Linux音频框架ALSA-----lib接口调用简介

                                                        ALSA  lib接口调用简介
                                           
    ALSA逻辑，在我当前看来，总共有两条线：1、录放音流控，2、amixer cset控件。

   录放音流控（自定义名称），相当于操作OSS的/dev/dsp设备，可以设置三大参数等，并且启动录放音。这里，aplay，mplayer等播放器，调用ALSA lib中的snd_pcm_***等，标准接口函数，再通过该函数，操作/dev/snd/pcmC0D0c   pcmC0D0p   pcmC0D1c   pcmC0D1p   pcmC0D2c等流控设备节点，完成设置音频三大参数，DMA buffer使用大小，预缓冲buffer阀值等，并且启动录放音。因为ALSA功能的丰富，这里录放音，并不是使用write,read这些接口函数，而应该是通过ioctl接口，来完成的。

     amixer cset控件，相当于OSS驱动中的/dev/mixer设备节点的操作，可以调节录放音的音量，静音，录放音通道切换等。
    amixer cset通过调用ALSA lib中的标准函数，操作/dev/snd/controlC0设备节点，来操作底层codec_***.c驱动中，定义的kcontrol控件。并通过kcontrol控件，直接读写codec中的相关寄存器。这是ALSA与OSS较大不同的一点，将codec相关功能寄存器，零件化，提供给上层，由上层自由设置。这里，也是通过 controlC0设备节点的ioctl接口，来读写codec的kcontrol。
    
一、ALSA流控接口操作方法，可参考alsa utils源码中的aplay.c文件：

1、snd_pcm_open(&handle, pcm_name, stream, open_mode);
&handle，是static snd_pcm_t *handle;该结构体指针，在后面的所有操作中，都要用到。
pcm_name，是打开的pcm设备节点，可以是“default” ,也可以是“hw:0,0”。具体有何区别，可网上查询。
stream，对应放音与录音操作，SND_PCM_STREAM_PLAYBACK，SND_PCM_STREAM_CAPTURE。
open_mode，是一些相关功能设置，比如：是否阻塞，是否重采样，是否软件调音量等。

2、snd_pcm_info(handle, info)；
一般用来获取录放音 声卡与设备等相关信息。不是必须的接口。

3、snd_pcm_nonblock(handle, 1);
如果需要非阻塞方式，则将第二个参数，设置为1。snd_pcm_open后，默认为阻塞方式，因此，该接口可以不用调用。

4、snd_pcm_hw_params_alloca(&params);
申请一段snd_pcm_hw_params_t *params;结构体空间。使用该结构体，来配置底层ALSA的相关硬件参数，比如：声道，采样率，位宽，buffer大小等。
stream == SND_PCM_STREAM_PLAYBACK
playback(argv[optind++])--->playback_go(fd, 0, pbrec_count, FORMAT_AU, name)--->set_params()-->snd_pcm_hw_params_alloca

5、snd_pcm_hw_params_any(handle, params);

6  snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params,SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);设置为交错方式。
snd_pcm_hw_params_set_rate_resample(handle, params, soft_resample);

7、snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, hwparams.format);设置采样位宽格式。

8、snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, hwparams.channels);设置声道数。

9、snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &hwparams.rate, 0);设置采样率，之所以是rate_near，是因为上层设置的采样率&hwparams.rate，底层很可能不支持，因此，会返回上层一个底层支持的相近的采样率。

