1 整體架構(gòu)

? Application
?---------------
? Alsa-lib?????????????????? User Space
-------------------------------------
?? Alsa????????????????????? Kernel Space
?-------
? sound driver
?----------------------------------
?? Hardware
?
?Application : 比如aplay ,它不是直接調(diào)用Kernel所提供的接口，而是調(diào)用ALSA-lib 的接口。所以應用程序只要#include "asound.h"
?并鏈接libasound .
?對于上面的架構(gòu)，在某一時刻只能有一個程序打開聲卡并占有它，此時其它程序打開的話，會返回busy.如要支持同時可以多個應用程序打開聲卡，需要支持
?混音功能，有些聲卡支持硬件混音，但大部分聲卡不支持硬件混音，需要軟件混音。這時需要ESD,pulseAudio等，架構(gòu)變?yōu)椋?br /> ?? App1??? App2
?---------------
??? ESD ， pulseaudio
? --------------------?
? Alsa-lib?????????????????? User Space
-------------------------------------
?? Alsa????????????????????? Kernel Space
?-------
? sound driver
?----------------------------------
?? Hardware
? 此時，應用程序?qū)⒄{(diào)用ESD,pulseaudio等混音器提供的接口。對于ＥＳＤ，很多程序支持，比如mplayer . 對于pulseaudio ,有相應的patch .
? Alsa本身也提供混音的plugin,dmix .
??? App1??? App2
?---------------
?? Alsa-lib （dmix)?????????? User Space
-------------------------------------
?? Alsa????????????????????? Kernel Space
?-------
? sound driver
?----------------------------------
?? Hardware
? 此架構(gòu)和架構(gòu)１，應用程序不需要做任何修改，只需要修改asound.conf
? 架構(gòu)１的asound.conf的例子：
? pcm.!default {??
? ?type hw???
?? ?card 0 ?
?? ?}
ctl.!default {?
?? ?type hw????
?? ?card 0
?? ??}
?? 架構(gòu)３的asound.conf的例子： ??
?? pcm.card0 {
??? type hw
??? card 0
}
pcm.!default {
??? type plug
??? slave.pcm "dmixer"
}
pcm.dmixer? {
??? type dmix
??? ipc_key 1025
??? slave {
??????? pcm "hw:0,0"
??????? period_time 0
??????? period_size 4096
??????? buffer_size 16384
??????? periods 128
??????? rate 44100
??? }
??? bindings {
??????? 0 0
??????? 1 1
??? }
}
?關(guān)于配置，可以參考這個網(wǎng)站：
? http://www.alsa-project.org/alsa-doc/alsa-lib/pcm_plugins.html

對于period_size和buffer_size，要注意，我將他們修改為1024 ,8192.在我們的平臺上用dmix會出現(xiàn)underrun!!! 信息。

?

2　ALSA kernel
2.1 目錄
??? Alsa-driver包括很多在開發(fā)中的驅(qū)動，以及一些2.2,2.4 linux內(nèi)核版本的支持。當這些驅(qū)動穩(wěn)定后，將移入alsa-kernel中，并最終在linux kernel
? 的sound目錄下.
? sound

/core

??? /oss

??? /seq

?????? /oss

?????? /instr

/ioctl132

/include

/drivers

??? /mpu401

??? /op13

/i2c

??? /13

/synth

??? /emux

/pci

?? /(cards)
??? /isa

?? /(cards)

/arm

/ppc

/sparc

/usb

/pcmcia/(cards)

/oss

?????

