WIP FPC-III support
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / driver-api / soundwire / stream.rst
blobb432a2de45d37b32001f9e2e41492a586a37bb8a
1 =========================
2 Audio Stream in SoundWire
3 =========================
5 An audio stream is a logical or virtual connection created between
7   (1) System memory buffer(s) and Codec(s)
9   (2) DSP memory buffer(s) and Codec(s)
11   (3) FIFO(s) and Codec(s)
13   (4) Codec(s) and Codec(s)
15 which is typically driven by a DMA(s) channel through the data link. An
16 audio stream contains one or more channels of data. All channels within
17 stream must have same sample rate and same sample size.
19 Assume a stream with two channels (Left & Right) is opened using SoundWire
20 interface. Below are some ways a stream can be represented in SoundWire.
22 Stream Sample in memory (System memory, DSP memory or FIFOs) ::
24         -------------------------
25         | L | R | L | R | L | R |
26         -------------------------
28 Example 1: Stereo Stream with L and R channels is rendered from Master to
29 Slave. Both Master and Slave is using single port. ::
31         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
32         |    Master     +----------------------------------+     Slave     |
33         |   Interface   |                                  |   Interface   |
34         |               |                                  |       1       |
35         |               |                     Data Signal  |               |
36         |    L  +  R    +----------------------------------+    L  +  R    |
37         |     (Data)    |     Data Direction               |     (Data)    |
38         +---------------+  +----------------------->       +---------------+
41 Example 2: Stereo Stream with L and R channels is captured from Slave to
42 Master. Both Master and Slave is using single port. ::
45         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
46         |    Master     +----------------------------------+     Slave     |
47         |   Interface   |                                  |   Interface   |
48         |               |                                  |       1       |
49         |               |                     Data Signal  |               |
50         |    L  +  R    +----------------------------------+    L  +  R    |
51         |     (Data)    |     Data Direction               |     (Data)    |
52         +---------------+  <-----------------------+       +---------------+
55 Example 3: Stereo Stream with L and R channels is rendered by Master. Each
56 of the L and R channel is received by two different Slaves. Master and both
57 Slaves are using single port. ::
59         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
60         |    Master     +---------+------------------------+     Slave     |
61         |   Interface   |         |                        |   Interface   |
62         |               |         |                        |       1       |
63         |               |         |           Data Signal  |               |
64         |    L  +  R    +---+------------------------------+       L       |
65         |     (Data)    |   |     |    Data Direction      |     (Data)    |
66         +---------------+   |     |   +------------->      +---------------+
67                             |     |
68                             |     |
69                             |     |                        +---------------+
70                             |     +----------------------> |     Slave     |
71                             |                              |   Interface   |
72                             |                              |       2       |
73                             |                              |               |
74                             +----------------------------> |       R       |
75                                                            |     (Data)    |
76                                                            +---------------+
78 Example 4: Stereo Stream with L and R channels is rendered by
79 Master. Both of the L and R channels are received by two different
80 Slaves. Master and both Slaves are using single port handling
81 L+R. Each Slave device processes the L + R data locally, typically
82 based on static configuration or dynamic orientation, and may drive
83 one or more speakers. ::
85         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
86         |    Master     +---------+------------------------+     Slave     |
87         |   Interface   |         |                        |   Interface   |
88         |               |         |                        |       1       |
89         |               |         |           Data Signal  |               |
90         |    L  +  R    +---+------------------------------+     L + R     |
91         |     (Data)    |   |     |    Data Direction      |     (Data)    |
92         +---------------+   |     |   +------------->      +---------------+
93                             |     |
94                             |     |
95                             |     |                        +---------------+
96                             |     +----------------------> |     Slave     |
97                             |                              |   Interface   |
98                             |                              |       2       |
99                             |                              |               |
100                             +----------------------------> |     L + R     |
101                                                            |     (Data)    |
102                                                            +---------------+
104 Example 5: Stereo Stream with L and R channel is rendered by two different
105 Ports of the Master and is received by only single Port of the Slave
106 interface. ::
108         +--------------------+
109         |                    |
110         |     +--------------+                             +----------------+