10、snd_pcm_hw_params_get_buffer_time_max(params, &buffer_time, 0);获取底层支持的最大buffer大小，换算为时间。
snd_pcm_hw_params_set_period_time_near(handle, params, &period_time, 0); 设置底层period区间大小，以时间为单位，之所以为time_near，是因为上层设置的大小很可能底层不支持，底层会返回相近的&period_time。
snd_pcm_hw_params_set_period_size_near(handle, params, &period_frames, 0);设置底层period区间大小，以字节为单位，size_near，原因类似。该接口与set_period_time_near接口，都是设置period大小，只是单位不同，二选一即可。
snd_pcm_hw_params_set_buffer_time_near(handle, params, &buffer_time, 0);设置底层buffer区间大小，以时间为单位。与上面接口类似。在底层，buffer是一个大DMA空间，而period是将buffer平均分成的几个小区间。
snd_pcm_hw_params_set_buffer_size_near(handle, params, &buffer_frames);与上类似。
上面设置完成后，都需要调用下面两个函数，获取最终设置的period与buffer大小。
snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &chunk_size, 0);
snd_pcm_hw_params_get_buffer_size(params, &buffer_size);

11、snd_pcm_hw_params_is_monotonic(params);？？？
snd_pcm_hw_params_can_pause(params);查询底层是否支持暂停。

12、snd_pcm_hw_params(handle, params);将上面设置的硬件配置参数，加载，并且会自动调用snd_pcm_prepare（ ）将stream状态置为SND_PCM_STATE_PREPARED。

13、snd_pcm_sw_params_alloca(&swparams);申请一段snd_pcm_sw_params_t *swparams;结构体空间，存放软件配置参数。

14、snd_pcm_sw_params_current(handle, swparams);获取当前的软件参数配置。

15、snd_pcm_sw_params_set_avail_min(handle, swparams, n);？？？

16、snd_pcm_sw_params_set_start_threshold(handle, swparams, start_threshold);设置开始的阀值，可以起到预缓冲的效果。对于放音，当上层调用snd_pcm_writei超过阀值时，才会启动播放。

17、snd_pcm_sw_params_set_stop_threshold(handle, swparams, stop_threshold);设置停止的阀值，避免硬件上的underrun或overrun出现。

18、snd_pcm_sw_params(handle, swparams)；将上面的软件参数，加载到底层。

19、上面设置完成后，就可以开始read与write了。

20、snd_pcm_writei(snd_pcm_t *pcm, const void *buffer, snd_pcm_uframes_t size)；播放交错格式的音频数据。snd_pcm_t *pcm为snd_pcm_open时得到的。size，这里不是字节数，不是采样点数。而是采样帧数。双声道，一帧采样，有两个采样点。ALSA上层接口，一般都是以采样帧数为单位的。
stream == SND_PCM_STREAM_PLAYBACK  播放
playback(argv[optind++])--->playback_go(fd, 0, pbrec_count, FORMAT_AU, name)--->set_params()设置完参数播放歌曲-->pcm_write()--->writei_func(handle, data, count)--->snd_pcm_writei--> _snd_pcm_writei()-->snd_pcm_hw_writei(alsa-lib-1.1.3/src/pcm/pcm_hw.c)-->ioctl(fd, SNDRV_PCM_IOCTL_WRITEI_FRAMES, &xferi)调进内核 

内核中，根据/soc/pcm_native.c文件中.unlocked_ioctl = snd_pcm_capture_ioctl,可知snd_pcm_capture_ioctl1被调用，根据SNDRV_PCM_IOCTL_READI_FRAMES参数可知snd_pcm_lib_write(substream, xferi.buf, xferi.frames);被调用，最终snd_pcm_lib_write1(,,,,snd_pcm_lib_write_transfer)被调用。根据transfer被调用可知snd_pcm_lib_write_transfer被调用，然后调用copy_from_user(hwbuf, buf, frames_to_bytes(runtime, frames)，可知，将alsa_lib提供的一个指针所指的内存拷贝到dma端内存的数据，alsa库函数snd_pcm_readi、snd_pcm_writei实现了内存到内存的交互，或者近似地认为是内存到音频文件的交互。

snd_pcm_readi(snd_pcm_t *pcm, void *buffer, snd_pcm_uframes_t size)；录制交错格式的音频数据。参数与上相同。
snd_pcm_writen与snd_pcm_readn，与上面两个函数，基本相同，只是录放音数据的格式是非交错的。既一帧数据，只包含一个声道数据，交错格式指，一帧数据中，包含了多个声道的数据。比如：双声道一帧数据中，包含了左声道与右声道，各一个采样点。

