基于NXP iMX8處理器擴展外部 SGTL5000 音頻接口

By Toradex胡珊逢

Apalis iMX8 計算機模塊的數字音頻接口 SAI（Synchronous Audio Interface）可以配置為 AC97、I2S格式，用于連接外部音頻編****。文章接下來(lái)將介紹在 Linux BSP v6 上如何擴展第二路 SGTL5000。

iMX8 處理器具有多路 SAI 通道，SAI1 已經(jīng)被模塊片上的 SGTL5000 使用，SAI0 通道引出到模塊金手指上，并且是兼容 Apalis 標準數字音頻接口，該通道在基于其他 CPU 的 Apalis 模塊也可以直接使用。因此，我們選擇 SAI0 擴展外部 SGTL5000。

SGTL5000 面向 iMX8 處理器的接口主要是 I2S 和時(shí)鐘信號。

Apalis iMX8 的 SAI0 通道可以直接連接 SGTL5000 的 I2S 接口。但是 MXM3_194 引腳上沒(méi)有時(shí)鐘信號。對于外部音頻編****如果需要時(shí)鐘輸入，如 SGTL5000 的 SYS_MCLK，可以選擇 MXM3_215 引腳，或者采用外部時(shí)鐘源，如晶振。

SGTL5000 在 master mode 時(shí)可以向 Apalis iMX8 輸出 I2S_LRCLK 和 I2S_SCLK 信號。 當SYS_MCLK = SupportedRates * Fs，I2S_LRCLK 可以和 SYS_MCLK 同步。如果無(wú)法滿(mǎn)足，SGTL5000 則會(huì )使用內部的 PLL  產(chǎn)生符合音源的  I2S_LRCLK 頻率。PLL 的使用會(huì )增加 額外的功耗。PLL 的時(shí)鐘輸入也來(lái)自 SYS_MCLK，可以支持 8.0 到 27MHz 頻率。

外部 SGTL5000 原理圖如下，其中使用一個(gè)12.28MHz 的外部有源晶振。

接下來(lái)修改 device tree 添加 SGTL5000 的相關(guān)配置。

imx8-apalis-v1.1.dtsi  的 I2C3 節點(diǎn)添加 SGTL5000 的 I2C 配置。

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/* Apalis I2C3 (CAM) */
&i2c3 {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    clock-frequency = <100000>;
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_lpi2c3>;
    status = "okay";

    external_sgtl5000: audio-codec@a {
        #sound-dai-cells = <0>;
        compatible = "fsl,sgtl5000";
        reg = <0xa>;
        //micbias-resistor-k-ohms = <2>;
        micbias-voltage-m-volts = <2250>;
        VDDA-supply = <?_ex_auido_3v>;
        VDDIO-supply = <?_ex_auido_3v>;
        VDDD-supply = <?_ex_auido_1v8>;
        clocks = <&ex_audio_clk>;
    };

};

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SGTL5000 使用外部的電源供電，所以也需要添加 VDDA-supply，VDDIO-supply 和 VDDD-supply。

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   reg_ex_auido_3v: regulator-ex-audio-3v {
        compatible = "regulator-fixed";
        regulator-name = "ex-audio-3V";
        regulator-min-microvolt = <3300000>;
        regulator-max-microvolt = <3300000>;
        regulator-always-on;
    };

    reg_ex_auido_1v8: regulatorex-audio-1v8 {
        compatible = "regulator-fixed";
        regulator-name = "+V1.8";
        regulator-min-microvolt = <1800000>;
        regulator-max-microvolt = <1800000>;
    };

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以及外部時(shí)鐘定義。

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    ex_audio_clk: sgtl5000_12M {
        compatible = "fixed-clock";
        #clock-cells = <0>;
        clock-frequency = <12288000>;
    };

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在原有的 sound 節點(diǎn)后再增加一個(gè) 外部 SGTL5000 的 sound_external。

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    sound_external {
        compatible = "simple-audio-card";
        simple-audio-card,bitclock-master = <&dailink_master_external>;
        simple-audio-card,format = "i2s";
        simple-audio-card,frame-master = <&dailink_master_external>;
        simple-audio-card,name = "external-sgtl5000";

        simple-audio-card,cpu {
            sound-dai = <&sai0>;
        };

        dailink_master_external: simple-audio-card,codec {
            sound-dai = <&external_sgtl5000>;
            system-clock-frequency = <12288000>;
        };
    };