111         |     |             ||                             |                |
112         |     |  Data Port  ||  L Channel                  |                |
113         |     |      1      |------------+                 |                |
114         |     |  L Channel  ||           |                 +-----+----+     |
115         |     |   (Data)    ||           |   L + R Channel ||    Data |     |
116         | Master  +----------+           | +---+---------> ||    Port |     |
117         | Interface          |           |                 ||     1   |     |
118         |     +--------------+           |                 ||         |     |
119         |     |             ||           |                 +----------+     |
120         |     |  Data Port  |------------+                 |                |
121         |     |      2      ||  R Channel                  |     Slave      |
122         |     |  R Channel  ||                             |   Interface    |
123         |     |   (Data)    ||                             |       1        |
124         |     +--------------+         Clock Signal        |     L  +  R    |
125         |                    +---------------------------> |      (Data)    |
126         +--------------------+                             |                |
127                                                            +----------------+
129 Example 6: Stereo Stream with L and R channel is rendered by 2 Masters, each
130 rendering one channel, and is received by two different Slaves, each
131 receiving one channel. Both Masters and both Slaves are using single port. ::
133         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
134         |    Master     +----------------------------------+     Slave     |
135         |   Interface   |                                  |   Interface   |
136         |       1       |                                  |       1       |
137         |               |                     Data Signal  |               |
138         |       L       +----------------------------------+       L       |
139         |     (Data)    |     Data Direction               |     (Data)    |
140         +---------------+  +----------------------->       +---------------+
142         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
143         |    Master     +----------------------------------+     Slave     |
144         |   Interface   |                                  |   Interface   |
145         |       2       |                                  |       2       |
146         |               |                     Data Signal  |               |
147         |       R       +----------------------------------+       R       |
148         |     (Data)    |     Data Direction               |     (Data)    |
149         +---------------+  +----------------------->       +---------------+
151 Example 7: Stereo Stream with L and R channel is rendered by 2
152 Masters, each rendering both channels. Each Slave receives L + R. This
153 is the same application as Example 4 but with Slaves placed on
154 separate links. ::
156         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
157         |    Master     +----------------------------------+     Slave     |
158         |   Interface   |                                  |   Interface   |
159         |       1       |                                  |       1       |
160         |               |                     Data Signal  |               |
161         |     L + R     +----------------------------------+     L + R     |
162         |     (Data)    |     Data Direction               |     (Data)    |
163         +---------------+  +----------------------->       +---------------+
165         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
166         |    Master     +----------------------------------+     Slave     |
167         |   Interface   |                                  |   Interface   |
168         |       2       |                                  |       2       |
169         |               |                     Data Signal  |               |
170         |     L + R     +----------------------------------+     L + R     |
171         |     (Data)    |     Data Direction               |     (Data)    |
172         +---------------+  +----------------------->       +---------------+
174 Example 8: 4-channel Stream is rendered by 2 Masters, each rendering a
175 2 channels. Each Slave receives 2 channels. ::
177         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
178         |    Master     +----------------------------------+     Slave     |
179         |   Interface   |                                  |   Interface   |
180         |       1       |                                  |       1       |
181         |               |                     Data Signal  |               |
182         |    L1 + R1    +----------------------------------+    L1 + R1    |
183         |     (Data)    |     Data Direction               |     (Data)    |
184         +---------------+  +----------------------->       +---------------+
186         +---------------+                    Clock Signal  +---------------+
187         |    Master     +----------------------------------+     Slave     |
188         |   Interface   |                                  |   Interface   |
189         |       2       |                                  |       2       |
190         |               |                     Data Signal  |               |
191         |     L2 + R2   +----------------------------------+    L2 + R2    |
192         |     (Data)    |     Data Direction               |     (Data)    |
193         +---------------+  +----------------------->       +---------------+
195 Note1: In multi-link cases like above, to lock, one would acquire a global
196 lock and then go on locking bus instances. But, in this case the caller
197 framework(ASoC DPCM) guarantees that stream operations on a card are
198 always serialized. So, there is no race condition and hence no need for
199 global lock.