21、snd_pcm_format_set_silence(snd_pcm_format_t format, void *data, unsigned int samples)；
用于将某个buffer中的数据，转换为静音，也就是0。

22、snd_pcm_nonblock(handle, 0);打开或关闭阻塞模式。0，为阻塞模式，1，为非阻塞模式。

22、snd_pcm_drain(handle);等待buffer中的数据全部播放完成。
snd_pcm_drop(handle);不等待buffer数据播放完成，马上停止。

23、snd_pcm_close(handle)；关闭pcm handle。

24、ALSA lib中的dmix插件，只能用于放音通道数据的混音，不能用于录音通道数据的混音。

25、.asoundrc其实是指向asound.conf文件的软链接文件。
    asound.conf，是针对pcm与ctl设备的功能插件调用流程表，需要根据具体的功能需求，来配置该文件。否则，会没有相关设备，或无法完成相关功能。

26、alsa lib中，plug插件，可完成重采样，声道转换等操作。asym插件，完成分别声明：播放与录音 下一级slave插件的功能。dsnoop，完成多来源录音 混音的功能，dmix，完成多来源放音，混音的功能。mutil，完成多声道数据，虚拟对应到多codec声道的功能。

二、ALSA amixer cset控件接口操作，可参考alsa utils源码中的amixer.c：
      上层amixer程序，调用ALSA lib中的标准接口函数，操作/dev/controlC0设备（主要使用了ioctl接口），来完成对底层codec_***.c中kcontrol的一些操作。在内核kernel/sound/core/control.c中，定义了struct file_operations snd_ctl_f_ops，该operation会注册/dev/controlC*设备的file operations。
   比如：amixer cset设置某个element值时，最终会调到kernel/sound/core/control.c中，snd_ctl_ioctl（）函数。SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_READ中，来完成读取该element control的值。SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_WRITE中，则完成将上层设置的element control的值，写入kcontrol中。
    这两个case中，分别调用snd_ctl_elem_write（）和snd_ctl_elem_read（）函数，最后调用到codec_***.c驱动中，snd_kcontrol_new结构体中，SOC_SINGLE与SOC_ENUM等宏中，.info，.get，.put，对应的读写codec寄存器的函数。
alsa_amixer-用户态
|->snd_ctl_ioctl-系统调用
|->snd_ctl_elem_write_user-内核钩子函数
|->snd_ctl_elem_wirte-
|->snd_ctl_find_id-遍历 kcontrol 链表找到 name 字段匹配的 kctl
|->kctl->put()-调用 kctl 的成员函数 put()
|->snd_soc_put_volsw

最近发现，ALSA codec_***.c驱动中，调用SOC_SINGLE，SOC_DOUBLE_R_TLV，SOC_ENUM等宏，注册snd_kcontrol_new控件后，alsa上层调用alsa lib中的alsa-lib-v1.0.28/src/mixer/simple.c中的selems()-->show_selem()-->snd_mixer_find_selem（）函数，查找匹配的amixer cset控件时，名称与底层的名称不一致。
    比如：
    底层codec***.c定义了SOC_SINGLE("Aux In Switch", DIGITAL_FILTER_MODE, 1, 1, 0),
    上层snd_mixer_find_selem（）查找到的s->id->name = Aux In，将Switch省略了。
    还有SOC_DOUBLE_R_TLV("Master Playback Volume", LCH_DIGITAL_VOLUME, RCH_DIGITAL_VOLUME, 0, 0xcc, 1, dac_tlv),上层获取s->id->name = Master。将Playback Volume省略了。
 
