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ALSA编程细节分析

落鹤生 发布于 2011-12-31 09:12 点击:次 
Loong:之前写过基于ALSA的WAV播放录音程序。现在本想好好整理一下ALSA的编程思想,但Google了一下,发现已经有同道做了类似的工作,故将其转载过来,并添加一些本人的疑问以及补充(将会继续补充,原文很多重要的ALSA参数没有提到)。
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Loong:之前写过基于ALSA的WAV播放录音程序,见http://www.rosoo.net/a/201107/14725.html,该程序的源码可流媒体开发论坛下载到:http://bbs.rosoo.net/thread-6087-1-1.html。现在本想好好整理一下ALSA的编程思想,但Google了一下,发现已经有同道做了类似的工作,故将其转载过来,并添加一些本人的疑问以及补充(将会继续补充,原文很多重要的ALSA参数没有提到)。

原文:http://blogold.chinaunix.net/u3/112227/showart_2251390.html

一. 编程细节

按照上面的流程,其中有许多细节我们可以加以控制,这里仅仅指出应用程序需要关心的:

1.1 设备层次

在alsa驱动这一层,目前为止,抽象出了4层设备:

一是hw:0,0;

二是plughw:0,0;

三是default:0;

四是default。

至于一是清楚了,二和二以上可以做数据转换,以支持一个动态的范围,比如你要播放7000hz的东西,那么就可以用二和二以上的。而你用 7000hz作为参数,去设置一,就会报错。三和四,支持软件混音。我觉得default:0表示对第一个声卡软件混音,default表示对整个系统软 件混音。

这里提出两点:

1.1.1 一般为了让所有的程序都可以发音,为使用更多的默认策略,我们选用三和四,这样少一些控制权,多一些方便。

1.1.2 对不同的层次的设备,相同的函数,结果可能是不一样的。比如,设置Hardware Parameters里的period和buffer size,这个是对硬件的设置,所以,default和default:0这两种设备是不能设置的。

如果直接操作hw:0,0,那么snd_pcm_writei只能写如8的倍数的frame,比如16、24等,否则就会剩下一点不写入而退回,而 default,就可以想写多少就写多少,我们也不必要关心里面具体的策略。

【Loong:之前都是使用了default,还真没留意过这些设备有何区别。】

1.2 Hardware Parameters

说明:之所以叫做Hardware Parameters,是因为alsa这一层api是较为底层的,它允许用户对audio interface和alsa-core两层都做设置。其中对alsa-core设置,叫做Software Parameters,而对audio interface的设置叫做Hardware Parameters。(当然要设置hardware parameters,也肯定是通过alsa驱动来完成,只不过哪些参数是指导硬件的,哪些是指导alsa-core的,分开设置了)

1.2.1 Sample rate: 采样率

1.2.2 Sample format: 采用格式

1.2.3 Number of channels: 声道数

1.2.4 Data access and layout:

简单点说,在一个period以内,数据是按照channel1排完了再排channel2呢,还是一个frame一个frame的来排(frame在alsa里指的是一次采样时间内,两个channel的数据放一块儿就是一个frame)。默认是第二种。

1.2.5 Interrupt interval:

中断间隔,就是靠periods决定的,有函数来设置periods,也就是说这个hardware buffer在一次遍历之内,要中断多少次,来通知alsa-driver来写入或读走数据。比如buffer是8192个frame大,而 period设为4个frame大,那么比如playback,则每当有4个frame大的hardware buffer空间空出,就会中断,通知内核(alsa驱动)来写如数据。这个是影响实时效果的关键。一般不用调整。

1.2.6 Buffer size:

hardware buffer的大小,如果alsa整套体系主要靠这个来做缓冲,那么这个的大小,将影响缓冲效果,但是一般也不调整。

【Loong:缺少buffer time、peroid time、peroid size等参数说明,这些参数一般情况下都要设置的。】

1.3 Software Parameters

1.3.1 snd_pcm_sw_params_set_avail_min (playback_handle, sw_params, 4096)

