第 15 章 声音子系统
15.1. 简介
FreeBSD声音子系统清晰地将通用声音处理问题与设备特定的问题分离 开来。这使得更容易加入对新设备的支持。
pcm(4)框架是声音子系统的中心部分。它主要实现下面的组件:
一个到数字化声音和混音器函数的系统调用接口(read, write, ioctls)。ioctl命令集合兼容老的OSS 或Voxware接口,允许一般多媒体应用程序 不加修改地移植。
处理声音数据的公共代码(格式转换,虚拟通道)。
一个统一的软件接口,与硬件特定的音频接口模块接口
对某些通用硬件接口(ac97)或共享的硬件特定代码 (例如:ISA DMA例程)的额外支持。
对特定声卡的支持是通过硬件特定的驱动程序来实现的,这些驱动程序 提供通道和混音器接口,插入到通用pcm
代码中。
本章中,术语pcm
将指声音驱动程序的 中心,通用部分,这是对比硬件特定的模块而言的。
预期的驱动程序编写者当然希望从现有模块开始,并使用那些代码作为 最终参考。但是,由于声音代码十分简洁漂亮,这也基本上免除了注释。 本文档试图给出框架接口的一个概览,并回答改写现有代码时可能出现的 一些问题。
作为另外的途径,或者说除了从一个可工作的范例开始的办法之外, 你可以从 http://people.FreeBSD.org/~cg/template.c找到一个注释过的 驱动程序模板。
15.2. 文件
除/usr/src/sys/sys/soundcard.h
中的公共 ioctl接口定义外,所有的相关代码当前(FreeBSD 4.4)位于 /usr/src/sys/dev/sound/
。
在/usr/src/sys/dev/sound/
下面, pcm/
目录中保存着中心代码, 而isa/
和pci/
目录中有 ISA和PCI板的驱动程序。
15.3. 探测,连接等
声音驱动程序使用与任何硬件驱动程序模块相同的方法探测和连接(设备)。 你可能希望浏览一下手册中ISA或PCI章节的内容来获取更多信息。
然而,声音驱动程序在某些方面又有些不同:
他们将自己声明为
pcm
类设备,带有一个 设备私有结构struct snddev_info
:static driver_t xxx_driver = { "pcm", xxx_methods, sizeof(struct snddev_info) }; DRIVER_MODULE(snd_xxxpci, pci, xxx_driver, pcm_devclass, 0, 0); MODULE_DEPEND(snd_xxxpci, snd_pcm, PCM_MINVER, PCM_PREFVER,PCM_MAXVER);
大多数声音驱动程序需要存储关于其设备的附加私有信息。私有数据 结构通常在连接例程中分配。其地址通过调用
pcm_register()
和mixer_init()
传递给pcm
。后面pcm
将此地址作为调用声音驱动程序接口时的参数传递回来。声音驱动程序的连接例程应当通过调用
mixer_init()
向pcm
声明它的MIXER或AC97 接口。对于MIXER接口,这会接着引起调用xxxmixer_init()
。声音驱动程序的连接例程通过调用
pcm_register(dev, sc, nplay, nrec)
向pcm
声明其通用CHANNEL配置,其中sc
是设备数据结构的地址, 在pcm
以后的调用中将会用到它,nplay
和nrec
是播放和录音 通道的数目。声音驱动程序的连接例程通过调用
pcm_addchan()
声明它的每个通道对象。这会在pcm
中建立起通道合成,并接着会引起调用xxxchannel_init()
(译注:请参考原文)。声音驱动程序的分离例程在释放其资源之前应当调用
pcm_unregister()
。
有两种可能的方法来处理非PnP设备:
使用
device_identify()
方法 (范例:sound/isa/es1888.c
)。device_identify()
方法在已知地址探测硬件, 如果发现支持的设备就会创建一个新的pcm设备,这个pcm设备接着 会被传递到probe/attach。使用定制内核配置的方法,为pcm设备设置适当的hints(范例:
sound/isa/mss.c
)。
pcm
驱动程序应当实现 device_suspend
, device_resume
和 device_shutdown
例程,这样电源管理和模块卸载就能 正确地发挥作用。
15.4. 接口
pcm
核心与声音驱动程序之间的接口以术语 内核对象的叫法来定义。
声音驱动程序通常提供两种主要的接口: CHANNEL以及 MIXER或AC97。
