Linux ALSA声卡驱动详细分析

1.Linux ALSA声卡驱动之一：ALSA架构简介

一. 概述

ALSA是Advanced Linux Sound Architecture 的缩写，目前已经成为了linux的主流音频体系结构，想了解更多的关于ALSA的这一开源项目的信息和知识，请查看以下网址：http://www.alsa-project.org/。

在内核设备驱动层，ALSA提供了alsa-driver，同时在应用层，ALSA为我们提供了alsa-lib，应用程序只要调用alsa-lib提供的API，即可以完成对底层音频硬件的控制。

图 1.1 alsa的软件体系结构

由图1.1可以看出，用户空间的alsa-lib对应用程序提供统一的API接口，这样可以隐藏了驱动层的实现细节，简化了应用程序的实现难度。内核空间中，alsa-soc其实是对alsa-driver的进一步封装，他针对嵌入式设备提供了一些列增强的功能。本系列博文仅对嵌入式系统中的alsa-driver和alsa-soc进行讨论。

1

二. ALSA设备文件结构

我们从alsa在linux中的设备文件结构开始我们的alsa之旅. 看看我的电脑中的alsa驱动的设备文件结构: $ cd /dev/snd $ ls -l

crw-rw----+ 1 root audio 116, 8 2011-02-23 21:38 controlC0 crw-rw----+ 1 root audio 116, 4 2011-02-23 21:38 midiC0D0 crw-rw----+ 1 root audio 116, 7 2011-02-23 21:39 pcmC0D0c crw-rw----+ 1 root audio 116, 6 2011-02-23 21:56 pcmC0D0p crw-rw----+ 1 root audio 116, 7 2011-02-23 21:39 pcmC0D1c crw-rw----+ 1 root audio 116, 5 2011-02-23 21:38 pcmC0D1p crw-rw----+ 1 root audio 116, 3 2011-02-23 21:38 seq crw-rw----+ 1 root audio 116, 2 2011-02-23 21:38 timer $

我们可以看到以下设备文件:

?

controlC0 --> 用于声卡的控制，例如通道选择，混音，麦克风的控制等

midiC0D0 --> 用于播放midi音频 pcmC0D0c --〉 用于录音的pcm设备 pcmC0D0p --〉 用于播放的pcm设备 seq --〉 音序器 timer --〉 定时器

? ? ? ? ?

其中，C0D0代表的是声卡0中的设备0，pcmC0D0c最后一个c代表capture，pcmC0D0p最后一个p代表playback，这些都是alsa-driver中的命名规则。从上面的列表可以看出，我的声卡下挂了6个设备，根据声卡的实际能力，驱动实际上可以挂上更多种类的设备，在include/sound/core.h中，定义了以下设备类型：

[c-sharp] view plain copy

2

1. #define SNDRV_DEV_TOPLEVEL ((__force snd_device_type_t) 0)

2. #define SNDRV_DEV_CONTROL ((__force snd_device_type_t) 1)

3. #define SNDRV_DEV_LOWLEVEL_PRE ((__force snd_device_type_t) 2)

4. #define SNDRV_DEV_LOWLEVEL_NORMAL ((__force snd_device_type_t) 0x1000)

5. #define SNDRV_DEV_PCM ((__force snd_device_type_t) 0x1001)

6. #define SNDRV_DEV_RAWMIDI ((__force snd_device_type_t) 0x1002)

7. #define SNDRV_DEV_TIMER ((__force snd_device_type_t) 0x1003)

8. #define SNDRV_DEV_SEQUENCER ((__force snd_device_type_t) 0x1004)

9. #define SNDRV_DEV_HWDEP ((__force snd_device_type_t) 0x1005)

10. #define SNDRV_DEV_INFO ((__force snd_device_type_t) 0x1006)

11. #define SNDRV_DEV_BUS ((__force snd_device_type_t) 0x1007)

12. #define SNDRV_DEV_CODEC ((__force snd_device_type_t) 0x1008)

13. #define SNDRV_DEV_JACK ((__force snd_device_type_t) 0x1009)

14. #define SNDRV_DEV_LOWLEVEL ((__force snd_device_type_t) 0x2000) 通常，我们更关心的是pcm和control这两种设备。

三. 驱动的代码文件结构

在Linux2.6代码树中，Alsa的代码文件结构如下： sound /core /oss /seq /ioctl32 /include

3

/drivers /i2c /synth /emux /pci

/(cards) /isa

/(cards) /arm /ppc /sparc /usb

/pcmcia /(cards) /oss /soc /codecs

?

core 该目录包含了ALSA驱动的中间层，它是整个ALSA驱动的核心部分

core/oss 包含模拟旧的OSS架构的PCM和Mixer模块 core/seq 有关音序器相关的代码

include ALSA驱动的公共头文件目录，该目录的头文件需要导出给用户空间的应用程序使用，通常，驱动模块私有的头文件不应放置在这里 drivers 放置一些与CPU、BUS架构无关的公用代码 i2c ALSA自己的I2C控制代码

pci pci声卡的顶层目录，子目录包含各种pci声卡的代码 isa isa声卡的顶层目录，子目录包含各种isa声卡的代码 soc 针对system-on-chip体系的中间层代码

soc/codecs 针对soc体系的各种codec的代码，与平台无关

? ? ?

? ? ? ? ? ?

4

2.Linux ALSA声卡驱动之二：声卡的创建 1. struct snd_card 1.1. snd_card是什么

snd_card可以说是整个ALSA音频驱动最顶层的一个结构，整个声卡的软件逻辑结构开始于该结构，几乎所有与声音相关的逻辑设备都是在snd_card的管理之下，声卡驱动的第一个动作通常就是创建一个snd_card结构体。正因为如此，本节中，我们也从 struct cnd_card开始吧。 1.2. snd_card的定义 snd_card的定义位于改头文件中：include/sound/core.h [c-sharp] view plain copy 1. /* main structure for soundcard */ 2.

3. struct snd_card {

4. int number; /* number of soundcard (index to 5. snd_cards) */ 6.

7. char id[16]; /* id string of this card */

8. char driver[16]; /* driver name */

9. char shortname[32]; /* short name of this soundcard */

10. char longname[80]; /* name of this soundcard */

11. char mixername[80]; /* mixer name */

12. char components[128]; /* card components delimited with

13. space */

14. struct module *module; /* top-level module */ 15.

16. void *private_data; /* private data for soundcard */

17. void (*private_free) (struct snd_card *card); /* callback for freeing of

5

18. private data */ 19. struct list_head devices; /* devices */ 20.

21. unsigned int last_numid; /* last used numeric ID */

22. struct rw_semaphore controls_rwsem; /* controls list lock */

23. rwlock_t ctl_files_rwlock; /* ctl_files list lock */

24. int controls_count; /* count of all controls */

25. int user_ctl_count; /* count of all user controls */

26. struct list_head controls; /* all controls for this card */

27. struct list_head ctl_files; /* active control files */ 28.

29. struct snd_info_entry *proc_root; /* root for soundcard specific files */

30. struct snd_info_entry *proc_id; /* the card id */ 31. struct proc_dir_entry *proc_root_link; /* number link to real id */ 32.

33. struct list_head files_list; /* all files associated to this card */

34. struct snd_shutdown_f_ops *s_f_ops; /* file operations in the shutdown

35. state */

36. spinlock_t files_lock; /* lock the files for this card */

37. int shutdown; /* this card is going down */

38. int free_on_last_close; /* free in context of file_release */

39. wait_queue_head_t shutdown_sleep;

40. struct device *dev; /* device assigned to this card */

41. #ifndef CONFIG_SYSFS_DEPRECATED

42. struct device *card_dev; /* cardX object for sysfs */ 43. #endif 44.

45. #ifdef CONFIG_PM

6

46. unsigned int power_state; /* power state */ 47. struct mutex power_lock; /* power lock */ 48. wait_queue_head_t power_sleep; 49. #endif 50.

