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ROCK64のアナログオーディオ - その6 - 44.1kHzのPCMを再生できない問題解決

目次: ROCK64/ROCKPro64

RK3328のGPLL

RK3288のGPLL系のクロック周波数が、49151999のようなおかしな値になってしまう問題も、追ってみたら意外と簡単だったのでパッチを作りました。取り込まれることを祈っておきましょう。

たぶん誰も興味が無いと思いますが、下記はRK3328 GPLL系のクロック周波数がおかしくなる問題の詳細です。

RK3328のPLL周波数の決め方

まずROCK64には24MHzの水晶が載っていて、RK3328のXIN24Mに入力されています。これがFREFになります。

PLL周波数は仕様書（RK3328 TRM）によると、
FOUTVCO = FREF / REFDIV * (FBDIV + FRAC / 224)
と書かれています。

しかしこれはおそらく誤記で正しくは、
FOUTVCO = FREF / REFDIV * (FBDIV + FRAC / 2^24)
だと思われます。

クロックドライバの実装も後者でしたし、hdkさんに教えてもらった他のRockchipの仕様書でも2^24になっていましたから、RK3328の仕様書にある224は2^24の誤記とみて問題ないでしょう。

最終的なPLL周波数は、
FOUTPOSTDIV = FOUTVCO / POSTDIV1 / POSTDIV2
となります。

クロックドライバの実装

REFDIV, FBDIV, POSTDIV1, POSTDIV2, FRACに設定される値は、クロックドライバで下記のように定義されています。

//drivers/clk/rockchip/clk-rk3328.c

static struct rockchip_pll_rate_table rk3328_pll_frac_rates[] = {
	/* _mhz, _refdiv, _fbdiv, _postdiv1, _postdiv2, _dsmpd, _frac */
	RK3036_PLL_RATE(1016064000, 3, 127, 1, 1, 0, 134217),
	/* vco = 1016064000 */
	RK3036_PLL_RATE(983040000, 24, 983, 1, 1, 0, 671088),
	/* vco = 983040000 */
	RK3036_PLL_RATE(491520000, 24, 983, 2, 1, 0, 671088),
	/* vco = 983040000 */
	RK3036_PLL_RATE(61440000, 6, 215, 7, 2, 0, 671088),
	/* vco = 860156000 */
	RK3036_PLL_RATE(56448000, 12, 451, 4, 4, 0, 9797894),
	/* vco = 903168000 */
	RK3036_PLL_RATE(40960000, 12, 409, 4, 5, 0, 10066329),
	/* vco = 819200000 */
	{ /* sentinel */ },
};

このコードの何がおかしいのかお見せするため、試しに先頭の行の値を使ってPLL周波数を計算してみます。PLL周波数の目標値であるrateは1016064000です。その他の設定値は、

• refdiv : 3
• fbdiv : 127
• frac : 134217
• postdiv1: 1
• postdiv2: 1

です。この設定値に基づいて各設定値を計算してみると、

• FREF * FBDIV / REFDIV = 24000000 * 127 / 3 = 1016000000
• (FREF * FRAC / REFDIV) >> 24 = 24000000 * 134217 / 3 / 2^24 = 63999
• FOUTVCO = 1016063999
• FOUTPOSTDIV = 1016063999 / 1 / 1

となってしまい、1足りない変な値になります。1足りない原因は2項目の計算結果が63999になってしまうことですから、直すにはfracの値を1増せば良いです。fracを134218にすると、

• (FREF * FRAC / REFDIV) >> 24 = 24000000 * 134218 / 3 / 2^24 = 64000

となって、めでたしめでたしです。

以上の解析結果に基づいてfracの値を1増やすパッチをLinux MLに送りました。英語がイマイチで、うまく説明できず、原始人のような「これ値違う、俺直す」になってしまっていますが……。

RockchipのアーキメンテナのHeikoさんは、コミットメッセージがあまりにもひどいと直してくれる（昔も修正されたことがある）みたいなので、そこに甘えておきます。原始人英語がそのまま取り込まれても別に構いませんし。

ROCK64のアナログオーディオ - RK3328のACODEC

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RK3328のACODECパッチをALSA MLに送ったところ、すんなり取り込まれました。やった。作者が自分ではないドライバを投稿したのは初めてかもしれません。それでも取り込まれるんですね。

あと48kHz → 44.1kHz系に切り替えたときに音が出なくなってしまう病気の応急処置パッチも取り込まれました。素早く切り替えるとやっぱり音が鳴らなくなるんですが、これ以上追う手段が無いので（2018年12月19日の日記参照）諦めています。できればRockchipの中の人に直してほしいね…。

メモ: 技術系の話はFacebookから転記しておくことにした。

ROCK64のアナログオーディオ - 手ごわい44.1kHz系

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RK3328のI2S1で44.1kHz系を再生するとEINVALエラーになってしまう問題は、I2Sのマスタークロック周波数が11289600ではなく11289599などという変な値が渡されて、マスタークロックとビットクロックが整数比ではなくなることが原因でした。

エラーを無視して処理を流してみると、分周比がおかしくなります。本来11289600 / 2822400 = 4にならなければいけないのですが、11289599 / 2822400 = 3になって、周波数が高めに設定されてしまい、異常に音が高くなります。

Rockchip Linuxはどうやって解決しているのか見るとDIV_ROUND_CLOSESTというマクロで割り算の結果を4側に丸めていました。本当の原因は変な端数の値を返すクロックドライバだと思うので、この対応はちょっとイケてないですね……。

ACODECにも2つほど問題があって、完全には解決できていません。

44.1kHz系に切り替えるとACODECが動かなくなる問題

問題1つ目は、44.1kHz系を再生すると、全く音が出なくなる症状です。これはコアのリセットで直るようです。

リセットを掛けないと、切り替え以降、何をしても全く音が出ません。しかしRockchip Linuxのコードは全くリセットを掛けておらず、なぜこれで動くのか理解できません……。

気になる点としては、リセットすることでdai_set_fmtで設定されたI2Sのマスタースレーブ設定が吹き飛んでしまうことです。しかしACODECはなぜかマスタースレーブ設定が間違っていても動いてしまいます。ハードが設定値を無視しているか、Rockchip Linuxのドライバが間違っているかどちらかでしょう。真相はわかりません。

44.1kHz系に切り替えると音が異常に小さくなる問題

問題2つ目は、48kHz系 → 44.1kHz系への切り替え時、たまに音が異常に小さくなる症状です。これは直せそうにないです。

• おそらく影響しているのはDAC_PRECHARGE_CTRLレジスタの値だろう
• 48kHzの再生終了から、44.1kHz系の再生まで、ある程度時間を空けると鳴る
• 鳴らなかったときもう一度同じ設定で叩くと鳴る

これくらいまではわかりましたが、鳴るときor鳴らないときの法則が全くわからないので、これ以上追うのは厳しいです。

体感では、クロック系の切り替えが早すぎると（1秒くらい？）症状が出やすいです。何でだろう？？

while :; do aplay -D hw:0,0 48k.wav ; aplay -D hw:0,0 44k.wav ; done

こんなスクリプトをグルグル回すと、44kHz系は全く音が出ません。待ち時間が足りないのかと思いPRECHARGEの後に500msのウェイトを入れましたが、結果は変わらず音が出ません。。。