch                   On

tinymix get 命令可以用于获取具体某个控制接口的状态,其参数为上面看到的控制 ID,如:

root@apollo:~# tinymix get 18
On

tinymix set 命令可以用于设置具体某个控制接口的状态,其参数为上面看到的控制 ID 和要设置的值,如:

root@apollo:~# tinymix get 18
On
root@apollo:~# tinymix set 18 0
root@apollo:~# tinymix get 18
Off
root@apollo:~# tinymix set 18 1
root@apollo:~# tinymix get 18
On

对于 ALC 5651,如要播放音频,则需要先打开如下这些控制接口的开关:

root@apollo:~# tinymix set 18 1
root@apollo:~# tinymix set 50 1
root@apollo:~# tinymix set 52 1
root@apollo:~# tinymix set 55 1
root@apollo:~# tinymix set 58 1
root@apollo:~# tinymix set 71 1
root@apollo:~# tinymix set 76 1
root@apollo:~# tinymix set 79 1
root@apollo:~# tinymix set 80 1
root@apollo:~# tinymix set 81 1
root@apollo:~# tinymix set 82 1
root@apollo:~# tinymix set 87 1
root@apollo:~# tinymix set 88 1

在播放音频数据的过程中,可以看到 audio codec 的 DAPM 小部件 AIF1 Playback 的状态由 inactive 变为 active, sound card 的 DAPM 小部件 Headphones 的状态由 Off 变为 On如:

root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/rt5651.0-001a/dapm/'AIF1 Playback'
AIF1 Playback: Off  in 0 out 18
 stream AIF1 Playback inactive
 out  "static" "AIF1RX"
 in  "static" "Playback"
root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/rt5651.0-001a/dapm/'AIF1 Playback'
AIF1 Playback: On  in 1 out 18
 stream AIF1 Playback active
 out  "static" "AIF1RX"
 in  "static" "Playback"
root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/asoc/rt5651codec_card/dapm/Headphones
Headphones: On  in 16 out 1
 in  "static" "HPOR"
 in  "static" "HPOL"

如果要用 ALC 5651 录音,则需要打开如下这些控制接口的开关:

24      BOOL    1       RECMIXL BST2 Switch                     Off
28      BOOL    1       RECMIXR BST2 Switch                     Off
32      ENUM    1       Stereo1 ADC L1 Mux                      DD MIX, > ADC,
33      ENUM    1       Stereo1 ADC R1 Mux                      DD MIX, > ADC,
38      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXL ADC1 Switch            Off
40      BOOL    1       Stereo1 ADC MIXR ADC1 Switch            Off

这需要执行如下命令:

root@apollo:~# tinymix set 24 1
root@apollo:~# tinymix set 28 1
root@apollo:~# tinymix set 38 1
root@apollo:~# tinymix set 40 1

i2cget/i2cset

调试 Linux 内核音频子系统时,如果怀疑音频设备的寄存器设置不正确,则可以根据不同设备的特性,采取不同的方法来确认。在 SoC 上,许多设备的寄存器被映射到物理内存地址空间,访问设备的寄存器就像访问物理内存一样,如 I2S 总线。还有一些设备的寄存器,需要通过 I2C 等其它总线访问,如 audio codec ALC 5651。在 Linux 内核驱动程序的实现中,这些设备的寄存器都可以用 regmap 机制来访问。

debugfs 文件系统的 /sys/kernel/debug/regmap 目录中,可以看到使用了 regmap 机制的设备,如:

root@apollo:~# ls /sys/kernel/debug/regmap/
0-001a/                725000.i2s/            dummy-crg_vid@2c0000/

在上面各个具体设备的目录中,可以看到关于该设备的 regmap 的更详细信息,如 audio codec ALC 5651 的 0-001a 目录包含如下内容:

root@apollo:~# ls /sys/kernel/debug/regmap/0-001a/
PR            cache_bypass  cache_only    range         registers
access        cache_dirty   name          rbtree

查看目录中 registers 文件的内容,可以看到设备的所有寄存器当前的值,如:

root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/regmap/0-001a/registers
000: 0000
002: 8888
003: c8c8
005: 0000
00d: 0000
00e: 0000
00f: 0808
010: 0808
019: afaf
01a: afaf
 . . . . . .
0fc: 0000
0fd: 0002
0fe: 10ec
0ff: 6281
100: aaaa
101: 4000
102: a280
 . . . . . .
1ad: 01f4
1ae: 1c10
1af: 01f4
1b0: 2000
1b1: 0000
1b2: 2000
1b3: 0800
1b4: 0800

播放音频时查看 ALC5651 电源控制寄存器 1 的值:

root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/regmap/0-001a/registers  | grep 061
061: 0000

可以用同样的方法查看 I2S 这种把设备寄存器映射到物理内存地址空间的设备的寄存器,如:

root@apollo:~# cat /sys/kernel/debug/regmap/725000.i2s/registers
000: 00000000
004: 00000000
008: 00000000
 . . . . . .