    但个别的控件名称，没有省略，比如：SOC_SINGLE("Digital Playback mute", MODE_CONTROL_3, 5, 1, 0),上层获取的s->id->name = Digital Playback mute。
 
    经过追查在alsa-lib-v1.0.28/src/control/hcontrol.c中，有对控件名称的简化操作，将一些Switch,Volume,Playback之类的通用单词，省略掉了，只保留控件开头的单词。具体为何这样做，还没去弄清楚。
 
    所以，上层在调用alsa-lib-v1.0.28/src/mixer/simple.c中的snd_mixer_find_selem（）函数，查找匹配的amixer cset控件时，最好将s->id->name 打印出来，再设置，否则会查找不到对应名称的控件。
 
     上层查找控件的示例代码如下：
static void alsa_linein_init(char *alsa_mix_ctrl, snd_mixer_t **alsa_mix_handle_p, snd_mixer_elem_t **alsa_mix_elem_p)
{
        /* 查找控件函数 */
        int alsa_mix_index = 0;
        char alsa_mix_dev[32] = {0};
        snd_mixer_selem_id_t *alsa_mix_sid = NULL;
        snd_mixer_selem_id_alloca(&alsa_mix_sid);
        snd_mixer_selem_id_set_index(alsa_mix_sid, alsa_mix_index);
        snd_mixer_selem_id_set_name(alsa_mix_sid, alsa_mix_ctrl);

        if(mozart_ini_getkey("/usr/data/system.ini", "audio", "playback", alsa_mix_dev))
                strcpy(alsa_mix_dev,"default");

        if ((snd_mixer_open(alsa_mix_handle_p, 0)) < 0)
                DEBUG ("Failed to open mixer");
        if ((snd_mixer_attach(*alsa_mix_handle_p, alsa_mix_dev)) < 0)
                DEBUG ("Failed to attach mixer");
        if ((snd_mixer_selem_register(*alsa_mix_handle_p, NULL, NULL)) < 0)
                DEBUG ("Failed to register mixer element");
        if (snd_mixer_load(*alsa_mix_handle_p) < 0)
                DEBUG ("Failed to load mixer element");

        *alsa_mix_elem_p = snd_mixer_find_selem(*alsa_mix_handle_p, alsa_mix_sid);
        if (!*alsa_mix_elem_p)
                DEBUG ("Failed to find mixer element");
        return;
}

{
snd_mixer_t *alsa_mix_linein_handle = NULL;
                snd_mixer_elem_t *alsa_mix_linein_elem = NULL;
                char alsa_linein_ctrl[32];
                if(mozart_ini_getkey("/usr/data/system.ini", "audio", "linein", alsa_linein_ctrl))
                        strcpy(alsa_linein_ctrl,"Aux In Switch");   //查找预设控件名称，该代码为私有代码，非标准。

                alsa_linein_init(alsa_linein_ctrl, &alsa_mix_linein_handle, &alsa_mix_linein_elem);   //查找控件elem
                snd_mixer_selem_set_playback_switch(alsa_mix_linein_elem, 0, 1);  //设置控件elem
                if(alsa_mix_linein_handle){
                        snd_mixer_close(alsa_mix_linein_handle);   //关闭
                }
}

三、相关细节解释：
1、ALSA接口中，有交错，非交错的概念。分别对应上层的snd_pcm_writei与snd_pcm_writen。
    交错指的是：同一时间采的一帧数据中，包含左右两个声道或多声道的采样点。非交错指的是：同一时间采的一帧数据中，只包含一个声道。我们目前遇到的，都是交错帧。非交错帧，相当于录音端，同一时间只录一个声道的采样点，这样的情况，应该是在一些特殊场合出现的。
    上层除了调用的snd_pcm_write，snd_pcm_read函数有区别外，在snd_pcm_hw_params（ ）设置硬件参数时，也需要调用snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED)，通知底层为交错方式。
     INTERLEAVED代表是交错方式，我们目前都用交错方式。
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