201 Note2: A Slave device may be configured to receive all channels
202 transmitted on a link for a given Stream (Example 4) or just a subset
203 of the data (Example 3). The configuration of the Slave device is not
204 handled by a SoundWire subsystem API, but instead by the
205 snd_soc_dai_set_tdm_slot() API. The platform or machine driver will
206 typically configure which of the slots are used. For Example 4, the
207 same slots would be used by all Devices, while for Example 3 the Slave
208 Device1 would use e.g. Slot 0 and Slave device2 slot 1.
210 Note3: Multiple Sink ports can extract the same information for the
211 same bitSlots in the SoundWire frame, however multiple Source ports
212 shall be configured with different bitSlot configurations. This is the
213 same limitation as with I2S/PCM TDM usages.
215 SoundWire Stream Management flow
216 ================================
218 Stream definitions
219 ------------------
221   (1) Current stream: This is classified as the stream on which operation has
222       to be performed like prepare, enable, disable, de-prepare etc.
224   (2) Active stream: This is classified as the stream which is already active
225       on Bus other than current stream. There can be multiple active streams
226       on the Bus.
228 SoundWire Bus manages stream operations for each stream getting
229 rendered/captured on the SoundWire Bus. This section explains Bus operations
230 done for each of the stream allocated/released on Bus. Following are the
231 stream states maintained by the Bus for each of the audio stream.
234 SoundWire stream states
235 -----------------------
237 Below shows the SoundWire stream states and state transition diagram. ::
239         +-----------+     +------------+     +----------+     +----------+
240         | ALLOCATED +---->| CONFIGURED +---->| PREPARED +---->| ENABLED  |
241         |   STATE   |     |    STATE   |     |  STATE   |     |  STATE   |
242         +-----------+     +------------+     +---+--+---+     +----+-----+
243                                                  ^  ^              ^
244                                                  |  |              |
245                                                __|  |___________   |
246                                               |                 |  |
247                                               v                 |  v
248                  +----------+           +-----+------+        +-+--+-----+
249                  | RELEASED |<----------+ DEPREPARED |<-------+ DISABLED |
250                  |  STATE   |           |   STATE    |        |  STATE   |
251                  +----------+           +------------+        +----------+
253 NOTE: State transitions between ``SDW_STREAM_ENABLED`` and
254 ``SDW_STREAM_DISABLED`` are only relevant when then INFO_PAUSE flag is
255 supported at the ALSA/ASoC level. Likewise the transition between
256 ``SDW_DISABLED_STATE`` and ``SDW_PREPARED_STATE`` depends on the
257 INFO_RESUME flag.
259 NOTE2: The framework implements basic state transition checks, but
260 does not e.g. check if a transition from DISABLED to ENABLED is valid
261 on a specific platform. Such tests need to be added at the ALSA/ASoC
262 level.
264 Stream State Operations
265 -----------------------
267 Below section explains the operations done by the Bus on Master(s) and
268 Slave(s) as part of stream state transitions.
270 SDW_STREAM_ALLOCATED
271 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
273 Allocation state for stream. This is the entry state
274 of the stream. Operations performed before entering in this state:
276   (1) A stream runtime is allocated for the stream. This stream
277       runtime is used as a reference for all the operations performed
278       on the stream.
280   (2) The resources required for holding stream runtime information are
281       allocated and initialized. This holds all stream related information
282       such as stream type (PCM/PDM) and parameters, Master and Slave
283       interface associated with the stream, stream state etc.
285 After all above operations are successful, stream state is set to
286 ``SDW_STREAM_ALLOCATED``.
288 Bus implements below API for allocate a stream which needs to be called once
289 per stream. From ASoC DPCM framework, this stream state maybe linked to
290 .startup() operation.
292 .. code-block:: c
294   int sdw_alloc_stream(char * stream_name);
296 The SoundWire core provides a sdw_startup_stream() helper function,
297 typically called during a dailink .startup() callback, which performs
298 stream allocation and sets the stream pointer for all DAIs
299 connected to a stream.