对于把设备寄存器映射到物理内存地址空间的设备,devmem 族是更好用的分析调试工具。devmemdevmset 分别可以查看和设置特定物理内存地址处的值。如:

root@apollo:~# devmem 0x9f4100000
0x00000000
root@apollo:~# devmset 0x9f4100000 0x1234 1
root@apollo:~# devmem 0x9f4100000
0x00001234

对于需要通过 I2C 来访问内部寄存器的设备,i2cget/i2cset 族则是更好的工具。i2cdetect 命令可以检测 I2C 总线的状态,这个命令的用法如下:

root@apollo:~# i2cdetect --help
BusyBox v1.35.0 () multi-call binary.

Usage: i2cdetect -l | -F I2CBUS | [-ya] [-q|-r] I2CBUS [FIRST LAST]

i2cdetect -l 命令列出所有的 I2C 设备:

root@apollo:~# i2cdetect -l
i2c-0   i2c            I2C adapter

i2cdetect -F [I2CBUS] 命令列出特定 I2C 总线支持的特性,如:

root@apollo:~# i2cdetect -F 0
Functionalities implemented by bus #0
I2C                              yes
SMBus quick command              yes
SMBus send byte                  yes
SMBus receive byte               yes
SMBus write byte                 yes
SMBus read byte                  yes
SMBus write word                 yes
SMBus read word                  yes
SMBus process call               no
SMBus block write                yes
SMBus block read                 yes
SMBus block process call         no
SMBus PEC                        no
I2C block write                  yes
I2C block read                   yes

i2cdetect [I2CBUS] 命令检测特定 I2C 总线上,哪个从地址上有设备。如下面的命令列出了 I2C 0 总线的情况:

root@apollo:~# i2cdetect -y 0
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- UU -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

在上面这个 I2C总线上,只有从地址 0x1A 上有设备,也就是 ALC5651。

i2cdump 命令可以显示特定 I2C 从设备所有寄存器的值,如下面的命令列出了 ALC5651 的所有寄存器的值:

root@apollo:~# i2cdump -fy 0 0x1a w
     0,8  1,9  2,a  3,b  4,c  5,d  6,e  7,f
00: 0000 0000 8888 c8c8 0000 0000 0000 0000
08: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0808
10: 0808 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
18: 0000 afaf afaf 000c 2f2f 2f2f 0000 0000
20: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0018
28: 1010 8080 1212 0000 0000 0000 0000 0000
30: 0050 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
38: 0000 0000 0000 0000 4100 0000 4100 0000
40: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
48: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 7802
50: 0000 0000 7802 00f0 0000 0000 0000 0000
58: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
60: 0000 0000 0000 0200 0002 0000 0000 0000
68: 0000 0000 b400 0000 0008 0000 0000 0000
70: 0080 0080 0000 0411 000c 8014 0000 000c
78: 0040 2301 0000 0000 0000 0000 0000 0000
80: 0040 0102 0008 0008 0000 0800 0000 0000
88: 0000 0000 0000 0006 0000 0000 0500 4011
90: 3707 000e 0000 0020 0002 0000 0000 0000
98: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
a0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
a8: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
b0: 8020 0000 0000 0000 0622 001f 0000 0000
b8: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
c0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
c8: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1300
d0: 8006 171c 0000 20b3 0000 0000 0004 0000
d8: 0000 0908 0000 0000 0000 0000 0000 0000
e0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
e8: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
f0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
f8: 0000 0000 1000 0000 0000 0200 ec10 8162

i2cgeti2cset分别用于读取和写入特定 I2C 从设备的寄存器。如:

root@apollo:~# i2cget -fy 0 0x1a 0xff w
0x8162

i2c* 默认不能访问已经被某个驱动程序占用的 I2C 从设备,上面看到的 -f 标记表示强制访问,-y 标记表示以 Y 来回答工具给出的提示。这些工具是按大尾端来读取和设置值的。如上面看到的,0xFF 地址处的 0x8162,其实际值为 0x6281。向 I2C 从设备的寄存器写入特定值的方法如下:

root@apollo:~# i2cset -fy 0 0x1a 0xff 0x8162 w

Done.