51. #if defined(CONFIG_SND_MIXER_OSS) || defined(CONFIG_SND_MIXER_OSS_MODULE)

52. struct snd_mixer_oss *mixer_oss; 53. int mixer_oss_change_count; 54. #endif 55. };

? ? ?

struct list_head devices 记录该声卡下所有逻辑设备的链表 struct list_head controls 记录该声卡下所有的控制单元的链表 void *private_data 声卡的私有数据，可以在创建声卡时通过参数指定数据的大小

2. 声卡的建立流程

2.1.1. 第一步，创建snd_card的一个实例 [c-sharp] view plain copy 1. struct snd_card *card; 2. int err; 3. ....

4. err = snd_card_create(index, id, THIS_MODULE, 0, &card);

? ? ?

index 一个整数值，该声卡的编号 id 字符串，声卡的标识符

第四个参数 该参数决定在创建snd_card实例时，需要同时额外分配的私有数据的大小，该数据的指针最终会赋值给snd_card的private_data数据成员

?

card 返回所创建的snd_card实例的指针

7

2.1.2. 第二步，创建声卡的芯片专用数据

声卡的专用数据主要用于存放该声卡的一些资源信息，例如中断资源、io资源、dma资源等。可以有两种创建方法：

?

通过上一步中snd_card_create()中的第四个参数，让snd_card_create自己创建

[c-sharp] view plain copy 1. // struct mychip 用于保存专用数据

2. err = snd_card_create(index, id, THIS_MODULE, 3. sizeof(struct mychip), &card); 4. // 从private_data中取出

5. struct mychip *chip = card->private_data;

?

自己创建：

[c-sharp] view plain copy

1. struct mychip {

2. struct snd_card *card; 3. .... 4. };

5. struct snd_card *card; 6. struct mychip *chip; 7.

8. chip = kzalloc(sizeof(*chip), GFP_KERNEL); 9. ......

10. err = snd_card_create(index[dev], id[dev], THIS_MODULE, 0, &card);

11. // 专用数据记录snd_card实例 12. chip->card = card; 13. .....

然后，把芯片的专有数据注册为声卡的一个低阶设备： [c-sharp] view plain copy

1. static int snd_mychip_dev_free(struct snd_device *device)

8

2. {

3. return snd_mychip_free(device->device_data); 4. } 5.

6. static struct snd_device_ops ops = { 7. .dev_free = snd_mychip_dev_free, 8. }; 9. ....

10. snd_device_new(card, SNDRV_DEV_LOWLEVEL, chip, &ops); 注册为低阶设备主要是为了当声卡被注销时，芯片专用数据所占用的内存可以被自动地释放。

2.1.3. 第三步，设置Driver的ID和名字 [c-sharp] view plain copy

1. strcpy(card->driver, \);

2. strcpy(card->shortname, \); 3. sprintf(card->longname, \,

4. card->shortname, chip->ioport, chip->irq); snd_card的driver字段保存着芯片的ID字符串，user空间的alsa-lib会使用到该字符串，所以必须要保证该ID的唯一性。shortname字段更多地用于打印信息，longname字段则会出现在/proc/asound/cards中。

2.1.4. 第四步，创建声卡的功能部件（逻辑设备），例如PCM，Mixer，MIDI等

这时候可以创建声卡的各种功能部件了，还记得开头的snd_card结构体的devices字段吗？每一种部件的创建最终会调用snd_device_new()来生成一个snd_device实例，并把该实例链接到snd_card的devices链表中。 通常，alsa-driver的已经提供了一些常用的部件的创建函数，而不必直接调用snd_device_new()，比如： PCM ---- snd_pcm_new() RAWMIDI -- snd_rawmidi_new()

9

CONTROL -- snd_ctl_create() TIMER -- snd_timer_new() INFO -- snd_card_proc_new() JACK -- snd_jack_new() 2.1.5. 第五步，注册声卡

[c-sharp] view plain copy

1. err = snd_card_register(card); 2. if (err < 0) {

3. snd_card_free(card); 4. return err; 5. }

2.2. 一个实际的例子 我把/sound/arm/pxa2xx-ac97.c的部分代码贴上来： [cpp] view plain copy 1. static int __devinit pxa2xx_ac97_probe(struct platform_device *dev) 2. {

3. struct snd_card *card;

4. struct snd_ac97_bus *ac97_bus;

5. struct snd_ac97_template ac97_template; 6. int ret;

7. pxa2xx_audio_ops_t *pdata = dev->dev.platform_data; 8.

9. if (dev->id >= 0) {

10. dev_err(&dev->dev, \); 11. ret = -ENXIO; 12. goto err_dev; 13. } 14. ////(1)////

15. ret = snd_card_create(SNDRV_DEFAULT_IDX1, SNDRV_DEFAULT_STR1, 16. THIS_MODULE, 0, &card); 17. if (ret < 0) 18. goto err; 19.

20. card->dev = &dev->dev; 21. ////(3)////

10

22. strncpy(card->driver, dev->dev.driver->name, sizeof(card->driver)); 23.

24. ////(4)////

25. ret = pxa2xx_pcm_new(card, &pxa2xx_ac97_pcm_client, &pxa2xx_ac97_pcm); 26. if (ret) 27. goto err; 28. ////(2)////

29. ret = pxa2xx_ac97_hw_probe(dev); 30. if (ret) 31. goto err; 32.

33. ////(4)////

34. ret = snd_ac97_bus(card, 0, &pxa2xx_ac97_ops, NULL, &ac97_bus); 35. if (ret)

36. goto err_remove;

37. memset(&ac97_template, 0, sizeof(ac97_template));

38. ret = snd_ac97_mixer(ac97_bus, &ac97_template, &pxa2xx_ac97_ac97); 39. if (ret)

40. goto err_remove; 41. ////(3)////

42. snprintf(card->shortname, sizeof(card->shortname), 43. \, snd_ac97_get_short_name(pxa2xx_ac97_ac97)); 44. snprintf(card->longname, sizeof(card->longname),

45. \, dev->dev.driver->name, card->mixername); 46.

47. if (pdata && pdata->codec_pdata[0])

48. snd_ac97_dev_add_pdata(ac97_bus->codec[0], pdata->codec_pdata[0]); 49. snd_card_set_dev(card, &dev->dev); 50. ////(5)////

51. ret = snd_card_register(card); 52. if (ret == 0) {

53. platform_set_drvdata(dev, card); 54. return 0; 55. } 56.

57. err_remove:

58. pxa2xx_ac97_hw_remove(dev); 59. err:

60. if (card)

61. snd_card_free(card); 62. err_dev: 63. return ret; 64. } 65.

11

66. static int __devexit pxa2xx_ac97_remove(struct platform_device *dev) 67. {

68. struct snd_card *card = platform_get_drvdata(dev); 69.

70. if (card) {

71. snd_card_free(card);

72. platform_set_drvdata(dev, NULL); 73. pxa2xx_ac97_hw_remove(dev); 74. } 75.

76. return 0; 77. } 78.

79. static struct platform_driver pxa2xx_ac97_driver = { 80. .probe = pxa2xx_ac97_probe,

81. .remove = __devexit_p(pxa2xx_ac97_remove), 82. .driver = {

83. .name = \, 84. .owner = THIS_MODULE, 85. #ifdef CONFIG_PM

86. .pm = &pxa2xx_ac97_pm_ops, 87. #endif 88. }, 89. }; 90.

91. static int __init pxa2xx_ac97_init(void) 92. {

93. return platform_driver_register(&pxa2xx_ac97_driver); 94. } 95.

96. static void __exit pxa2xx_ac97_exit(void) 97. {

98. platform_driver_unregister(&pxa2xx_ac97_driver); 99. } 100.

101. module_init(pxa2xx_ac97_init); 102. module_exit(pxa2xx_ac97_exit); 103.