AC97是一个很小的硬件访问(寄存器读/写) 接口,由驱动程序为带AC97编码解码器的硬件来实现。这种情况下,实际的 MIXER接口由pcm
中共享的AC97代码提供。
15.4.1. CHANNEL接口
15.4.1.1. 函数参数的通常注意事项
声音驱动程序通常用一个私有数据结构来描述他们的设备,驱动 程序所支持的播放和录音数据通道各有一个。
对于所有的CHANNEL接口函数,第一个参数是一个不透明的指针。
第二个参数是指向私有的通道数据结构的指针, channel_init()
是个例外,它的指针指向私有 设备结构(并返回由pcm
以后使用的通道指针)。
15.4.1.2. 数据传输操作概览
对于声音数据传输,pcm
核心与声音驱动 程序是通过一个由struct snd_dbuf
描述的 共享内存区域进行通信的。
struct snd_dbuf
是 pcm
私有的,声音驱动程序通过调用访问者 函数(sndbuf_getxxx()
)来获得感兴趣的值。
共享内存区域的大小等于 sndbuf_getsize()
,并被分割为大小固定,且等于 sndbuf_getblksz()
字节的很多块。
当播放时,常规的传输机制如下(将意思反过来就是录音):
pcm
开始时填充缓冲区,然后以 参数PCMTRIG_START调用声音驱动程序的xxxchannel_trigger()
。声音驱动程序接着安排以
sndbuf_getblksz()
字节大小为块,重复将 整个内存区域(sndbuf_getbuf()
,sndbuf_getsize()
)传输到设备。对于每个 传输块回调pcm
函数chn_intr()
(这通常在中断时间发生)。chn_intr()
安排将新数据拷贝到那些 数据已传输到设备(现在空闲)的区域,并对snd_dbuf
结构进行适当的更新。
15.4.1.3. channel_init
调用xxxchannel_init()
来初始化每个播放 和录音通道。这个调用从声音驱动程序的连接例程中发起。(参看 探测和连接一节)。
static void * xxxchannel_init(kobj_t obj, void *data, struct snd_dbuf *b, struct pcm_channel *c, int dir) { struct xxx_info *sc = data; struct xxx_chinfo *ch; ... return ch; }
| |
函数应当返回一个指针,此指针指向用于控制此通道的私有 区域。它将作为参数被传递到对其他通道接口的调用。 |
15.4.1.4. channel_setformat
xxxchannel_setformat()
应当按特定通道, 特定声音格式设置硬件。
static int xxxchannel_setformat(kobj_t obj, void *data, u_int32_t format) { struct xxx_chinfo *ch = data; ... return 0; }
|
15.4.1.5. channel_setspeed
xxxchannel_setspeed()
按指定的取样速度 设置通道硬件,并返回返回可能调整过的速度。
static int xxxchannel_setspeed(kobj_t obj, void *data, u_int32_t speed) { struct xxx_chinfo *ch = data; ... return speed; }
15.4.1.6. channel_setblocksize
xxxchannel_setblocksize()
设置块大小, 这是pcm
与声音驱动程序,以及声音驱动 程序与设备之间的传输单位的大小。传输期间,每次传输这样大小的 数据后,声音驱动程序都应当调用pcm
的 chn_intr()
。
大多数驱动程序只注意这儿的块大小,因为当实际传输开始时应该 使用这个值。
static int xxxchannel_setblocksize(kobj_t obj, void *data, u_int32_t blocksize) { struct xxx_chinfo *ch = data; ... return blocksize; }
函数返回可能调整过的块大小。如果块大小真的变化了, 这种情况下应当调用 |
15.4.1.7. channel_trigger
xxxchannel_trigger()
由 pcm
来控制驱动程序中的实际传输操作。
