DMAengine PCM 缓冲与实时性

1. 数据路径

userspace ALSA ring
 -> coherent/streaming DMA buffer
 -> DMAengine cyclic descriptor
 -> Rockchip I2S/PDM/SPDIF FIFO
 -> serial pins / codec

Capture 方向相反。

2. 公共层

core/pcm_dmaengine.c 和 soc-generic-dmaengine-pcm.c 提供：

• DMA channel request；
• slave config；
• cyclic prep；
• submit/issue pending；
• residue 转 PCM pointer；
• period callback；
• pause/resume/terminate；
• preallocated buffer。

Rockchip I2S/TDM、PDM、SPDIF Kconfig 通常 select SND_SOC_GENERIC_DMAENGINE_PCM。

3. DMA data

CPU DAI 通过 snd_soc_dai_init_dma_data() 提供：

• FIFO physical address；
• bus width；
• maxburst；
• channel name；
• flags。

hw_params 将 sample format 转 bus width，并建立 dma_slave_config。

4. Cyclic DMA

DMA buffer 分成 periods，硬件循环：

buffer_bytes = period_bytes * periods

每 period completion 调 snd_pcm_period_elapsed()。过小 period 增加 IRQ/callback 和调度压力；过大增加基础延迟。

5. Pointer

通常根据 DMA residue：

pos = buffer_size - residue

DMA controller residue 粒度或延迟会影响时间戳和 avail。驱动需处理 residue=buffer size、环绕和暂停状态。

6. Buffer 分配

ALSA memalloc 支持 coherent DMA、SG、vmalloc 等类型。SoC DMA 常用 coherent buffer，并 mmap 给用户态。是否需要 cache sync 由 DMA API 和架构一致性决定，驱动不能直接假设所有 ARM64 DMA 完全 coherent。

7. XRUN 来源

• period 太小；
• CPU 调度/IRQ 延迟；
• DMA IRQ 被屏蔽；
• 错误 IRQ affinity；
• DMA channel contention；
• FIFO threshold/突发不匹配；
• clock drift；
• userspace未及时读写；
• runtime PM/clock误关；
• hw pointer错误。

8. 延迟估算

理论环形缓冲时长：

latency ≈ buffer_frames / sample_rate
period_time = period_frames / sample_rate

实际还包括应用、插件、PulseAudio/PipeWire、调度、codec filter、HDMI sink。

9. 调优

1. 先用 hw: 绕过软件插件；
2. 从稳定的大 buffer/period开始；
3. 逐步减小 period；
4. 观察 XRUN、CPU、IRQ；
5. 固定 CPU 频率或 QoS 做对照；
6. 设置合理实时优先级；
7. 不把 period 设成 DMA 不支持的 burst/alignment。

10. 观测

cat /proc/interrupts
cat /proc/asound/card0/pcm0p/sub0/status
trace-cmd record -e snd_pcm -e dma_fence -e irq
aplay -v --period-size=1024 --buffer-size=4096 test.wav

可用 tracepoint 依本分支配置确认。