104. MODULE_AUTHOR(\);

105. MODULE_DESCRIPTION(\);

驱动程序通常由probe回调函数开始，对一下2.1中的步骤，是否有相似之处？ 经过以上的创建步骤之后，声卡的逻辑结构如下图所示：

12

图 2.2.1 声卡的软件逻辑结构

下面的章节里我们分别讨论一下snd_card_create()和snd_card_register()这两个函数。

3. snd_card_create()

snd_card_create()在/sound/core/init.c中定义。 [cpp] view plain copy

1. /**

2. * snd_card_create - create and initialize a soundcard structure

3. * @idx: card index (address) [0 ... (SNDRV_CARDS-1)] 4. * @xid: card identification (ASCII string) 5. * @module: top level module for locking

6. * @extra_size: allocate this extra size after the main soundcard structure

7. * @card_ret: the pointer to store the created card instance 8. *

9. * Creates and initializes a soundcard structure. 10. *

11. * The function allocates snd_card instance via kzalloc with the given

12. * space for the driver to use freely. The allocated struct is stored

13. * in the given card_ret pointer. 14. *

13

15. * Returns zero if successful or a negative error code.

16. */

17. int snd_card_create(int idx, const char *xid,

18. struct module *module, int extra_size, 19. struct snd_card **card_ret)

首先，根据extra_size参数的大小分配内存，该内存区可以作为芯片的专有数据使用（见前面的介绍）： [c-sharp] view plain copy 1. card = kzalloc(sizeof(*card) + extra_size, GFP_KERNEL); 2. if (!card)

3. return -ENOMEM; 拷贝声卡的ID字符串： [c-sharp] view plain copy 1. if (xid)

2. strlcpy(card->id, xid, sizeof(card->id)); 如果传入的声卡编号为-1，自动分配一个索引编号： [c-sharp] view plain copy 1. if (idx < 0) {

2. for (idx2 = 0; idx2 < SNDRV_CARDS; idx2++)

3. /* idx == -1 == 0xffff means: take any free slot */

4. if (~snd_cards_lock & idx & 1<

5. if (module_slot_match(module, idx2)) { 6. idx = idx2; 7. break; 8. } 9. } 10. }

11. if (idx < 0) {

12. for (idx2 = 0; idx2 < SNDRV_CARDS; idx2++)

13. /* idx == -1 == 0xffff means: take any free slot */

14. if (~snd_cards_lock & idx & 1<

14

16. idx = idx2; 17. break; 18. } 19. } 20. }

初始化snd_card结构中必要的字段： [c-sharp] view plain copy 1. card->number = idx; 2. card->module = module;

3. INIT_LIST_HEAD(&card->devices); 4. init_rwsem(&card->controls_rwsem); 5. rwlock_init(&card->ctl_files_rwlock); 6. INIT_LIST_HEAD(&card->controls); 7. INIT_LIST_HEAD(&card->ctl_files); 8. spin_lock_init(&card->files_lock); 9. INIT_LIST_HEAD(&card->files_list);

10. init_waitqueue_head(&card->shutdown_sleep); 11. #ifdef CONFIG_PM

12. mutex_init(&card->power_lock);

13. init_waitqueue_head(&card->power_sleep); 14. #endif 建立逻辑设备：Control [c-sharp] view plain copy 1. /* the control interface cannot be accessed from the user space until */

2. /* snd_cards_bitmask and snd_cards are set with snd_card_register */

3. err = snd_ctl_create(card);

建立proc文件中的info节点：通常就是/proc/asound/card0 [c-sharp] view plain copy 1. err = snd_info_card_create(card); 把第一步分配的内存指针放入private_data字段中： [c-sharp] view plain copy 15

1. if (extra_size > 0)

2. card->private_data = (char *)card + sizeof(struct snd_card); 4. snd_card_register() snd_card_create()在/sound/core/init.c中定义。 [c-sharp] view plain copy 1. /**

2. * snd_card_register - register the soundcard 3. * @card: soundcard structure 4. *

5. * This function registers all the devices assigned to the soundcard.

6. * Until calling this, the ALSA control interface is blocked from the

7. * external accesses. Thus, you should call this function at the end

8. * of the initialization of the card. 9. *

10. * Returns zero otherwise a negative error code if the registrain failed. 11. */

12. int snd_card_register(struct snd_card *card) 首先，创建sysfs下的设备： [c-sharp] view plain copy 1. if (!card->card_dev) {

2. card->card_dev = device_create(sound_class, card->dev,

3. MKDEV(0, 0), card,

4. \, card->number); 5. if (IS_ERR(card->card_dev)) 6. card->card_dev = NULL; 7. }

其中，sound_class是在/sound/sound_core.c中创建的： [c-sharp] view plain copy 16

1. static char *sound_devnode(struct device *dev, mode_t *mode) 2. {

3. if (MAJOR(dev->devt) == SOUND_MAJOR) 4. return NULL;

5. return kasprintf(GFP_KERNEL, \, dev_name(dev)); 6. }

7. static int __init init_soundcore(void) 8. {

9. int rc; 10.

11. rc = init_oss_soundcore(); 12. if (rc)

13. return rc; 14.

15. sound_class = class_create(THIS_MODULE, \); 16. if (IS_ERR(sound_class)) { 17. cleanup_oss_soundcore();

18. return PTR_ERR(sound_class); 19. } 20.

21. sound_class->devnode = sound_devnode; 22.

23. return 0; 24. }

由此可见，声卡的class将会出现在文件系统的/sys/class/sound/下面，并且，sound_devnode()也决定了相应的设备节点也将会出现在/dev/snd/下面。 接下来的步骤，通过snd_device_register_all()注册所有挂在该声卡下的逻辑设备，snd_device_register_all()实际上是通过snd_card的devices链表，遍历所有的snd_device，并且调用snd_device的ops->dev_register()来实现各自设备的注册的。

[c-sharp] view plain copy

1. if ((err = snd_device_register_all(card)) < 0) 2. return err;

最后就是建立一些相应的proc和sysfs下的文件或属性节点，代码就不贴了。

17

至此，整个声卡完成了建立过程。

3. Linux ALSA声卡驱动之三：PCM设备的创建 1. PCM是什么

PCM是英文Pulse-code modulation的缩写，中文译名是脉冲编码调制。我们知道在现实生活中，人耳听到的声音是模拟信号，PCM就是要把声音从模拟转换成数字信号的一种技术，他的原理简单地说就是利用一个固定的频率对模拟信号进行采样，采样后的信号在波形上看就像一串连续的幅值不一的脉冲，把这些脉冲的幅值按一定的精度进行量化，这些量化后的数值被连续地输出、传输、处理或记录到存储介质中，所有这些组成了数字音频的产生过程。

图1.1 模拟音频的采样、量化

PCM信号的两个重要指标是采样频率和量化精度，目前，CD音频的采样频率通常为44100Hz，量化精度是16bit。通常，播放音乐时，应用程序从存储介质中读取音频数据（MP3、WMA、AAC......），经过解码后，最终送到音频驱动程序中的就是PCM数据，反过来，在录音时，音频驱动不停地把采样所得的PCM数据送回给应用程序，由应用程序完成压缩、存储等任务。所以，音频驱动的两大核心任务就是：

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?

playback 如何把用户空间的应用程序发过来的PCM数据，转化为人耳可以辨别的模拟音频

capture 把mic拾取到得模拟信号，经过采样、量化，转换为PCM信号送回给用户空间的应用程序

?