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配置 sai0 節點(diǎn)。

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&sai0 {
    assigned-clocks = <&clk IMX_SC_R_AUDIO_PLL_0 IMX_SC_PM_CLK_PLL>,
            <&clk IMX_SC_R_AUDIO_PLL_0 IMX_SC_PM_CLK_SLV_BUS>,
            <&clk IMX_SC_R_AUDIO_PLL_0 IMX_SC_PM_CLK_MST_BUS>,
            <&sai0_lpcg 0>;
    assigned-clock-rates = <786432000>, <49152000>, <12288000>, <49152000>;
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_sai0>;
    #sound-dai-cells = <0>;
    //fsl,txm-rxs;
};

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最后在 imx8-apalis-ixora-v1.2.dtsi 里啟用 SAI0。

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&sai0 {
    status = "okay";
};

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參考這里重新編譯和部署 device tree 。上面提到的 patch 文件下載。重新啟動(dòng)后檢查外部 SGTL5000 掛載情況。在I2C-5 通道上已經(jīng)發(fā)現地址為 0x0a 的設備。

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root@apalis-imx8-06852111:/tmp# i2cdetect -y -r 5
0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:                         -- -- UU -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

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相應的驅動(dòng)也加載。

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root@apalis-imx8-06852111:/tmp# dmesg|grep sgtl
[    2.128045] sgtl5000 3-000a: sgtl5000 revision 0x11
[    2.264861] sgtl5000 5-000a: sgtl5000 revision 0x11

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檢查聲卡設備，發(fā)現 sysdefault:CARD=externalsgtl500。

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root@apalis-imx8-06852111:/tmp# aplay -L

null

    Discard all samples (playback) or generate zero samples (capture)

sysdefault:CARD=externalsgtl500

    external-sgtl5000, 59040000.sai-sgtl5000 sgtl5000-0

    Default Audio Device

sysdefault:CARD=apalisimx8qmsgt

    apalis-imx8qm-sgtl5000, 59050000.sai-sgtl5000 sgtl5000-0

    Default Audio Device

sysdefault:CARD=imxspdif

    imx-spdif, S/PDIF PCM snd-soc-dummy-dai-0

    Default Audio Device

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使用 BSP 默認的音頻文件播放。

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root@apalis-imx8-06852111:/tmp# aplay -D sysdefault:CARD=externalsgtl500 ~/sound/Gong.wav

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如果音量小的話(huà)，使用 alsamixer 調整。按F6 選擇外部 SGTL5000。

Gong.wav 是一個(gè)采樣率44.1KHz，16bit雙聲道文件，比特率=16*2*44.1K=1.4MHz。如下面示波器測量顯示，CH1 是LRCLK，CH2 是 SCLK。

SGTL5000 在播放時(shí)會(huì )根據音源文件調整工作參數，例如時(shí)鐘，PLL 工作狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò) cat /sys/kernel/debug/regmap/5-000a/registers 命令查看寄存器配置。由于 SGTL5000 的已經(jīng)被其驅動(dòng)占用，所以無(wú)法使用 i2cget 讀取寄存器。

例如寄存器 CHIP_CLK_CTRL 0x0004 的值為 0007。bit3:2=0x01，表示采樣頻率為 44.1KHz。Bit 1:0 = 0x3，表示使用 PLL 。這是由于  44.1KHz 信號無(wú)法通過(guò) 12.28MHz 的 256、384或 512 倍分頻得到，所以只能使用 PLL 產(chǎn)生。

外部 SGTL5000 的錄音功能可以使用下面命令。

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root@apalis-imx8-06852111:/tmp# arecord -D hw:0,0 -V mono -c 2 -f S16_LE -r 44100 -t wav mic.wav

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其中 hw:0,0 可以 aplay -l 命令查看對應聲卡的 card, subdevice 序號。

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root@apalis-imx8-06852111:/tmp# aplay -l

**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****

card 0: externalsgtl500 [external-sgtl5000], device 0: 59040000.sai-sgtl5000 sgtl5000-0 [59040000.sai-sgtl5000 sgtl5000-0]

  Subdevices: 1/1

  Subdevice #0: subdevice #0

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總結

Apalis iMX8 的數字音頻接口可以非常方便地擴展音頻編****，具體的引腳分配、device tree 配置等需要結合所使用的音頻編****，有些可能會(huì )十分簡(jiǎn)單，如 MAX98357A，其甚至不需要 I2C 和 SYS_MCLK 就可以直接工作。Apalis iMX8 所使用的 Linux kernel 源碼中有非常多的示例可供用戶(hù)參考。