static int xxxchannel_trigger(kobj_t obj, void *data, int go) { struct xxx_chinfo *ch = data; ... return 0; }
|
注意:
如果驱动程序使用ISA DMA,则应当在设备上执行动作前 调用sndbuf_isadma()
,并处理DMA芯片一方的 事情。
15.4.1.8. channel_getptr
xxxchannel_getptr()
返回传输缓冲区中 当前的缓冲。它通常由chn_intr()
调用,而且 这也是为什么pcm
知道它应当往哪儿传送 新数据。
15.4.1.9. channel_free
调用xxxchannel_free()
来释放通道资源, 例如当驱动程序卸载时,并且如果通道数据结构是动态分配的,或者 如果不使用sndbuf_alloc()
进行缓冲区分配, 则应当实现这个函数。
15.4.1.10. channel_getcaps
struct pcmchan_caps * xxxchannel_getcaps(kobj_t obj, void *data) { return &xxx_caps; }
这个例程返回指向(通常静态定义的) |
15.4.1.11. 更多函数
channel_reset()
, channel_resetdone()
和 channel_notify()
用于特殊目的,未与权威人士 (Cameron Grant)进行探讨之前不应当在驱动程序中实现它。
不赞成使用channel_setdir()
.
15.4.2. MIXER接口
15.4.2.1. mixer_init
xxxmixer_init()
初始化硬件,并告诉 pcm
什么混音器设备可用来播放和录音。
static int xxxmixer_init(struct snd_mixer *m) { struct xxx_info *sc = mix_getdevinfo(m); u_int32_t v; [初始化硬件] [为播放混音器设置v中适当的位] mix_setdevs(m, v); [为录音混音器设置v中适当的位] mix_setrecdevs(m, v) return 0; }
设置一个整数值中的位,并调用 |
混音器的位定义可以在soundcard.h
中 找到。(SOUND_MASK_XXX
值和 SOUND_MIXER_XXX
移位)。
15.4.2.2. mixer_set
xxxmixer_set()
为混音器设备设置音量级别 (level)。
static int xxxmixer_set(struct snd_mixer *m, unsigned dev, unsigned left, unsigned right) { struct sc_info *sc = mix_getdevinfo(m); [设置音量级别(level)] return left | (right << 8); }
设备被指定为 在范围[0-100]之间指定音量值。零值应当让设备静音。 | |
由于硬件(音量)级别(level)可能不匹配输入比例,会出现 某些圆整,例程返回如上面所示的实际级别值(范围0-100内)。 |
15.4.2.3. mixer_setrecsrc
xxxmixer_setrecsrc()
设定录音源设备。
static int xxxmixer_setrecsrc(struct snd_mixer *m, u_int32_t src) { struct xxx_info *sc = mix_getdevinfo(m); [查看src中的非零位, 设置硬件] [更新src反映实际动作] return src; }
期望的录音设备由一个位域指定. | |
返回设置用来录音的实际设备。一些驱动程序只能设置一个 录音设备。如果出现错误,函数应当返回-1。 |
15.4.2.4. mixer_uninit, mixer_reinit
xxxmixer_uninit()
应当确保不会发出任何 声音,并且如果可能则应当让混音器硬件断电。
xxxmixer_reinit()
应当确保混音器硬件 加电,并且恢复所有不受mixer_set()
或 mixer_setrecsrc()
控制的设置。
15.4.3. AC97接口
AC97由带有AC97编码解码器的驱动程序实现。 它只有三个方法:
xxxac97_init()
返回找到的 ac97编码解码器的数目。ac97_read()
与ac97_write()
读写指定的寄存器。
The AC97接口由 pcm
中的AC97代码来执行高层操作。参看 sound/pci/maestro3.c
或 sound/pci/
下很多其他内容作为范例。