2. alsa-driver中的PCM中间层

ALSA已经为我们实现了功能强劲的PCM中间层，自己的驱动中只要实现一些底层的需要访问硬件的函数即可。

要访问PCM的中间层代码，你首先要包含头文件，另外，如果需要访问一些与 hw_param相关的函数，可能也要包含。

每个声卡最多可以包含4个pcm的实例，每个pcm实例对应一个pcm设备文件。pcm实例数量的这种限制源于linux设备号所占用的位大小，如果以后使用64位的设备号，我们将可以创建更多的pcm实例。不过大多数情况下，在嵌入式设备中，一个pcm实例已经足够了。

一个pcm实例由一个playback stream和一个capture stream组成，这两个stream又分别有一个或多个substreams组成。

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图2.1 声卡中的pcm结构

在嵌入式系统中，通常不会像图2.1中这么复杂，大多数情况下是一个声卡，一个pcm实例，pcm下面有一个playback和capture stream，playback和capture下面各自有一个substream。

下面一张图列出了pcm中间层几个重要的结构，他可以让我们从uml的角度看一看这列结构的关系，理清他们之间的关系，对我们理解pcm中间层的实现方式。

20

图2.2 pcm中间层的几个重要的结构体的关系图

? ?

snd_pcm是挂在snd_card下面的一个snd_device

snd_pcm中的字段：streams[2]，该数组中的两个元素指向两个snd_pcm_str结构，分别代表playback stream和capture stream snd_pcm_str中的substream字段，指向snd_pcm_substream结构 snd_pcm_substream是pcm中间层的核心，绝大部分任务都是在substream中处理，尤其是他的ops（snd_pcm_ops）字段，许多user空间的应用程序通过alsa-lib对驱动程序的请求都是由该结构中的函数处理。它的runtime字段则指向snd_pcm_runtime结构，snd_pcm_runtime记录这substream的一些重要的软件和硬件运行环境和参数。

? ?

3. 新建一个pcm

alsa-driver的中间层已经为我们提供了新建pcm的api：

21

int snd_pcm_new(struct snd_card *card, const char *id, int device, int playback_count, int capture_count,

struct snd_pcm ** rpcm);

参数device 表示目前创建的是该声卡下的第几个pcm，第一个pcm设备从0开始。

参数playback_count 表示该pcm将会有几个playback substream。 参数capture_count 表示该pcm将会有几个capture substream。 另一个用于设置pcm操作函数接口的api：

void snd_pcm_set_ops(struct snd_pcm *pcm, int direction, struct snd_pcm_ops *ops);

新建一个pcm可以用下面一张新建pcm的调用的序列图进行描述：

图3.1 新建pcm的序列图

?

snd_card_create pcm是声卡下的一个设备（部件），所以第一步是要创建一个声卡

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?

snd_pcm_new 调用该api创建一个pcm，才该api中会做以下事情

o o o

如果有，建立playback stream，相应的substream也同时建立 如果有，建立capture stream，相应的substream也同时建立 调用snd_device_new()把该pcm挂到声卡中，参数ops中的dev_register字段指向了函数snd_pcm_dev_register，这个回调函数会在声卡的注册阶段被调用。

?

snd_pcm_set_ops 设置操作该pcm的控制/操作接口函数，参数中的snd_pcm_ops结构中的函数通常就是我们驱动要实现的函数

snd_card_register 注册声卡，在这个阶段会遍历声卡下的所有逻辑设备，并且调用各设备的注册回调函数，对于pcm，就是第二步提到的snd_pcm_dev_register函数，该回调函数建立了和用户空间应用程序（alsa-lib）通信所用的设备文件节点:/dev/snd/pcmCxxDxxp和/dev/snd/pcmCxxDxxc

?

4. 设备文件节点的建立（dev/snd/pcmCxxDxxp、pcmCxxDxxc） 4.1 struct snd_minor

每个snd_minor结构体保存了声卡下某个逻辑设备的上下文信息，他在逻辑设备建立阶段被填充，在逻辑设备被使用时就可以从该结构体中得到相应的信息。pcm设备也不例外，也需要使用该结构体。该结构体在include/sound/core.h中定义。

[c-sharp] view plain copy

1. struct snd_minor {

2. int type; /* SNDRV_DEVICE_TYPE_XXX */ 3. int card; /* card number */ 4. int device; /* device number */

5. const struct file_operations *f_ops; /* file operations */

6. void *private_data; /* private data for f_ops->open */

7. struct device *dev; /* device for sysfs */ 8. };

在sound/sound.c中定义了一个snd_minor指针的全局数组： [c-sharp] view plain copy

1. static struct snd_minor *snd_minors[256];

23

前面说过，在声卡的注册阶段（snd_card_register），会调用pcm的回调函数snd_pcm_dev_register()，这个函数里会调用函数snd_register_device_for_dev()： [c-sharp] view plain copy

1. static int snd_pcm_dev_register(struct snd_device *device) 2. {

3. ...... 4.

5. /* register pcm */

6. err = snd_register_device_for_dev(devtype, pcm->card,

7. pcm->device,

8. &snd_pcm_f_ops[cidx], 9. pcm, str, dev); 10. ...... 11. }

我们再进入snd_register_device_for_dev()： [c-sharp] view plain copy

1. int snd_register_device_for_dev(int type, struct snd_card *card, int dev,

2. const struct file_operations *f_ops, 3. void *private_data,

4. const char *name, struct device *device) 5. {

6. int minor;

7. struct snd_minor *preg; 8.

9. if (snd_BUG_ON(!name)) 10. return -EINVAL;

11. preg = kmalloc(sizeof *preg, GFP_KERNEL); 12. if (preg == NULL) 13. return -ENOMEM; 14. preg->type = type;

15. preg->card = card ? card->number : -1; 16. preg->device = dev; 17. preg->f_ops = f_ops;

18. preg->private_data = private_data;

24

19. mutex_lock(&sound_mutex); 20. #ifdef CONFIG_SND_DYNAMIC_MINORS 21. minor = snd_find_free_minor(); 22. #else

23. minor = snd_kernel_minor(type, card, dev); 24. if (minor >= 0 && snd_minors[minor]) 25. minor = -EBUSY; 26. #endif

27. if (minor < 0) {

28. mutex_unlock(&sound_mutex); 29. kfree(preg); 30. return minor; 31. }

32. snd_minors[minor] = preg;

33. preg->dev = device_create(sound_class, device, MKDEV(major, minor),

34. private_data, \, name); 35. if (IS_ERR(preg->dev)) {

36. snd_minors[minor] = NULL; 37. mutex_unlock(&sound_mutex); 38. minor = PTR_ERR(preg->dev); 39. kfree(preg); 40. return minor; 41. } 42.

43. mutex_unlock(&sound_mutex); 44. return 0; 45. }

?

首先，分配并初始化一个snd_minor结构中的各字段

o

type：

SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_PLAYBACK/SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_CAPTURE

o o o o

?

card: card的编号

device：pcm实例的编号，大多数情况为0 f_ops：snd_pcm_f_ops

private_data：指向该pcm的实例

根据type，card和pcm的编号，确定数组的索引值minor，minor也作为pcm设备的此设备号

把该snd_minor结构的地址放入全局数组snd_minors[minor]中 最后，调用device_create创建设备节点

25

? ?

4.2 设备文件的建立

在4.1节的最后，设备文件已经建立，不过4.1节的重点在于snd_minors数组的赋值过程，在本节中，我们把重点放在设备文件中。 回到pcm的回调函数snd_pcm_dev_register()中： [c-sharp] view plain copy

1. static int snd_pcm_dev_register(struct snd_device *device) 2. {

3. int cidx, err; 4. char str[16];

5. struct snd_pcm *pcm; 6. struct device *dev; 7.

8. pcm = device->device_data; 9. ...... 10. for (cidx = 0; cidx < 2; cidx++) { 11. ...... 12. switch (cidx) { 13. case SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK: 14. sprintf(str, \, pcm->card->number, pcm->de

vice); 15. devtype = SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_PLAYBACK; 16. break; 17. case SNDRV_PCM_STREAM_CAPTURE: 18. sprintf(str, \, pcm->card->number, pcm->de

vice); 19. devtype = SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_CAPTURE; 20. break; 21. } 22. /* device pointer to use, pcm->dev takes precedence if 23. * it is assigned, otherwise fall back to card's device 24. * if possible */ 25. dev = pcm->dev; 26. if (!dev) 27. dev = snd_card_get_device_link(pcm->card); 28. /* register pcm */ 29. err = snd_register_device_for_dev(devtype, pcm->card, 30. pcm->device, 31. &snd_pcm_f_ops[cidx], 32. pcm, str, dev); 33. ......

