【Alsa】播放聲音和錄音詳細流程
linux中,無論是oss還是alsa體系,錄音和放音的數據流必須分析清楚。先分析alsa驅動層,然後關聯到alsa庫層和應用層。
二,鏈接分析:
1)鏈路一
usr/src/linux-source-3.0.0/sound/core/pcm_native.c文件中註冊部分.mmap = snd_pcm_mmap調用snd_pcm_mmap_data(substream, file, area);
該方法中進一步調用substream->ops->mmap(substream, area);
根據./soc/pxa/pxa3xx-pcm.c文件中.mmap = pxa3xx_pcm_mmap,可知dma_mmap_writecombine(, ,runtime->dma_addr,);函數被調用。
soc/pxa/pxa3xx-pcm.c文件中pxa3xx_pcm_hw_params()函數會創建鏈表,根據
dma_buff_phys = runtime->dma_addr;
dma_desc->dsadr = dma_buff_phys;可知runtime->dma_addr為dma內存端地址,且此地址由alsa庫層傳遞進來。又根據
dma_desc->dtadr = prtd->params->dev_addr和soc/pxa/pxa3xx-ac97.c文件中
.dev_addr = __PREG(PCDR),可知dma外設端地址為ac97控制器中fifo讀寫寄存器PCDR。至此,第一條鏈路建立完畢:FIFO通過DMA和內存交互。
2)鏈路二
ac97接口或者i2s(Inter—IC Sound)或者pcm接口可以將cpu和codec(wm9714/alc5620/alc5621)連接起來。
配置好格式:
pcm接口必須配置采樣率、采樣位數、通道數和傳送格式;
i2s接口必須配置采樣率、采樣位數、通道數和對齊方式;
ac97接口比較靈活,可以認為cpu這端不用配置,只需要在codec端配置就行了。當然,電源、時鐘、IO任何數字芯片都得配置。
最後不能混淆數據接口和控制接口的慨念,i2s和pcm只能傳輸音頻數據,訪問codec的寄存器必須通過i2c等控制接口,ac97接口分時傳輸控制和數據。
codec中的adc/dac通過ac97等接口同cpu的fifo交互數據
3)鏈路三
alsa_lib源碼中pcm.c文件中snd_pcm_readi(,buffer,size)調用pcm_local.h文件中_snd_pcm_readi(,buffer,size);
進一步調用pcm->fast_ops->readi(pcm->fast_op_arg, buffer, size);
根據pcm_hw.h文件中.readi = snd_pcm_hw_readi可知,ioctl(fd, SNDRV_PCM_IOCTL_READI_FRAMES, &xferi);被調用。
內核中,根據/soc/pcm_native.c文件中.unlocked_ioctl = snd_pcm_capture_ioctl,可知snd_pcm_capture_ioctl1被調用,根據SNDRV_PCM_IOCTL_READI_FRAMES參數可知snd_pcm_lib_read(substream, xferi.buf, xferi.frames);被調用,
最終snd_pcm_lib_read1(,,,,snd_pcm_lib_read_transfer)被調用。根據transfer被調用可知snd_pcm_lib_read_transfer被調用,然後調用copy_to_user(buf, hwbuf, frames_to_bytes(runtime, frames)),可知,將dma端內存的數據拷貝到alsa_lib提供的一個指針所指的內存,alsa庫函數snd_pcm_readi、snd_pcm_writei實現了內存到內存的交互,或者近似地認為是內存到音頻文件的交互。至此最後一條鏈路建立完畢。
三,執行分析:
錄音:mic phone接到codec,經過adc變成數字信號,經過鏈路二中ac97等接口存儲到cpu的fifo中,經過鏈路一中的dma傳輸存儲到內存,經過鏈路三中alsa_lib中snd_pcm_readi接口傳給錄音軟件,經過編碼,進而形成音頻文件。
放音:播放軟件將音頻文件解碼,並通過鏈路三中snd_pcm_writei接口逐漸傳遞到和dma相關的內存,經過鏈路二中dma傳遞給cpu的fifo,再經過ac97等接口傳遞給dac,最後傳給連接在codec上的speaker。
四,總結:
1)ac97(聲卡標準)數據傳輸頗復雜,分時復用,cpu端fifo和codec端adc/dac關系要對應好。比如,cpu端的pcm left fifo占用slot3(CPU中擴展插槽),那麽adc(Analog to Digital 模數變換)只有配置成slot3才能把數據傳遞給它,如果配置成slot6,那就傳給cpu的mic in fifo了。錄音單聲道通常選擇slot6,錄音雙聲道通常兩個adc分別選擇slot3和slot4。
2)wav音頻文件大小計算:要測試錄音是否丟禎,就必然要計算文件大小,通常的方法是:根據錄音時間,用公式:
錄音時間(單位s)x采樣率x(采樣位數/8)x通道數。
比如:錄音時間5秒,采樣率8kHz,位數16位,通道數1,那麽5x8000x(16/8)x1=80k,實際的wav文件大小稍大於80k就對了。還有一種計算文件大小的方法:通常音頻系統要用dma,也會用到dma中斷,可以在dma中斷中打印計數,次數xdma中斷周期字節就行了。
3)數據交換的大小問題:
鏈路一中DMA傳輸必須和FIFO的特性匹配:若FIFO位寬是16位,深度是16,並且半滿時向DMA發出請求(握手),則鏈表式DMA必須配置成傳輸位寬16位,1次突發16字節,才能保證不丟失位數和數據個數。
鏈路二中cpu端FIFO位數要和codec端adc/dac采樣位數匹配,i2s/pcm接口可以配置成一樣的值,比如16位,ac97接口復雜一點,cpu端不用配置,那麽采樣位數是多少呢?若cpu端fifo一個聲道位寬16位,codec端adc/dac位寬18位,ac97通道20位,則傳輸到fifo端就被截取到有效的16位,整體采樣位數16位,adc/dac的性能沒有充分發揮而已。
鏈路三中snd_pcm_readi、snd_pcm_writei函數第三個參數表示讀寫數據的大小,單位是幀,不是字節。雙聲道16位格式一幀大小為4字節。
【Alsa】播放聲音和錄音詳細流程