301 SDW_STREAM_CONFIGURED
302 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
304 Configuration state of stream. Operations performed before entering in
305 this state:
307   (1) The resources allocated for stream information in SDW_STREAM_ALLOCATED
308       state are updated here. This includes stream parameters, Master(s)
309       and Slave(s) runtime information associated with current stream.
311   (2) All the Master(s) and Slave(s) associated with current stream provide
312       the port information to Bus which includes port numbers allocated by
313       Master(s) and Slave(s) for current stream and their channel mask.
315 After all above operations are successful, stream state is set to
316 ``SDW_STREAM_CONFIGURED``.
318 Bus implements below APIs for CONFIG state which needs to be called by
319 the respective Master(s) and Slave(s) associated with stream. These APIs can
320 only be invoked once by respective Master(s) and Slave(s). From ASoC DPCM
321 framework, this stream state is linked to .hw_params() operation.
323 .. code-block:: c
325   int sdw_stream_add_master(struct sdw_bus * bus,
326                 struct sdw_stream_config * stream_config,
327                 struct sdw_ports_config * ports_config,
328                 struct sdw_stream_runtime * stream);
330   int sdw_stream_add_slave(struct sdw_slave * slave,
331                 struct sdw_stream_config * stream_config,
332                 struct sdw_ports_config * ports_config,
333                 struct sdw_stream_runtime * stream);
336 SDW_STREAM_PREPARED
337 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
339 Prepare state of stream. Operations performed before entering in this state:
341   (0) Steps 1 and 2 are omitted in the case of a resume operation,
342       where the bus bandwidth is known.
344   (1) Bus parameters such as bandwidth, frame shape, clock frequency,
345       are computed based on current stream as well as already active
346       stream(s) on Bus. Re-computation is required to accommodate current
347       stream on the Bus.
349   (2) Transport and port parameters of all Master(s) and Slave(s) port(s) are
350       computed for the current as well as already active stream based on frame
351       shape and clock frequency computed in step 1.
353   (3) Computed Bus and transport parameters are programmed in Master(s) and
354       Slave(s) registers. The banked registers programming is done on the
355       alternate bank (bank currently unused). Port(s) are enabled for the
356       already active stream(s) on the alternate bank (bank currently unused).
357       This is done in order to not disrupt already active stream(s).
359   (4) Once all the values are programmed, Bus initiates switch to alternate
360       bank where all new values programmed gets into effect.
362   (5) Ports of Master(s) and Slave(s) for current stream are prepared by
363       programming PrepareCtrl register.
365 After all above operations are successful, stream state is set to
366 ``SDW_STREAM_PREPARED``.
368 Bus implements below API for PREPARE state which needs to be called
369 once per stream. From ASoC DPCM framework, this stream state is linked
370 to .prepare() operation. Since the .trigger() operations may not
371 follow the .prepare(), a direct transition from
372 ``SDW_STREAM_PREPARED`` to ``SDW_STREAM_DEPREPARED`` is allowed.
374 .. code-block:: c
376   int sdw_prepare_stream(struct sdw_stream_runtime * stream);
379 SDW_STREAM_ENABLED
380 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
382 Enable state of stream. The data port(s) are enabled upon entering this state.
383 Operations performed before entering in this state:
385   (1) All the values computed in SDW_STREAM_PREPARED state are programmed
386       in alternate bank (bank currently unused). It includes programming of
387       already active stream(s) as well.
389   (2) All the Master(s) and Slave(s) port(s) for the current stream are
390       enabled on alternate bank (bank currently unused) by programming
391       ChannelEn register.
393   (3) Once all the values are programmed, Bus initiates switch to alternate
394       bank where all new values programmed gets into effect and port(s)
395       associated with current stream are enabled.
397 After all above operations are successful, stream state is set to
398 ``SDW_STREAM_ENABLED``.
400 Bus implements below API for ENABLE state which needs to be called once per
401 stream. From ASoC DPCM framework, this stream state is linked to
402 .trigger() start operation.
