4. I2S控制器驱动开发（上）：设备树绑定、platform driver注册、DMA资源获取与dmaengine API使用

好，我们正式开始写I2S控制器驱动。这一章是基础，也是后面所有调试工作的前提。说白了，就是先把驱动框架搭起来，让内核知道“这里有块I2S硬件”，然后给它配上DMA通道。

我个人习惯，写任何外设驱动，第一步永远是看数据手册和原理图。别急着敲代码，先把硬件管脚、时钟、中断、DMA请求线搞清楚。你想想看，如果连I2S的TX/RX接在哪个DMA控制器上都搞错了，后面调试起来得多痛苦。

4.1 设备树绑定：告诉内核你的硬件长什么样

设备树（Device Tree）是Linux内核用来描述硬件拓扑的数据结构。对于I2S控制器，我们需要在设备树中声明它的寄存器基址、中断号、DMA通道、时钟源等信息。

一个典型的I2S控制器设备树节点长这样：

i2s0: i2s@ff210000 {
    compatible = "vendor,soc-i2s", "simple-i2s";
    reg = <0x0 0xff210000 0x0 0x1000>;
    interrupts = <GIC_SPI 45 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&clkc CLK_I2S0>, <&clkc CLK_I2S0_BCLK>;
    clock-names = "i2s", "bclk";
    dmas = <&dma0 2>, <&dma0 3>;
    dma-names = "tx", "rx";
    #sound-dai-cells = <0>;
    status = "disabled";
};

这里有几个关键点：

• compatible：驱动匹配的关键字符串。我建议把SoC型号和通用名都写上，方便复用。
• reg：寄存器物理地址和大小。注意64位平台要用两个<0x0 0x...>。
• dmas / dma-names：DMA通道编号和名字。顺序很重要，tx在前，rx在后。
• #sound-dai-cells：这个属性告诉ALSA框架，这个DAI（数字音频接口）需要几个参数。一般填0就够了。

4.2 platform driver注册：让内核找到你的驱动

设备树写好了，接下来就是写驱动。I2S控制器在Linux内核中通常被抽象为一个platform device。我们需要注册一个platform driver，当设备树节点被解析时，内核会自动调用驱动的probe函数。

驱动注册的核心结构体是platform_driver：

static const struct of_device_id i2s_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,soc-i2s", },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, i2s_of_match);

static struct platform_driver i2s_driver = {
    .probe  = i2s_probe,
    .remove = i2s_remove,
    .driver = {
        .name = "soc-i2s",
        .of_match_table = i2s_of_match,
        .pm = &i2s_pm_ops,
    },
};

module_platform_driver(i2s_driver);

这里要注意：

• of_match_table必须与设备树中的compatible字符串一致。
• module_platform_driver是一个宏，它帮我们完成了module_init和module_exit的注册。
• 电源管理回调pm建议加上，哪怕只是空实现。我在项目中遇到过，不加pm_ops，系统休眠唤醒后I2S控制器状态就乱了。

4.3 DMA资源获取：从设备树到dmaengine

probe函数里，最重要的事情之一就是获取DMA资源。我们使用dmaengine API来请求DMA通道。dmaengine是Linux内核中通用的DMA控制器驱动框架，它屏蔽了不同DMA控制器的硬件差异。

获取DMA通道的典型代码：

struct i2s_dev *i2s = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*i2s), GFP_KERNEL);
if (!i2s)
    return -ENOMEM;

i2s->tx_dma_chan = dma_request_slave_channel(&pdev->dev, "tx");
if (!i2s->tx_dma_chan) {
    dev_err(&pdev->dev, "Failed to request TX DMA channel\n");
    return -ENODEV;
}

i2s->rx_dma_chan = dma_request_slave_channel(&pdev->dev, "rx");
if (!i2s->rx_dma_chan) {
    dev_err(&pdev->dev, "Failed to request RX DMA channel\n");
    dma_release_channel(i2s->tx_dma_chan);
    return -ENODEV;
}

dma_request_slave_channel函数会根据设备树中的dmas和dma-names属性，自动找到对应的DMA控制器并返回一个通道句柄。第二个参数就是dma-names中定义的名字。

4.4 dmaengine API使用：配置与启动传输

拿到DMA通道后，我们需要配置传输参数。对于I2S音频流，通常是循环传输（cyclic mode），因为音频数据是连续不断的。

配置DMA传输的步骤：

1. 准备DMA描述符：调用dmaengine_prep_dma_cyclic函数。
2. 提交描述符：调用dmaengine_submit。
3. 启动传输：调用dma_async_issue_pending。

代码示例：

struct dma_async_tx_descriptor *tx_desc;

tx_desc = dmaengine_prep_dma_cyclic(
    i2s->tx_dma_chan,
    i2s->dma_addr,          // DMA缓冲区物理地址
    i2s->buffer_size,       // 缓冲区总大小
    i2s->period_size,       // 周期大小（每次中断传输的数据量）
    DMA_MEM_TO_DEV,         // 方向：内存到设备
    DMA_PREP_INTERRUPT);    // 使能传输完成中断

if (!tx_desc) {
    dev_err(dev, "Failed to prepare cyclic DMA\n");
    return -ENOMEM;
}

tx_desc->callback = i2s_dma_callback;  // 设置回调函数
tx_desc->callback_param = i2s;

dmaengine_submit(tx_desc);
dma_async_issue_pending(i2s->tx_dma_chan);

这里有几个参数需要特别留意：

4.5 知识结构图：I2S控制器驱动初始化流程

下面这张图总结了从设备树解析到DMA传输启动的完整流程。你可以把它当作一个检查清单，写代码时对照着看。

4.6 避坑指南：DMA资源获取的常见问题

写DMA相关代码时，有几个坑我反复踩过，这里列出来，你遇到了可以直接对照排查：

• DMA通道请求失败：先确认设备树中dmas的phandle指向的DMA控制器驱动是否已经加载。可以用ls /sys/class/dma/查看。
• DMA传输完成回调不触发：检查dmaengine_prep_dma_cyclic是否传了DMA_PREP_INTERRUPT标志。我曾经漏掉这个，回调函数死活不执行。
• 音频数据错位：检查DMA传输方向。TX是DMA_MEM_TO_DEV，RX是DMA_DEV_TO_MEM。写反了会导致数据全乱。
• 系统休眠唤醒后DMA不工作：在pm_ops的resume回调中重新配置DMA通道。DMA控制器的状态在休眠时可能会丢失。