core目錄

這個目錄包含了中間層，ALSA的核心驅(qū)動。

core/oss

關(guān)于PCM和mixer的OSS模擬的模塊保存在這個目錄里面。Raw midi OSS模擬也被包含在ALSA rawmidi代碼中，因為它非常小。音序器代碼被保存在core/seq/oss目錄里面

core/ioctl32

這個目錄包含32bit-ioctl到64bit架構(gòu)（如x86-64,ppc64,sparc64）的轉(zhuǎn)換。對于32bit和alpha的架構(gòu)，他們是不被編譯的。

core/seq

它和它的子目錄主要是關(guān)于ALSA的音序器。它包含了音序器的core和一些主要的音序器模塊如：snd-seq-midi，snd-seq-virmidi等等。它們僅僅在內(nèi)核配置中當CONFIG_SND_SEQUENCER被設定的時候才會被編譯。我們在使用的ALSA驅(qū)動中也沒有使用。

core/seq/oss

包含了OSS音序器的模擬的代碼。

core/seq/instr

包含了一些音序器工具層的一些模塊。

include目錄

這里面放的是ALSA驅(qū)動程序開放給用戶空間，或者被其他不同目錄引用的共同頭文件。

Drivers目錄

這個目錄包含了不同架構(gòu)的系統(tǒng)中的不同驅(qū)動共享的文件部分。它們是硬件無關(guān)的。在子目錄里面，會放一些不同組件的代碼，他們是根據(jù)不同的bus和cpu架構(gòu)實現(xiàn)的。

i2c目錄

這里面包含了ALSA的i2c組件。

雖然LINUX有i2c的標準協(xié)議層，ALSA還是擁有它關(guān)于一些card的專用i2c代碼，因為一些聲卡僅僅需要一些簡單的操作，而標準的i2c的API函數(shù)對此顯得太過復雜了。

i2c/l3

這是ARM L3 i2c驅(qū)動的子目錄

synth目錄

它包含了synth（合成器）的中間層模塊

pci目錄

它和它的一些子目錄文件負責PCI聲卡和一些PCI BUS的上層card模塊。

isa目錄

它和它的一些子目錄文件是處理ISA聲卡的上層card模塊。

arm,ppc,和sparc目錄

這里放置一些和芯片架構(gòu)相關(guān)的一些上層的card模塊。

usb目錄

這里包含一些USB-AUDIO驅(qū)動。在最新版本里面，已經(jīng)把USB MIDI 驅(qū)動也集成進USB-AUDIO驅(qū)動了。

pcmcia目錄

PCMCIA卡，特別是PCCcard驅(qū)動會放到這里。CardBus驅(qū)動將會放到pci目錄里面，因為API函數(shù)和標準PCI卡上統(tǒng)一的。

oss目錄

和ALSA無關(guān)。

在了解了相關(guān)的目錄結(jié)構(gòu)后，我們就開始來分析一下ALSA驅(qū)動了，在ALSA驅(qū)動中，我們所要從始至終要記住的是，我們的應用程序是不能直接訪問驅(qū)動的，必須通過中間的ALSA層，因此我么所寫的驅(qū)動，所提供的接口也是針對中間層的。

下面的內(nèi)容我們從兩個方面來考慮ALSA驅(qū)動，一個是驅(qū)動在操作硬件的同時，如何為中間層提供接口的，另外一個是應用程序是如何調(diào)用ALSA庫API來實現(xiàn)對驅(qū)動的連接從而操作硬件的。

這了解這兩個方面之前我們先來看一下ALSA的系統(tǒng)組成，也就是我們所說的中間層由哪些方面組成：

n?????? 驅(qū)動包alsa-driver：指內(nèi)核驅(qū)動程序，包括硬件相關(guān)的代碼和一些公共代碼，非常龐大

n?????? 開發(fā)包alsa-libs：指用戶空間的函數(shù)庫，提供給應用程序使用，應用程序應包括頭文件asoundlib.h。并使用共享庫libasound.so

n?????? 設置管理工具包alsa-utils：包含一些基于ALSA的用于控制聲卡的應用程序，如alsaconf（偵測系統(tǒng)中聲卡并寫一個適合的ALSA配置文件），aplay（基于命令行的聲音文件播放），arecord（基于命令行的聲音文件錄制）等

n?????? 還包括開發(fā)包插件alsa-libplugins，其他聲音相關(guān)處理小程序包alsa-tools，特殊音頻固件支持包alsa-firmware，OSS接口兼容模擬層工具alsa-oss共7個子項目，其中只有驅(qū)動包是必須的