404 .. code-block:: c
406   int sdw_enable_stream(struct sdw_stream_runtime * stream);
408 SDW_STREAM_DISABLED
409 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
411 Disable state of stream. The data port(s) are disabled upon exiting this state.
412 Operations performed before entering in this state:
414   (1) All the Master(s) and Slave(s) port(s) for the current stream are
415       disabled on alternate bank (bank currently unused) by programming
416       ChannelEn register.
418   (2) All the current configuration of Bus and active stream(s) are programmed
419       into alternate bank (bank currently unused).
421   (3) Once all the values are programmed, Bus initiates switch to alternate
422       bank where all new values programmed gets into effect and port(s) associated
423       with current stream are disabled.
425 After all above operations are successful, stream state is set to
426 ``SDW_STREAM_DISABLED``.
428 Bus implements below API for DISABLED state which needs to be called once
429 per stream. From ASoC DPCM framework, this stream state is linked to
430 .trigger() stop operation.
432 When the INFO_PAUSE flag is supported, a direct transition to
433 ``SDW_STREAM_ENABLED`` is allowed.
435 For resume operations where ASoC will use the .prepare() callback, the
436 stream can transition from ``SDW_STREAM_DISABLED`` to
437 ``SDW_STREAM_PREPARED``, with all required settings restored but
438 without updating the bandwidth and bit allocation.
440 .. code-block:: c
442   int sdw_disable_stream(struct sdw_stream_runtime * stream);
445 SDW_STREAM_DEPREPARED
446 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
448 De-prepare state of stream. Operations performed before entering in this
449 state:
451   (1) All the port(s) of Master(s) and Slave(s) for current stream are
452       de-prepared by programming PrepareCtrl register.
454   (2) The payload bandwidth of current stream is reduced from the total
455       bandwidth requirement of bus and new parameters calculated and
456       applied by performing bank switch etc.
458 After all above operations are successful, stream state is set to
459 ``SDW_STREAM_DEPREPARED``.
461 Bus implements below API for DEPREPARED state which needs to be called
462 once per stream. ALSA/ASoC do not have a concept of 'deprepare', and
463 the mapping from this stream state to ALSA/ASoC operation may be
464 implementation specific.
466 When the INFO_PAUSE flag is supported, the stream state is linked to
467 the .hw_free() operation - the stream is not deprepared on a
468 TRIGGER_STOP.
470 Other implementations may transition to the ``SDW_STREAM_DEPREPARED``
471 state on TRIGGER_STOP, should they require a transition through the
472 ``SDW_STREAM_PREPARED`` state.
474 .. code-block:: c
476   int sdw_deprepare_stream(struct sdw_stream_runtime * stream);
479 SDW_STREAM_RELEASED
480 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
482 Release state of stream. Operations performed before entering in this state:
484   (1) Release port resources for all Master(s) and Slave(s) port(s)
485       associated with current stream.
487   (2) Release Master(s) and Slave(s) runtime resources associated with
488       current stream.
490   (3) Release stream runtime resources associated with current stream.
492 After all above operations are successful, stream state is set to
493 ``SDW_STREAM_RELEASED``.
495 Bus implements below APIs for RELEASE state which needs to be called by
496 all the Master(s) and Slave(s) associated with stream. From ASoC DPCM
497 framework, this stream state is linked to .hw_free() operation.
499 .. code-block:: c
501   int sdw_stream_remove_master(struct sdw_bus * bus,
502                 struct sdw_stream_runtime * stream);
503   int sdw_stream_remove_slave(struct sdw_slave * slave,
504                 struct sdw_stream_runtime * stream);
507 The .shutdown() ASoC DPCM operation calls below Bus API to release
508 stream assigned as part of ALLOCATED state.
510 In .shutdown() the data structure maintaining stream state are freed up.
512 .. code-block:: c
514   void sdw_release_stream(struct sdw_stream_runtime * stream);
516 The SoundWire core provides a sdw_shutdown_stream() helper function,
517 typically called during a dailink .shutdown() callback, which clears
518 the stream pointer for all DAIS connected to a stream and releases the
519 memory allocated for the stream.
521 Not Supported
522 =============
524 1. A single port with multiple channels supported cannot be used between two
525    streams or across stream. For example a port with 4 channels cannot be used
526    to handle 2 independent stereo streams even though it's possible in theory
527    in SoundWire.