26

34. } 35. ...... 36. }

以上代码我们可以看出，对于一个pcm设备，可以生成两个设备文件，一个用于playback，一个用于capture，代码中也确定了他们的命名规则：

?

playback -- pcmCxDxp，通常系统中只有一各声卡和一个pcm，它就是pcmC0D0p

capture -- pcmCxDxc，通常系统中只有一各声卡和一个pcm，它就是pcmC0D0c

?

snd_pcm_f_ops

snd_pcm_f_ops是一个标准的文件系统file_operations结构数组，它的定义在sound/core/pcm_native.c中： [c-sharp] view plain copy

1. const struct file_operations snd_pcm_f_ops[2] = { 2. {

3. .owner = THIS_MODULE, 4. .write = snd_pcm_write,

5. .aio_write = snd_pcm_aio_write, 6. .open = snd_pcm_playback_open, 7. .release = snd_pcm_release, 8. .llseek = no_llseek,

9. .poll = snd_pcm_playback_poll,

10. .unlocked_ioctl = snd_pcm_playback_ioctl, 11. .compat_ioctl = snd_pcm_ioctl_compat, 12. .mmap = snd_pcm_mmap, 13. .fasync = snd_pcm_fasync,

14. .get_unmapped_area = snd_pcm_get_unmapped_area,

15. }, 16. {

17. .owner = THIS_MODULE, 18. .read = snd_pcm_read,

19. .aio_read = snd_pcm_aio_read,

20. .open = snd_pcm_capture_open, 21. .release = snd_pcm_release,

27

22. .llseek = no_llseek,

23. .poll = snd_pcm_capture_poll,

24. .unlocked_ioctl = snd_pcm_capture_ioctl, 25. .compat_ioctl = snd_pcm_ioctl_compat, 26. .mmap = snd_pcm_mmap, 27. .fasync = snd_pcm_fasync,

28. .get_unmapped_area = snd_pcm_get_unmapped_area,

29. } 30. };

snd_pcm_f_ops作为snd_register_device_for_dev的参数被传入，并被记录在snd_minors[minor]中的字段f_ops中。最后，在snd_register_device_for_dev中创建设备节点：

[c-sharp] view plain copy

1. snd_minors[minor] = preg;

2. preg->dev = device_create(sound_class, device, MKDEV(major, minor),

3. private_data, \, name); 4.3 层层深入，从应用程序到驱动层pcm 4.3.1 字符设备注册

在sound/core/sound.c中有alsa_sound_init()函数，定义如下： [c-sharp] view plain copy

1. static int __init alsa_sound_init(void) 2. {

3. snd_major = major;

4. snd_ecards_limit = cards_limit;

5. if (register_chrdev(major, \, &snd_fops)) { 6. snd_printk(KERN_ERR \jor device number %d/n\, major); 7. return -EIO; 8. }

9. if (snd_info_init() < 0) {

10. unregister_chrdev(major, \); 11. return -ENOMEM; 12. }

13. snd_info_minor_register(); 14. return 0;

28

15. }

register_chrdev中的参数major与之前创建pcm设备是device_create时的major是同一个，这样的结果是，当应用程序open设备文件/dev/snd/pcmCxDxp时，会进入snd_fops的open回调函数，我们将在下一节中讲述open的过程。 4.3.2 打开pcm设备

从上一节中我们得知，open一个pcm设备时，将会调用snd_fops的open回调函数，我们先看看snd_fops的定义： [c-sharp] view plain copy

1. static const struct file_operations snd_fops = 2. {

3. .owner = THIS_MODULE, 4. .open = snd_open 5. };

跟入snd_open函数，它首先从inode中取出此设备号，然后以次设备号为索引，从snd_minors全局数组中取出当初注册pcm设备时填充的snd_minor结构（参看4.1节的内容），然后从snd_minor结构中取出pcm设备的f_ops，并且把file->f_op替换为pcm设备的f_ops，紧接着直接调用pcm设备的f_ops->open()，然后返回。因为file->f_op已经被替换，以后，应用程序的所有read/write/ioctl调用都会进入pcm设备自己的回调函数中，也就是4.2节中提到的snd_pcm_f_ops结构中定义的回调。 [c-sharp] view plain copy

1. static int snd_open(struct inode *inode, struct file *fil

e) 2. {

3. unsigned int minor = iminor(inode); 4. struct snd_minor *mptr = NULL;

5. const struct file_operations *old_fops; 6. int err = 0; 7.

8. if (minor >= ARRAY_SIZE(snd_minors)) 9. return -ENODEV;

10. mutex_lock(&sound_mutex); 11. mptr = snd_minors[minor]; 12. if (mptr == NULL) {

29

13. mptr = autoload_device(minor); 14. if (!mptr) {

15. mutex_unlock(&sound_mutex); 16. return -ENODEV; 17. } 18. }

19. old_fops = file->f_op;

20. file->f_op = fops_get(mptr->f_ops); 21. if (file->f_op == NULL) { 22. file->f_op = old_fops; 23. err = -ENODEV; 24. }

25. mutex_unlock(&sound_mutex); 26. if (err < 0) 27. return err; 28.

29. if (file->f_op->open) {

30. err = file->f_op->open(inode, file); 31. if (err) {

32. fops_put(file->f_op);

33. file->f_op = fops_get(old_fops); 34. } 35. }

36. fops_put(old_fops); 37. return err; 38. }

下面的序列图展示了应用程序如何最终调用到snd_pcm_f_ops结构中的回调函数：

30

图4.3.2.1 应用程序操作pcm设备

4. Linux ALSA声卡驱动之四：Control设备的创建

Control接口

Control接口主要让用户空间的应用程序（alsa-lib）可以访问和控制音频codec芯片中的多路开关，滑动控件等。对于Mixer（混音）来说，Control接口显得尤为重要，从ALSA 0.9.x版本开始，所有的mixer工作都是通过control接口的API来实现的。

ALSA已经为AC97定义了完整的控制接口模型，如果你的Codec芯片只支持AC97接口，你可以不用关心本节的内容。

定义了所有的Control API。如果你要为你的codec实现自己的controls，请在代码中包含该头文件。 Controls的定义

要自定义一个Control，我们首先要定义3各回调函数：info，get和put。然后，定义一个snd_kcontrol_new结构： [c-sharp] view plain copy

31

1. static struct snd_kcontrol_new my_control __devinitdata = {

2. .iface = SNDRV_CTL_ELEM_IFACE_MIXER, 3. .name = \, 4. .index = 0,

5. .access = SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE, 6. .private_value = 0xffff, 7. .info = my_control_info, 8. .get = my_control_get, 9. .put = my_control_put 10. };

11. iface字段指出了control的类型，alsa定义了几种类型

（SNDDRV_CTL_ELEM_IFACE_XXX），常用的类型是MIXER，当然也可以定义属于全局的CARD类型，也可以定义属于某类设备的类型，例如HWDEP，PCMRAWMIDI，TIMER等，这时需要在device和subdevice字段中指出卡的设备逻辑编号。 12.

13. name字段是该control的名字，从ALSA 0.9.x开始，control的名字是变得比较重要，因为control的作用是按名字来归类的。ALSA已经预定义了一些control的名字，我们再Control Name一节详细讨论。 14.

15. index字段用于保存该control的在该卡中的编号。如果声卡中有不止一个codec，每个codec中有相同名字的control，这时我们可以通过index来区分这些controls。当index为0时，则可以忽略这种区分策略。 16.

17. access字段包含了该control的访问类型。每一个bit代表一种访问类型，这些访问类型可以多个“或”运算组合在一起。 18.

19. private_value字段包含了一个任意的长整数类型值。该值可以通过info，get，put这几个回调函数访问。你可以自己决定如何使用该字段，例如可以把它拆分成多个位域，又或者是一个指针，指向某一个数据结构。 20.

21. tlv字段为该control提供元数据。 Control的名字

control的名字需要遵循一些标准，通常可以分成3部分来定义control的名字：源--方向--功能。

32

?