这个仅用在interrupt-driven模式。这个模式是alsa驱动层的,不是硬件interrupt。它的意思是,用户使用 snd_pcm_wait()时,这个实际封装的是系统的poll调用,表示用户在等待,那么在等待什么呢?对于playback来讲,就是等待下面的声 卡的hardware buffer里有一定数量的空间,可以放入新的数据了,对于record来讲,就是等待下面声卡新采集的数据达到了一定数量了。这个一定数量,就是用 snd_pcm_sw_params_set_avail_min来设置,单位是frame。实际运作,没读驱动代码,不是很清楚,可能是alsa驱动根 据用户设的这个参数,来设置Hardware Parameters里面的period,也可能是不改变硬件的period,每次硬件中断还是copy到自己的空间,然后数据积累到一定数量再 interrupt应用程序,使之从wait()出来。我不知道,也不必深究。

这种模式的使用,需要用户在snd_pcm_wait()出来以后,调用一个平常的wirtei或readi函数,来写入或读取一定数量的数据。如果用户不用interrupt-driven模式,那么这个函数不必使用。

【Loong:什么是interrupt-driven模式?】

1.3.2 snd_pcm_sw_params_set_start_threshold (playback_handle, sw_params, 0U)

这个函数指导什么时候开启audio interface的AD/DA,就是什么时候启动声卡。

对于playback,假设第三个参数设为320,那么就是说,当用户调用writei,写入的数据,将暂时存在alsa驱动空间里,当这个数据量 达到 320帧时,alsa驱动才开始将数据写入hardware buffer,并启动DA转换。对于record,当用户调用readi,这个数据量达到320帧时,alsa驱动才开始启动AD转换,捕捉数据。我一般 把它设为0,我没试过非0,如果是非0, 我想第一次的writei和readi一定得够数量才行,否则设备不启动。

这个对实时效果是需要的,将第三个参数设置为0,保证声卡的立即启动。

1.4 what to do about xruns

xrun指的是,声卡period一到,引发一个中断,告诉alsa驱动,要填入数据,或读走数据,但是,问题在于alsa的读取和写入操作必须用 户调用writei和readi才会发生的,它不会去缓存数据。如果上层没有用户调用writei和readi,那么就会产生 overrun(录制时,数据都满了,还没被alsa驱动读走)和underrun(需要数据来播放,alsa驱动却不写入数据),统称为xrun。

这个东西,需要用一些函数来设置,比如snd_pcm_sw_params_set_silence_threshold(),是针对 playback 的,就是设置当xxx的情况下,就用silence来写入hardware buffer。至于xxx情况,以及写入多少silence,我都不是很清楚,还有,比如xrun到什么情况下,可以停止这个设备等等函数。一般情况下用 alsa驱动的默认的xrun处理策略。

但是关于xrun,最好这样写:

while ((pcmreturn = snd_pcm_writei(pcm_handle, data, frames)) < 0) {

        snd_pcm_prepare(pcm_handle);

        fprintf(stderr, "<<<<<<<<<<<<<<< Buffer Underrun >>>>>>>>>>>>>>>/n");

}

就是说,如果这次读/写距离上次读/写,时间可能过长,那么这次去读/写的时候,device已经xrun了,在不知道alsa驱动对xrun的默认策略的情况下,最好调用snd_pcm_prepare()来重新准备好设备,然后再开始下一次读写。

1.5 transfer chunk size

这个应该是用不上的,我没找到文档里有用这个的。

【Loong:这个其实是非常重要的,如果snd_pcm_writei/ snd_pcm_readi不是每次写入chunk size数据的话,那么放音/录音不是你所期望的声音。详细见:http://alsa-project.org/main/index.php/FramesPeriods】 

二. 编程细节 

TODO LIST:以后把下面两点补上: 

2.1 一般读写模式

2.2 interrupt-driven 

它非常清晰的告诉了用户,你需要读取数据或写入数据了。这样允许用户即时的作出操作:比如现在让用户从wait()出来,用户知道需要比如写入数据 了,它可以决定写入真实的数据,或者写如silence,或者其他。而用一般读写模式,你不会即时知道下层的需求,所以相当于你只能在你下一次读/写的时 候,判断有没有xrun,其他你什么都做不了。

TODO: 再好好想想这个模式,其实我不确定实际使用上有什么好?

(zhaixishan)
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本文出处:zhaixishan.cublog.cn 作者:zhaixishan
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