其實對于驅(qū)動包，我們用的是內(nèi)核自帶的，所以我們也沒有安裝。這個我們在前面已經(jīng)詳細講解過，不多說了。

?????
?? 2.2 接口????
??? Alsa kernel為上層主要提供以下接口：
??? 1 control interface 提供靈活的方式管理注冊的聲卡和對存在的聲卡進行查詢。
??? 2 PCM interface? 提供管理數(shù)字音頻的捕捉和回放。
??? 3 原始 MIDI 接口
??? 一種標準電子音樂指令集。 這些 API 提供訪問聲卡上的 MIDI 總線。這些原始借口直接工作在 The MIDI
事件上，程序員只需要管理協(xié)議和時間。
??? 4 Timer 接口? 為支持聲音的同步事件提供訪問聲卡上的定時器。
??? 5 音序器接口? 一個比原始MIDI接口高級的MIDI編程和聲音同步高層接口。它可以處理很多的MIDI協(xié)議和定時器。
??? 6 mixer接口?? 控制發(fā)送信號和控制聲音大小的聲卡上的設備。/dsp/mixer,OSS中存在。
???
?? 我們主要關(guān)心1,2接口
??
?? 2.3 聲卡的管理
?? ２.3.1 卡　
?? 對于每一個聲卡，一個“卡”的記錄必須分配。
?? “卡”的記錄是聲卡的總部，它管理著聲卡上的所有的設備（或者組件）的列表，例如PCM,Mixer,MIDI等等。
?? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：snd_card
?? 其中　number : 第幾個聲卡，最大為SNDRV_CARDS?。競€，對于我們的系統(tǒng)，只有一個聲卡的話，number為０
?? 　　　id???? : 聲卡的string
???????? devices : 設備列表
???????? proc_root?。簆roc文件的根
???????? private_data：聲卡的私有數(shù)據(jù)
???????? controls　?。郝暱ǖ目刂平涌诹斜?br /> ?? 　　　還有一些電源管理等
??
?? 調(diào)用snd_card_new來創(chuàng)建一個聲卡實體。
　　snd_card_new(index, id, module, extra_size);
　　其中extra_size為private_data內(nèi)存空間的大小，在snd_card_new中分配。

　?。?3.2 設備（組件）
??? 卡實例創(chuàng)建后，我們可以attach一個組件（設備）給一個卡的實例。在alsa驅(qū)動中，一個組件用結(jié)構(gòu)snd_device對象表示。
??? 一個組件可以是一個PCM實例，一個控制實例，一個原始MIDI接口等。它調(diào)用snd_device_new創(chuàng)建。
???? snd_device_new(card, snd_device_type_t, device_data, &ops);
???? 在control.c ,pcm.c,info.c，Rawmidi.c以及timer.c中，都有snd_device_new的調(diào)用，分別創(chuàng)建類型為control,PCM等的deice.
???? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：snd_device
?struct list_head list;??/* list of registered devices */
?struct snd_card *card;??/* card which holds this device */
?snd_device_state_t state;?/* state of the device */
?snd_device_type_t type;??/* device type */
?void *device_data;??/* device structure */
?struct snd_device_ops *ops;?/* operations */
?snd_device_ops包含了注冊，unregister,free等函數(shù)。?
?在snd_card_new中，我們創(chuàng)建了一個control的device ,而snd_pcm_new創(chuàng)建了一個pcm的device
?
? ２.3.３ 注冊與釋放
? snd_card_register　調(diào)用它后，device 文件可以被外界訪問。之前，不能安全被外界所訪問。
? snd_card_free　一般在退出的時候調(diào)用，這樣將把所有的組件都自動釋放掉。