源，可以理解为该control的输入端，alsa已经预定义了一些常用的源，例如：Master，PCM，CD，Line等等。

?

方向，代表该control的数据流向，例如：Playback，Capture，Bypass，Bypass Capture等等，也可以不定义方向，这时表示该Control是双向的（playback和capture）。

?

功能，根据control的功能，可以是以下字符串：Switch，Volume，Route等等。

也有一些命名上的特例：

?

全局的capture和playback \，\，\，它们用于全局的capture source，switch和volume。同理，\，\，它们用于全局的输出switch和volume。

?

Tone-controles 音调控制的开关和音量命名为：Tone Control - XXX，例如，\，\，\Center\。

?

3D controls 3D控件的命名规则：，\，\- Center\，\。

?

Mic boost 麦克风音量加强控件命名为：\或\Boost(6dB)\。

访问标志（ACCESS Flags）

Access字段是一个bitmask，它保存了改control的访问类型。默认的访问类型是：SNDDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE，表明该control支持读和写操作。如果access字段没有定义（.access==0），此时也认为是READWRITE类型。

如果是一个只读control，access应该设置为：

SNDDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READ，这时，我们不必定义put回调函数。类似地，如果是只写control，access应该设置为：

SNDDRV_CTL_ELEM_ACCESS_WRITE，这时，我们不必定义get回调函数。

33

如果control的值会频繁地改变（例如：电平表），我们可以使用VOLATILE类型，这意味着该control会在没有通知的情况下改变，应用程序应该定时地查询该control的值。 回调函数 info回调函数

info回调函数用于获取control的详细信息。它的主要工作就是填充通过参数传入的snd_ctl_elem_info对象，以下例子是一个具有单个元素的boolean型control的info回调：

info回调函数用于获取control的详细信息。它的主要工作就是填充通过参数传入的snd_ctl_elem_info对象，以下例子是一个具有单个元素的boolean型control的info回调：

[c-sharp] view plain copy

1. static int snd_myctl_mono_info(struct snd_kcontrol *kcontrol,

2. struct snd_ctl_elem_info *uinfo) 3. {

4. uinfo->type = SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_BOOLEAN; 5. uinfo->count = 1;

6. uinfo->value.integer.min = 0; 7. uinfo->value.integer.max = 1; 8. return 0; 9. }

type字段指出该control的值类型，值类型可以是BOOLEAN, INTEGER, ENUMERATED, BYTES,IEC958和INTEGER64之一。count字段指出了改control中包含有多少个元素单元，比如，立体声的音量control左右两个声道的音量值，它的count字段等于2。value字段是一个联合体（union），value的内容和control的类型有关。其中，boolean和integer类型是相同的。 ENUMERATED类型有些特殊。它的value需要设定一个字符串和字符串的索引，请看以下例子：

34

[c-sharp] view plain copy 1. static int snd_myctl_enum_info(struct snd_kcontrol *kcontrol,

2. struct snd_ctl_elem_info *uinfo) 3. {

4. static char *texts[4] = {

5. \, \, \, \ 6. };

7. uinfo->type = SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_ENUMERATED; 8. uinfo->count = 1;

9. uinfo->value.enumerated.items = 4;

10. if (uinfo->value.enumerated.item > 3) 11. uinfo->value.enumerated.item = 3; 12. strcpy(uinfo->value.enumerated.name,

13. texts[uinfo->value.enumerated.item]); 14. return 0; 15. }

alsa已经为我们实现了一些通用的info回调函数，例如：

snd_ctl_boolean_mono_info()，snd_ctl_boolean_stereo_info()等等。 get回调函数

该回调函数用于读取control的当前值，并返回给用户空间的应用程序。 [c-sharp] view plain copy

1. static int snd_myctl_get(struct snd_kcontrol *kcontrol, 2. struct snd_ctl_elem_value *ucontrol) 3. {

4. struct mychip *chip = snd_kcontrol_chip(kcontrol); 5. ucontrol->value.integer.value[0] = get_some_value(chip);

6. return 0; 7. }

value字段的赋值依赖于control的类型（如同info回调）。很多声卡的驱动利用它存储硬件寄存器的地址、bit-shift和bit-mask，这时，private_value字段可以按以下例子进行设置：

35

.private_value = reg | (shift << 16) | (mask << 24); 然后，get回调函数可以这样实现：

static int snd_sbmixer_get_single(struct snd_kcontrol *kcontrol, struct snd_ctl_elem_value *ucontrol) {

int reg = kcontrol->private_value & 0xff; int shift = (kcontrol->private_value >> 16) & 0xff; int mask = (kcontrol->private_value >> 24) & 0xff; ....

//根据以上的值读取相应寄存器的值并填入value中 }

如果control的count字段大于1，表示control有多个元素单元，get回调函数也应该为value填充多个数值。 put回调函数

put回调函数用于把应用程序的控制值设置到control中。 [c-sharp] view plain copy

1. static int snd_myctl_put(struct snd_kcontrol *kcontrol, 2. struct snd_ctl_elem_value *ucontrol) 3. {

4. struct mychip *chip = snd_kcontrol_chip(kcontrol); 5. int changed = 0;

6. if (chip->current_value !=

7. ucontrol->value.integer.value[0]) { 8. change_current_value(chip,

9. ucontrol->value.integer.value[0]); 10. changed = 1; 11. }

12. return changed; 13. }

36

如上述例子所示，当control的值被改变时，put回调必须要返回1，如果值没有被改变，则返回0。如果发生了错误，则返回一个负数的错误号。

和get回调一样，当control的count大于1时，put回调也要处理多个control中的元素值。 创建Controls

当把以上讨论的内容都准备好了以后，我们就可以创建我们自己的control了。alsa-driver为我们提供了两个用于创建control的API：

? ?

snd_ctl_new1() snd_ctl_add()

我们可以用以下最简单的方式创建control： [c-sharp] view plain copy

1. err = snd_ctl_add(card, snd_ctl_new1(&my_control, chip));

2. if (err < 0) 3. return err;

在这里，my_control是一个之前定义好的snd_kcontrol_new对象，chip对象将会被赋值在kcontrol->private_data字段，该字段可以在回调函数中访问。

snd_ctl_new1()会分配一个新的snd_kcontrol实例，并把my_control中相应的值复制到该实例中，所以，在定义my_control时，通常我们可以加上__devinitdata前缀。snd_ctl_add则把该control绑定到声卡对象card当中。

37

元数据（Metadata）

很多mixer control需要提供以dB为单位的信息，我们可以使用

DECLARE_TLV_xxx宏来定义一些包含这种信息的变量，然后把control的tlv.p字段指向这些变量，最后，在access字段中加上

SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_TLV_READ标志，就像这样：

static DECLARE_TLV_DB_SCALE(db_scale_my_control, -4050, 150, 0);

static struct snd_kcontrol_new my_control __devinitdata = { ...

.access = SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE | SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_TLV_READ, ...

