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ALSA 架构

主要内容来之参考文档,对一些描述做了些修正.

ALSA 架构

ALSA 的基本架构可以用上图表示，组成部分主要有：

ALSA 应用：可能是 Native Application 或 Server，用户通过调用 ALSA 库来实现声音的播放、录制和控制。
ALSA Library ：ALSA 用户空间库，提供统一的API，常见有 tinyalsa、alsa-lib等。
ALSA Layer：内核中 ALSA 核心层，与应用层的 ALSA Library 进行交互。向上提供逻辑设备系统调用，向下驱动硬件设备。主要内容为 ALSA core 和一些辅助驱动。
ASoC Layer：ASoC 是为支持 SoC 芯片设计的。SoC 芯片的集成度较高，传输总线、DSP、甚至 Codec 都有可能集成在一个芯片上。ASoC 层提供了一个嵌入式系统的设备管理框架，由三个部分组成：Machine、Platform、Codec。

ALSA 应用

ALSA 应用调用 ALSA 库提供的 API 来实现自己的需求。ALSA 库不同，代码实现差别也很大，这里不会做过多介绍。我们只是以 tinyalsa 为例，介绍一下声音播放的简单流程。

struct pcm_config config;
    struct pcm *pcm;
    char *buffer;
    int size;
    int num_read;

    /* 设置音频的配置，通道、采样率、采样周期、编码格式等等 */
    config.channels = xxx;
    config.rate = xxx;
    config.period_size = xxx;
    config.period_count = xxx;
    config.format = xxx;
    
    /* 打开 PCM 设备 */
    pcm = pcm_open(card, device, PCM_OUT, &config); 

    /* 根据音频配置计算需要的 buffer */
    size = pcm_frames_to_bytes(pcm, pcm_get_buffer_size(pcm));
    buffer = malloc(size);

    /* 读取数据，写入到 PCM 设备中 */
    do {
        num_read = fread(buffer, 1, size, file);
        if (num_read > 0) 
            pcm_write(pcm, buffer, num_read));
    } while (num_read > 0);

    /* 释放 buffer，关闭设备 */
    free(buffer);
    pcm_close(pcm);
}

ALSA Library

应用一般通过 ALSA Library 与内核空间交互，尽管各种 Library 在实现上差别很大，但最终都是通过 Kernel ALSA Layer 提供系统调用完成调用。

alsa-lib：ALSA 项目中提供的应用接口库，可以提供全部的接口支持，包括 PCM、Control、MIDI、Mixer、Sequencer、Timer等。同时在软件层面支持采样率转换、软件混音等复杂的实现。
tinyalsa：tinyalsa 是一个简化的 ALSA Library，在 Android 中被使用。tinyalsa 仅支持 PCM 和 Control 接口，软件层面也非常简单。正因为其简单，所以很适合在嵌入式系统中使用。

ALSA Layer

ALSA Layer 是 ALSA 架构的核心层，在内核空间实现。它为用户空间提供逻辑设备接口，如PCM、Control、Mixer等等。同时为驱动提供接口来驱动硬件设备，如总线接口、DMA、Codec等等。

该层的主要数据结构包括，

- snd_card      表示一个声卡实例, 包含多个声卡设备
- snd_device    表示一个声卡设备部件
- snd_pcm       表示一个PCM设备, 声卡设备的一种, 用于播放和录音
- snd_control   表示Control设备, 声卡设备的一种, 用于控制声卡
- snd_pcm_str   表示PCM流, 分为playback和capture
- snd_pcm_substream PCM子流, 用于音频的播放或录制
- snd_pcm_ops   PCM流操作集

各数据结构的关系如下，

ALSA 架构