? 2.4?? PCM接口
? ALSA ＰＣＭ中間層非常強大，驅(qū)動只需要實現(xiàn)底層的函數(shù)以訪問硬件。
? 每個卡最多可以有４個PCM實例。
? 一個PCM實例包含playback（回放）和capture(錄音）流，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：snd_pcm，其中struct snd_pcm_str streams[2];　stream[0]代表
? playback,stream[1]代表capture.
? 每一個pcm流包括一個或者多個pcm子流，
? 一些聲卡支持多個playback功能。例如，emu10k1有一個PCM回放的３２位立體聲子流（substream），此時，每次打開，一個空閑的子流自動選擇并
? 打開，同時，如果只有一個子流存在并已經(jīng)打開了，接下來的打開要么被阻塞要么返回EAGAIN,但是這些在你的驅(qū)動中不需要關(guān)心，ＰＣＭ中間層會
? 管理這些工作。
? snd_pcm_new創(chuàng)建一個實體，
? int snd_pcm_new(struct snd_card *card, char *id, int device,
??int playback_count, int capture_count,
???????? struct snd_pcm ** rpcm)
?? device :? 第幾個pcm實體，從０開始
?? playback_count：　回放子流數(shù)目　
?? capture_count:　　錄音子流數(shù)目
??
? 流的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：snd_pcm_str
? 其中　stream 表示方向，是playback還是capture
? 　　　substream_count子流數(shù)目
? 　　　struct snd_pcm_substream *substream;子流的指針，指向第一個子流，根據(jù)第一個，可以找到下一個（substream->next)
?
? snd_pcm_new_stream創(chuàng)建一個流　，在snd_pcm_new中被調(diào)用。
?
? ?子流（substream）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：snd_pcm_substream
? ?其中　stream 表示方向，是playback還是capture
? ?　　 buffer_bytes_max　表示最大的環(huán)形buffer大小
? ? ?　　dma_buffer　　　　?。?？？？？
? ?　　　dma_max　　　　　　　最大　
? ?struct snd_pcm_ops *ops; 子流的操作函數(shù)，snd_pcm_set_ops會設置ops
? ??struct snd_pcm_runtime *runtime;
??　　　next? 下一個substream,對于只有一個playback的子流，為NULL
??struct snd_timer *timer;??????
??
??snd_pcm_ops 定義了一系列硬件操作函數(shù)，比如open , ioctrl , trigger等
??1 open callback :
?? ??static int snd_xxx_open(struct snd_pcm_substream *substream);
???? 這個函數(shù)在一個子流被打開時調(diào)用（snd_pcm_open_substream函數(shù)調(diào)用）
???? 調(diào)用關(guān)系為：
???? 在　snd_pcm_f_ops中　.open = snd_pcm_playback_open
??? snd_pcm_playback_open ---> snd_pcm_open_file---> snd_pcm_open_substream ---> snd_xxx_open
??? snd_pcm_f_ops的open ,當你對/dev/snd/PCMC0D0　open時候被調(diào)用
??? 我們的驅(qū)動主要是分配substream->runtime，并調(diào)用request_irq把中斷處理函數(shù)和runtime關(guān)聯(lián)起來。
???
??? 2 close callback
? static int snd_xxx_close(struct snd_pcm_substream *substream);
? 這個函數(shù)在一個子流被關(guān)閉時調(diào)用
???? 調(diào)用關(guān)系為：
???? 在　snd_pcm_f_ops中　.release = snd_pcm_release
??? snd_pcm_release --->? snd_pcm_release_substream ---> snd_xxx_close
??? snd_pcm_f_ops的release ,當你對/dev/snd/PCMC0D0　close時候被調(diào)用???
??? 我們的驅(qū)動主要是調(diào)用free_irq把中斷處理函數(shù)和runtime釋放掉。
??? （是否有內(nèi)存泄露，因為在open函數(shù)里對runtimer 用kmalloc了，在close函數(shù)里應該kfree(runtime)???
???
???? ３ ioctl callback
???? 一般用snd_pcm_lib_ioctl
????
???? ４　hw_params　callback
???? static int snd_xxx_hw_params(struct snd_pcm_substream *substream,
?????????????????????????????? struct snd_pcm_hw_params *hw_params);
????? 調(diào)用關(guān)系為：
???? 在　snd_pcm_f_ops中　.unlocked_ioctl = snd_pcm_playback_ioctl
????????? snd_pcm_playback_ioctl --> snd_pcm_playback_ioctl1
????? -->snd_pcm_common_ioctl1 ---> snd_pcm_hw_params_user --->? snd_pcm_hw_params ---> snd_xxx_hw_params
????????
??? snd_pcm_f_ops的unlocked_ioctl,當你對/dev/snd/PCMC0D0　進行ioctl(int fd, int command, (char *) argstruct)調(diào)用時,文件系統(tǒng)的do_ioctl