.tlv.p = db_scale_my_control, };

DECLARE_TLV_DB_SCALE宏定义的mixer control，它所代表的值按一个固定的dB值的步长变化。该宏的第一个参数是要定义变量的名字，第二个参数是最小值，以0.01dB为单位。第三个参数是变化的步长，也是以0.01dB为单位。如果该control处于最小值时会做出mute时，需要把第四个参数设为1。 DECLARE_TLV_DB_LINEAR宏定义的mixer control，它的输出随值的变化而线性变化。 该宏的第一个参数是要定义变量的名字，第二个参数是最小值，以0.01dB为单位。第二个参数是最大值，以0.01dB为单位。如果该control处于最小值时会做出mute时，需要把第二个参数设为TLV_DB_GAIN_MUTE。 这两个宏实际上就是定义一个整形数组，所谓tlv，就是Type-Lenght-Value的意思，数组的第0各元素代表数据的类型，第1个元素代表数据的长度，第三个元素和之后的元素保存该变量的数据。

38

Control设备的建立

Control设备和PCM设备一样，都属于声卡下的逻辑设备。用户空间的应用程序通过alsa-lib访问该Control设备，读取或控制control的控制状态，从而达到控制音频Codec进行各种Mixer等控制操作。

Control设备的创建过程大体上和PCM设备的创建过程相同。详细的创建过程可以参考本博的另一篇文章：Linux音频驱动之三：PCM设备的创建。下面我们只讨论有区别的地方。

我们需要在我们的驱动程序初始化时主动调用snd_pcm_new()函数创建pcm设备，而control设备则在snd_card_create()内被创建，snd_card_create()通过调用snd_ctl_create()函数创建control设备节点。所以我们无需显式地创建control设备，只要建立声卡，control设备被自动地创建。

和pcm设备一样，control设备的名字遵循一定的规则：controlCxx，这里的xx代表声卡的编号。我们也可以通过代码正是这一点，下面的是snd_ctl_dev_register()函数的代码： [c-sharp] view plain copy

1. /*

2. * registration of the control device 3. */

4. static int snd_ctl_dev_register(struct snd_device *device) 5. {

6. struct snd_card *card = device->device_data; 7. int err, cardnum; 8. char name[16]; 9.

10. if (snd_BUG_ON(!card)) 11. return -ENXIO;

12. cardnum = card->number;

13. if (snd_BUG_ON(cardnum < 0 || cardnum >= SNDRV_CARDS))

14. return -ENXIO;

15. /* control设备的名字 */

16. sprintf(name, \, cardnum);

17. if ((err = snd_register_device(SNDRV_DEVICE_TYPE_CONTROL, card, -1,

39

18. &snd_ctl_f_ops, card, name)) < 0)

19. return err; 20. return 0; 21. }

snd_ctl_dev_register()函数会在snd_card_register()中，即声卡的注册阶段被调用。注册完成后，control设备的相关信息被保存在snd_minors[]数组中，用control设备的此设备号作索引，即可在snd_minors[]数组中找出相关的信息。注册完成后的数据结构关系可以用下图进行表述：

control设备的操作函数入口

用户程序需要打开control设备时，驱动程序通过snd_minors[]全局数组和此设备号，可以获得snd_ctl_f_ops结构中的各个回调函数，然后通过这些回调函数访问control中的信息和数据（最终会调用control的几个回调函数get，put，info）。详细的代码我就不贴了，大家可以读一下代码：/sound/core/control.c。

5. Linux ALSA声卡驱动之五：移动设备中的ALSA（ASoC）

40

1. ASoC的由来

ASoC--ALSA System on Chip ，是建立在标准ALSA驱动层上，为了更好地支持嵌入式处理器和移动设备中的音频Codec的一套软件体系。在ASoc出现之前，内核对于SoC中的音频已经有部分的支持，不过会有一些局限性：

?

Codec驱动与SoC CPU的底层耦合过于紧密，这种不理想会导致代码的重复，例如，仅是wm8731的驱动，当时Linux中有分别针对4个平台的驱动代码。

?

音频事件没有标准的方法来通知用户，例如耳机、麦克风的插拔和检测，这些事件在移动设备中是非常普通的，而且通常都需要特定于机器的代码进行重新对音频路劲进行配置。

?

当进行播放或录音时，驱动会让整个codec处于上电状态，这对于PC没问题，但对于移动设备来说，这意味着浪费大量的电量。同时也不支持通过改变过取样频率和偏置电流来达到省电的目的。

ASoC正是为了解决上述种种问题而提出的，目前已经被整合至内核的代码树中：sound/soc。ASoC不能单独存在，他只是建立在标准ALSA驱动上的一个，它必须和标准的ALSA驱动框架相结合才能工作。 2. 硬件架构

通常，就像软件领域里的抽象和重用一样，嵌入式设备的音频系统可以被划分为板载硬件（Machine）、Soc（Platform）、Codec三大部分，如下图所示：

图2.1 音频系统结构

41

?

Machine 是指某一款机器，可以是某款设备，某款开发板，又或者是某款智能手机，由此可以看出Machine几乎是不可重用的，每个Machine上的硬件实现可能都不一样，CPU不一样，Codec不一样，音频的输入、输出设备也不一样，Machine为CPU、Codec、输入输出设备提供了一个载体。

?

Platform 一般是指某一个SoC平台，比如pxaxxx,s3cxxxx,omapxxx等等，与音频相关的通常包含该SoC中的时钟、DMA、I2S、PCM等等，只要指定了SoC，那么我们可以认为它会有一个对应的Platform，它只与SoC相关，与Machine无关，这样我们就可以把Platform抽象出来，使得同一款SoC不用做任何的改动，就可以用在不同的Machine中。实际上，把Platform认为是某个SoC更好理解。

?

Codec 字面上的意思就是编解码器，Codec里面包含了I2S接口、D/A、A/D、Mixer、PA（功放），通常包含多种输入（Mic、Line-in、I2S、PCM）和多个输出（耳机、喇叭、听筒，Line-out），Codec和Platform一样，是可重用的部件，同一个Codec可以被不同的Machine使用。嵌入式Codec通常通过I2C对内部的寄存器进行控制。

3. 软件架构

在软件层面，ASoC也把嵌入式设备的音频系统同样分为3大部分，Machine，Platform和Codec。

?

Codec驱动 ASoC中的一个重要设计原则就是要求Codec驱动是平台无关的，它包含了一些音频的控件（Controls），音频接口，DAMP（动态音频电源管理）的定义和某些Codec IO功能。为了保证硬件无关性，任何特定于平台和机器的代码都要移到Platform和Machine驱动中。所有的Codec驱动都要提供以下特性：

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Codec DAI 和 PCM的配置信息； Codec的IO控制方式（I2C，SPI等）； Mixer和其他的音频控件； Codec的ALSA音频操作接口；

必要时，也可以提供以下功能：

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DAPM描述信息； DAPM事件处理程序； DAC数字静音控制

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Platform驱动 它包含了该SoC平台的音频DMA和音频接口的配置和控制（I2S，PCM，AC97等等）；它也不能包含任何与板子或机器相关的代码。

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Machine驱动 Machine驱动负责处理机器特有的一些控件和音频事件（例如，当播放音频时，需要先行打开一个放大器）；单独的Platform和Codec驱动是不能工作的，它必须由Machine驱动把它们结合在一起才能完成整个设备的音频处理工作。

4. 数据结构

整个ASoC是由一些列数据结构组成，要搞清楚ASoC的工作机理，必须要理解这一系列数据结构之间的关系和作用，下面的关系图展示了ASoC中重要的数据结构之间的关联方式：

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图4.1 Kernel-2.6.35-ASoC中各个结构的静态关系 ASoC把声卡实现为一个Platform Device，然后利用Platform_device结构中的dev字段：dev.drvdata，它实际上指向一个snd_soc_device结构。可以认为snd_soc_device是整个ASoC数据结构的根本，由他开始，引出一系列的数据结构用于表述音频的各种特性和功能。snd_soc_device结构引出了

snd_soc_card和soc_codec_device两个结构，然后snd_soc_card又引出了snd_soc_platform、snd_soc_dai_link和snd_soc_codec结构。如上所述，ASoC被划分为Machine、Platform和Codec三大部分，如果从这些数据结构看来，snd_codec_device和snd_soc_card代表着Machine驱动，snd_soc_platform则代表着Platform驱动，snd_soc_codec和soc_codec_device则代表了Codec驱动，而snd_soc_dai_link则负责连接Platform和Codec。

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5. 3.0版内核对ASoC的改进

本来写这篇文章的时候参考的内核版本是2.6.35，不过有CSDN的朋友提出在内核版本3.0版本中，ASoC做了较大的变化。故特意下载了3.0的代码，发现确实有所变化，下面先贴出数据结构的静态关系图：

图5.1 Kernel 3.0中的ASoC数据结构 由上图我们可以看出，3.0中的数据结构更为合理和清晰，取消了snd_soc_device结构，直接用snd_soc_card取代了它，并且强化了snd_soc_pcm_runtime的作用，同时还增加了另外两个数据结构snd_soc_codec_driver和snd_soc_platform_driver，用于明确代表Codec驱动和Platform驱动。

