Renesas R-Car sound

R-Car sound module 구성

Renesas R-Car 및 RZ/G sound(Gen2 이후)는 SCU(Sampling Rate Converter Unit), SSIU(Serial Sound Interface Unit), SSI(Serial Sound Interface)로 구성됩니다. SCU에는 SRC(Sampling Rate Converter)와 CMD가 있고 CMD 아래에는 CTU(Channel Transfer Unit), MIX(Mixer), DVC(Digital Volume and Mute Function)가 있습니다.

각 module의 channel 수, 연결 및 제한은 해당 SoC datasheet를 확인해야 합니다.

Multi-SSI와 TDM-SSI

Multichannel audio는 Multi-SSI 또는 TDM-SSI로 지원합니다. 6-channel의 경우 Multi-SSI는 stereo SSI 3개를 사용하고 TDM-SSI는 하나의 TDM stream을 사용합니다.

Module 선택과 연결 경로

SRC·CTU·MIX·DVC 사이의 연결 제한은 datasheet를 따라야 하며 DT가 각 module의 활성화 여부를 제어합니다. `${LINUX}/arch/arm/boot/dts/r8a7790-lager.dts`와 `${LINUX}/arch/arm/boot/dts/r8a7790.dts`가 참고 예제입니다.

Playback은 memory에서 SRC2, DVC0, SSIU0/SSI0을 거쳐 codec으로 진행하고 capture는 codec에서 SSIU1/SSI1, SRC3, DVC1을 거쳐 memory로 돌아옵니다.

사용 가능한 phandle은 SRC0~SRC9, CTU00~CTU03 및 CTU10~CTU13, MIX0~MIX1, DVC0~DVC1, SSI0~SSI9입니다. 같은 index 행에 있는 module만 고정 연결되는 것은 아니며 datasheet의 connection limitation을 확인해야 합니다.

SRC rate conversion mode

SRC는 입력 sample rate `[xx]Hz`를 출력 `[yy]Hz`로 변환합니다. Asynchronous mode는 input과 output data가 서로 다른 clock을 사용하며 playback과 capture 모두에서 쓸 수 있습니다. `simple-scu-audio-card` 또는 `audio-graph-scu-card`가 필요합니다.

Synchronous mode는 input과 output이 같은 clock을 사용합니다. Digital TV처럼 system에 input clock이 없을 때 사용하며 playback에서만 쓸 수 있습니다. `SRC Out Rate` mixer control로 활성화하거나 48,000·44,100 Hz를 선택합니다.

> amixer set "SRC Out Rate" on
> aplay xxxx.wav
> amixer set "SRC Out Rate" 48000
> amixer set "SRC Out Rate" 44100

CTU channel conversion

CTU는 `[xx]ch`를 `[yy]ch`로 변환하거나 output channel 순서를 교환합니다. 변환에는 matrix 설정이 필요하며 R-Car datasheet의 SCU operation·CMD functional block·`CTUn_SVxxR` 설명과 `${LINUX}/sound/soc/renesas/rcar/ctu.c` header comment를 참고합니다.

예시는 2-channel input의 channel 0과 1을 서로 바꿉니다. Output 0은 input 0×0 + input 1×1, output 1은 input 0×1 + input 1×0으로 계산하며 `CTU SV0`, `CTU SV1` coefficient 4,194,304를 사용합니다. `CTU Pass`로 connection만 변경할 수도 있습니다.

Ex) Exchange output channel
 Input -> Output
  1ch  ->  0ch
  0ch  ->  1ch

  example of using matrix
        output 0ch = (input 0ch x 0) + (input 1ch x 1)
        output 1ch = (input 0ch x 1) + (input 1ch x 0)

        amixer set "CTU Reset" on
        amixer set "CTU Pass" 9,10
        amixer set "CTU SV0" 0,4194304
        amixer set "CTU SV1" 4194304,0

 example of changing connection
        amixer set "CTU Reset" on
        amixer set "CTU Pass" 2,1

MIX path merge

MIX는 두 sound path를 하나로 합칩니다. System에는 두 sound interface가 보이며 각각 재생한 stream이 MIX에서 병합됩니다. 이 구성에도 `simple-scu-audio-card` 또는 `audio-graph-scu-card`가 필요합니다.

DVC volume·mute·ramp

DVC는 playback과 capture volume을 제어합니다. `DVC Out`과 `DVC In`으로 volume을, `DVC Out Mute`와 `DVC In Mute`로 mute를 제어합니다.

Volume ramp는 `DVC Out Ramp Up Rate`, `DVC Out Ramp Down Rate`, `DVC Out Ramp`를 설정해 단계적인 volume 변화를 적용합니다. 예제는 0.125 dB/64-step 상승과 0.125 dB/512-step 하강 rate를 사용합니다.

Playback Volume
        amixer set "DVC Out" 100%

Capture Volume
        amixer set "DVC In" 100%

Playback Mute
        amixer set "DVC Out Mute" on

Capture Mute
        amixer set "DVC In Mute" on

Volume Ramp
        amixer set "DVC Out Ramp Up Rate"   "0.125 dB/64 steps"
        amixer set "DVC Out Ramp Down Rate" "0.125 dB/512 steps"
        amixer set "DVC Out Ramp" on
        aplay xxx.wav &
        amixer set "DVC Out"  80%  // Volume Down
        amixer set "DVC Out" 100%  // Volume Up

SSIU buffer와 TDM Split

SSIU는 buffer를 통해 일부 underrun·overrun error를 줄이지만 SSI가 PIO mode이면 사용할 수 없습니다. DMA mode에서는 SSI의 `no-busif`로 SSIU를 우회할 수 있습니다. SSIU는 TDM Split mode에 쓰는 BUSIF도 처리하며 driver는 audio-graph card 사용을 전제로 합니다.

TDM Split mode에서는 system에 네 sound interface가 보이고 각각의 2-channel stream이 SSIU30~SSIU33에서 SSIU3으로 합쳐져 8-channel codec stream이 됩니다.

aplay -D plughw:0,0 xxxx.wav &
aplay -D plughw:0,1 xxxx.wav &
aplay -D plughw:0,2 xxxx.wav &
aplay -D plughw:0,3 xxxx.wav

SSI transfer·pin·multichannel mode

Connection 확인용 PIO mode는 `pio-transfer`로 활성화합니다. PIO에서는 DT가 다른 module을 선택해도 system이 SSI 이외의 module을 제거합니다.

&ssi0 {
        pio-transfer
};

DMA mode에서 SSIU 없이 동작하려면 `no-busif`를 사용하지만 underrun·overrun 또는 noise가 발생하기 쉽습니다.

&ssi0 {
        no-busif;
};

Platform이 지원하면 SSI끼리 WS pin을 공유할 수 있습니다. SSI1이 SSI0의 WS pin을 공유하는 예제는 `shared-pin`을 사용합니다.

&ssi1 {
        shared-pin;
};

Multi-SSI는 SSI0·SSI1·SSI2를 묶어 6-channel을 구성할 수 있습니다. TDM-SSI도 6-channel TDM을 지원하며 이 경우 driver가 TDM과 stereo mode를 자동 전환합니다.