??? 會先判斷unlocked_ioctl函數(shù)是否為空,不為空則調(diào)用filp->f_op->unlocked_ioctl ,其中command為?? SNDRV_PCM_IOCTL_HW_PARAMS?? .
??? 這個函數(shù)在 應用程序設置硬件參數(shù)時被調(diào)用,也就是說,當pcm子流的buffer大小,周期大小,格式等被定義的時候.
??? 許多硬件的設置必須在這個回調(diào)函數(shù)中做,包括buffer的分配.buffer的分配可以調(diào)用snd_pcm_lib_malloc_pages函數(shù).
??? 我們的驅(qū)動好像只有buffer的分配,沒做別的處理,會不會有問題 ????
???
??? 5 hw_free callback
??? static int snd_xxx_hw_free(struct snd_pcm_substream *substream);
??? 釋放在 hw_params中分配的資源
???
??? 6 prepare callback
??? static int snd_xxx_prepare(struct snd_pcm_substream *substream);
????????? 調(diào)用關(guān)系為：
???? 在　snd_pcm_f_ops中　.unlocked_ioctl = snd_pcm_playback_ioctl
????????? snd_pcm_playback_ioctl --> snd_pcm_playback_ioctl1
????? -->snd_pcm_common_ioctl1 ---> snd_pcm_prepare --> snd_pcm_do_prepare ---> snd_xxx_prepare
????? IO命令為 SNDRV_PCM_IOCTL_PREPARE.
????? 你可以在這個函數(shù)里設置格式類型,采樣率等,它和hw_params的區(qū)別在于 prepare回調(diào)函數(shù)在每次snd_pcm_prepare都會被調(diào)用
????? 例如,underrun后的恢復等
????? 在這個函數(shù)里,你可以通過runtime記錄substream->runtime得到一些值,例如,目前的采樣率,格式類型,聲道數(shù)目,runtime->rate, runtime->format or runtime->channels
????? 分配的內(nèi)存設置在 runtime->dma_area,大小和周期分別為runtime->buffer_size和runtime->period_size.
?????
????? 我們的驅(qū)動這個函數(shù)有問題 .
?????
?????
???? 7 trigger callback
????? static int snd_xxx_trigger(struct snd_pcm_substream *substream, int cmd);
????????? 調(diào)用關(guān)系為：
???? 在　snd_pcm_f_ops中　.unlocked_ioctl = snd_pcm_playback_ioctl
????????? snd_pcm_playback_ioctl --> snd_pcm_playback_ioctl1
????? -->snd_pcm_common_ioctl1 ---> snd_pcm_drain --> snd_pcm_do_drain_init ---> snd_xxx_trigger
????? IO命令為 SNDRV_PCM_IOCTL_DRAIN
????
???? 這個callback函數(shù)是原子的,也就是不能調(diào)用會sleep的函數(shù),trigger回調(diào)函數(shù)應當盡量小,只是triggering DMA,其他的操作在 hw_params和
???? perpare里面做.
???? 我們的驅(qū)動實現(xiàn)了start,stop,SUSPEND 和? RESUME, 沒有實現(xiàn)pause,unpause.還調(diào)用了msleep???? 這不對
???? mdelay是一個讓CPU空轉(zhuǎn)，一直等待到批定的時間后才退出??
???? msleep是讓當前進程休眠，讓出CPU給其它進程使用，等到時間到了之后再喚醒??
???? msleep不能用于中斷上下文中??
????????
???? 8 pointer callback
???? static snd_pcm_uframes_t snd_xxx_pointer(struct snd_pcm_substream *substream)
???? 該回調(diào)函數(shù)在PCM中間層咨詢在buffer中當前硬件位置的時候被調(diào)用,位置以frames計算,范圍為0到buffer_size - 1.
?調(diào)用關(guān)系為：
???? snd_pcm_period_elapsed --> snd_pcm_update_hw_ptr_pos ---> snd_xxx_pointer
???? 在中斷處理函數(shù)中,snd_pcm_period_elapsed被調(diào)用,然后PCM中間層更新位置,并計算剩余空間,并喚醒睡著的線程.
??? SNDRV_PCM_POS_XRUN ????
???
??? 9 其他的callback非強制的,我們驅(qū)動沒實現(xiàn)他們.
??????
????
??
?設置好硬件操作函數(shù)后，你可以預先分配buffer,調(diào)用
?snd_pcm_lib_preallocate_pages_for_all
?該函數(shù)將更新子流的dma_max　以及　dma_buffer ,　其中dma_buffer中的area 代表內(nèi)存區(qū)域
?
?PCM實例的釋放，一般不需要，PCM中間層會自動釋放其中的內(nèi)存的，除非你在初始化的時候，分配了一些特殊的變量（用kmalloc),
?此時在退出函數(shù)里，用kfree掉。
?
?2.4.2. runtime
?當一個PCM子流打開時，一個PCM的runtime實例被分配并賦給substream-〉runtime 。
runtime保持大多數(shù)你需要控制PCM的信息，hw_params and sw_params配置的拷貝，buffer的指針等
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：snd_pcm_runtime
包括 hw? :hw_params 信息
硬件描述符(struct snd_pcm_hardware)包含了基本硬件配置的定義.首先,你將在open 回調(diào)函數(shù)里定義它.
需要說明的是:runtime實例保持著描述符的copy,不是對已經(jīng)的描述符的指針,也就是說,在open 回調(diào)函數(shù)中,你可以修改runtime->hw
根據(jù)你的需要.