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后续的章节中将会逐一介绍Machine和Platform以及Codec驱动的工作细节和关联。

1. Linux ALSA声卡驱动之六：ASoC架构中的Machine 前面一节的内容我们提到，ASoC被分为Machine、Platform和Codec三大部分，其中的Machine驱动负责Platform和Codec之间的耦合以及部分和设备或板子特定的代码，再次引用上一节的内容：Machine驱动负责处理机器特有的一些控件和音频事件（例如，当播放音频时，需要先行打开一个放大器）；单独的Platform和Codec驱动是不能工作的，它必须由Machine驱动把它们结合在一起才能完成整个设备的音频处理工作。

ASoC的一切都从Machine驱动开始，包括声卡的注册，绑定Platform和Codec驱动等等，下面就让我们从Machine驱动开始讨论吧。 1. 注册Platform Device

ASoC把声卡注册为Platform Device，我们以装配有WM8994的一款Samsung的开发板SMDK为例子做说明，WM8994是一颗Wolfson生产的多功能Codec芯片。

代码的位于：/sound/soc/samsung/smdk_wm8994.c，我们关注模块的初始化函数：

[cpp] view plain copy

1. static int __init smdk_audio_init(void) 2. { 3. int ret; 4. 5. smdk_snd_device = platform_device_alloc(\, -1); 6. if (!smdk_snd_device) 7. return -ENOMEM; 8. 9. platform_set_drvdata(smdk_snd_device, &smdk); 10. 11. ret = platform_device_add(smdk_snd_device); 12. if (ret) 46

13. platform_device_put(smdk_snd_device); 14. 15. return ret; 16. } 由此可见，模块初始化时，注册了一个名为soc-audio的Platform设备，同时把smdk设到platform_device结构的dev.drvdata字段中，这里引出了第一个数据结构snd_soc_card的实例smdk，他的定义如下： [cpp] view plain copy

1. static struct snd_soc_dai_link smdk_dai[] = { 2. { /* Primary DAI i/f */ 3. .name = \, 4. .stream_name = \, 5. .cpu_dai_name = \, 6. .codec_dai_name = \, 7. .platform_name = \, 8. .codec_name = \, 9. .init = smdk_wm8994_init_paiftx, 10. .ops = &smdk_ops, 11. }, { /* Sec_Fifo Playback i/f */ 12. .name = \, 13. .stream_name = \, 14. .cpu_dai_name = \, 15. .codec_dai_name = \, 16. .platform_name = \, 17. .codec_name = \, 18. .ops = &smdk_ops, 19. }, 20. }; 21. 22. static struct snd_soc_card smdk = { 23. .name = \, 24. .owner = THIS_MODULE, 25. .dai_link = smdk_dai, 26. .num_links = ARRAY_SIZE(smdk_dai), 27. }; 通过snd_soc_card结构，又引出了Machine驱动的另外两个个数据结构： snd_soc_dai_link（实例：smdk_dai[] ） ? snd_soc_ops（实例：smdk_ops ）

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其中，snd_soc_dai_link中，指定了Platform、Codec、codec_dai、cpu_dai的名字，稍后Machine驱动将会利用这些名字去匹配已经在系统中注册的platform，codec，dai，这些注册的部件都是在另外相应的Platform驱动和Codec驱动的代码文件中定义的，这样看来，Machine驱动的设备初始化代码无非就是选择合适Platform和Codec以及dai，用他们填充以上几个数据结构，然后注册Platform设备即可。当然还要实现连接Platform和Codec的dai_link对应的ops实现，本例就是smdk_ops，它只实现了hw_params函数：smdk_hw_params。 2. 注册Platform Driver

按照Linux的设备模型，有platform_device，就一定会有platform_driver。ASoC的platform_driver在以下文件中定义：sound/soc/soc-core.c。 还是先从模块的入口看起： [cpp] view plain copy

1. static int __init snd_soc_init(void) 2. { 3. ...... 4. return platform_driver_register(&soc_driver); 5. } soc_driver的定义如下： [cpp] view plain copy

1. /* ASoC platform driver */ 2. static struct platform_driver soc_driver = { 3. .driver = { 4. .name = \, 5. .owner = THIS_MODULE, 6. .pm = &soc_pm_ops, 7. }, 8. .probe = soc_probe, 9. .remove = soc_remove, 10. }; 我们看到platform_driver的name字段为soc-audio，正好与platform_device中的名字相同，按照Linux的设备模型，platform总线会匹配这两个名字相同的device和driver，同时会触发soc_probe的调用，它正是整个ASoC驱动初始化的入口。

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3. 初始化入口soc_probe()

soc_probe函数本身很简单，它先从platform_device参数中取出snd_soc_card，然后调用snd_soc_register_card，通过snd_soc_register_card，为snd_soc_pcm_runtime数组申请内存，每一个dai_link对应snd_soc_pcm_runtime数组的一个单元，然后把snd_soc_card中的dai_link配置复制到相应的snd_soc_pcm_runtime中，最后，大部分的工作都在

snd_soc_instantiate_card中实现，下面就看看snd_soc_instantiate_card做了些什么：

该函数首先利用card->instantiated来判断该卡是否已经实例化，如果已经实例化则直接返回，否则遍历每一对dai_link，进行codec、platform、dai的绑定工作，下只是代码的部分选节，详细的代码请直接参考完整的代码树。 [cpp] view plain copy

1. /* bind DAIs */ 2. for (i = 0; i < card->num_links; i++) 3. soc_bind_dai_link(card, i); ASoC定义了三个全局的链表头变量：codec_list、dai_list、platform_list，系统中所有的Codec、DAI、Platform都在注册时连接到这三个全局链表上。

soc_bind_dai_link函数逐个扫描这三个链表，根据card->dai_link[]中的名称进行匹配，匹配后把相应的codec，dai和platform实例赋值到card->rtd[]中（snd_soc_pcm_runtime）。经过这个过程后，snd_soc_pcm_runtime：

（card->rtd）中保存了本Machine中使用的Codec，DAI和Platform驱动的信息。

snd_soc_instantiate_card接着初始化Codec的寄存器缓存，然后调用标准的alsa函数创建声卡实例： [cpp] view plain copy

1. /* card bind complete so register a sound card */ 2. ret = snd_card_create(SNDRV_DEFAULT_IDX1, SNDRV_DEFAULT_STR1, 3. card->owner, 0, &card->snd_card); 4. card->snd_card->dev = card->dev; 5. 6. card->dapm.bias_level = SND_SOC_BIAS_OFF; 7. card->dapm.dev = card->dev; 8. card->dapm.card = card; 9. list_add(&card->dapm.list, &card->dapm_list); 49

然后，依次调用各个子结构的probe函数： [cpp] view plain copy

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. /* initialise the sound card only once */ if (card->probe) { ret = card->probe(card); if (ret < 0) goto card_probe_error; } /* early DAI link probe */ for (order = SND_SOC_COMP_ORDER_FIRST; order <= SND_SOC_COMP_ORDER_LAST; 10. order++) { 11. for (i = 0; i < card->num_links; i++) { 12. ret = soc_probe_dai_link(card, i, order); 13. if (ret < 0) { 14. pr_err(\, 15. card->name, ret); 16. goto probe_dai_err; 17. } 18. } 19. } 20. 21. for (i = 0; i < card->num_aux_devs; i++) { 22. ret = soc_probe_aux_dev(card, i); 23. if (ret < 0) { 24. pr_err(\, 25. card->name, ret); 26. goto probe_aux_dev_err; 27. } 28. } 在上面的soc_probe_dai_link()函数中做了比较多的事情，把他展开继续讨论：

1. static int soc_probe_dai_link(struct snd_soc_card *card, int num, int order) 2. { 3. ...... 4. /* set default power off timeout */ 5. rtd->pmdown_time = pmdown_time; 6. 50

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