Linux ALSA声卡驱动之三PCM设备的创建

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：

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<sound/pcm.h>，另外，如果需要访问一些与 hw_param相关的函数，可能也要包含<sound/pcm_params.h>。

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。

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。

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：

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

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

o 如果有，建立playback stream，相应的substream也同时建立

o 如果有，建立capture stream，相应的substream也同时建立

o 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]

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]

1. static struct snd_minor *snd_minors[256];

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]

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]

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 *devic …… 此处隐藏：7935字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……