?
?2.4.3 中斷處理
?中斷處理函數(shù)在聲卡驅(qū)動中的作用:更新buffer的位置并在buffer位置越過以前設置的period size時,告訴PCM中間層.調(diào)用snd_pcm_period_elapsed函數(shù)
?將告訴PCM中間層.
?在snd_pcm_hw_params中會對period_size進行設置.
?有以下幾種聲卡類型產(chǎn)生中斷的方式:
?1)在周期邊界產(chǎn)生中斷
?? 最常用的方式
?2)高頻率的timer中斷
?? 用于那些不產(chǎn)生中斷的芯片
?? 我們的實現(xiàn):
?對于位置pcm_buf_pos ,在prepare調(diào)用的時候設為0,在中斷的時候,每次會傳60個bytes,每次加上60,循環(huán).
?然后調(diào)用snd_pcm_period_elapsed函數(shù)通知上層.
?
?在中斷中調(diào)用spin_lock ???? 為了多處理器嗎???

?

?

PCM中的file_operation :
?? 當調(diào)用snd_pcm_new時，
?????? snd_pcm_new ---> snd_pcm_dev_register --> snd_register_device 此函數(shù)更新snd_minor結(jié)構(gòu)，
??????
??? 而在 alsa_sound_init中，register_chrdev(major , "alsa",&snd_fops);當一個alsa主設備打開時，會調(diào)用snd_fops中的open函數(shù)，
??? 也就是snd_open( 在sound.c中),而snd_open會根據(jù)snd_minor替換其file_ops，如果minor是PCM設備，將用PCM的file_operation
??? (snd_pcm_new中更新了）