正点原子linux应用编程——提高篇4

MP157开发板支持音频，板上搭载了音频编解码芯片CS42L51，支持播放以及录音功能。

ALSA概述

ALSA是Advanced Linux Sound Architecture(高级的Linux声音体系)的缩写，目前已经成为了 linux
下的主流音频体系架构，提供了音频和MIDI的支持，替代了原先旧版本中的OSS(开发声音系统)；这一部分在驱动的时候，对这套驱动框架有过介绍，这里就不做赘述。

在应用层，ALSA提供了一套标准的API，应用程序只需要调用这些API就可完成对底层音频硬
件设备的控制，譬如播放、录音等，这一套API称为alsa-lib。如下图所示：

alsa-lib简介

alsa-lib是一套Linux应用层的C语言函数库，为音频应用程序开发提供了一套统一、标准的接口，应用程序只需调用这一套API即可完成对底层声卡设备的操控，譬如播放与录音。

alsa-lib库支持功能比较多，提供了丰富的API接口供应用程序开发人员调用，根据函数的功能、作用
将这些API进行了分类，可通过官网上Modules按钮查看其模块划分，这里主要涉及三个模块：PCM Interface、Error Interface以及Mixer Interface。

• PCM Interface：提供了PCM设备相关的操作接口，譬如打开/关闭PCM设备、配置PCM设备硬件或软件参数、控制PCM设备(启动、暂停、恢复、写入/读取数据)；
• Error Interface：提供了关于错误处理相关的接口；
• Mixer Interface：提供了关于混音器相关的一系列操作接口。

sound设备节点

在Linux内核设备驱动层，基于ALSA音频驱动框架注册的sound设备会在/dev/snd目录下生成相应的设备节点文件。会有如下设备文件：

• controlC0：用于声卡控制的设备节点，譬如通道选择、混音器、麦克风的控制等，C0表示声卡0(card0)；
• pcmC0D0p：用于播放(或叫放音、回放)的PCM设备节点。其中C0表示card0，也就是声卡0；而D0表示device 0，也就是设备0；最后一个字母p是playback的缩写，表示播放；所以pcmC0D0p便是系统的声卡0中的播放设备0；
• pcmC0D1c：用于录音的PCM设备节点。对应系统的声卡0中的录音设备1；
• pcmC0D2c：用于录音的PCM设备节点。对应系统的声卡0中的录音设备2；
• timer：定时器。

在Linux系统的/proc/asound目录下，有很多的
文件，这些文件记录了系统中声卡相关的信息：

• cards：通过"cat /proc/asound/cards"命令，查看cards文件的内容，可列出系统中可用的、注册的声卡；系统中注册的所有声卡都会在/proc/asound/目录下存在一个相应的目录，该目录的命名方式为cardX(X表示声卡的编号)；
• devices：通过"cat /proc/asound/devices"命令，查看系统中所有声卡注册的设备，包括control、pcm、timer、seq等等；
• pcm：通过"cat /proc/asound/pcm"命令，查看系统中所有PCM设备，包括playback和capture。

alsa-lib移植

除了移植alsa-lib库之外，通常还需要移植alsa-utils，alsa-utils包含了一些用于测试、配置声卡的工具。

这个在驱动教程中有所介绍，在buildroot中使能配置然后编译就可以了。而且开发板的出厂系统中是已经移植了alsa-lib和alsa-utils。

alsa-utils提供了一些用于测试、配置声卡的工具，譬如aplay、arecord、alsactl、alsaloop、alsamixer、amixer等，在开发板出厂系统上可以直接使用这些工具，这些应用程序也都是基于alsa-lib编写的。

• aplay：用于测试音频播放功能程序，可以使用aplay播放wav格式的音频文件；aplay只能解析wav格式音频文件；
• alsamixer：用于配置声卡的混音器，它是一个字符图形化的配置工具，直接在开发板串口终端运行alsamixer命令，就打开图形化配置界面；
• alsactl：将当前声卡配置保存，默认文件是/var/lib/alsa/asound.state，可通过如下命令保存与加载：

alsactl -f /var/lib/alsa/asound.state store alsactl -f /var/lib/alsa/asound.state restore

• amixer：声卡配置工具，但是是基于命令行操作的。
• arecord：用于录音测试的应用程序。

编写alsa-lib应用程序

基本概念

• 样本长度(Sample)：采样位数，也称为位深度，是指数字声音信号的二进制位数；
• 声道数(channel)：分为单声道和双声道；
• 帧(frame)：记录一个声音单元，长度为样本长度与声道数乘积；
• 采样率(Sample rate)：每秒采样次数；
• 交错模式(interleaved)：音频数据的记录方式，分为交错模式和非交错模式；交错模式下，数据以连续帧形式存放；非交错模式下则是先记录一个周期内所有帧左声道再记录右声道；
• 周期(period)：音频设备处理数据的单位；
• 缓冲区(buffer)：一个缓冲区包含若干周期。

数据的传输：

• PCM播放

在播放情况下，buffer中存放了需要播放的PCM音频数据，由应用程序向buffer中写入音频数据，buffer中的音频数据由DMA传输给音频设备进行播放，所以应用程序向buffer写入数据、音频设备从buffer读取数据，这就是buffer中数据的传输情况。

这里是有读指针和写指针，在缓冲区没有数据时均指向buffer起始位置，每次读写到末尾后会回到buffer起始位置。

• PCM录音

buffer中存放了音频设备采集到的音频数据(外界模拟声音通过ADC转为数字声音)，由音频设备向buffer中写入音频数据(DMA搬运)，而应用程序从buffer中读取数据，所以音频设备向buffer写入数据、应用程序从buffer读取数据。

• Over and Under Run

当一个声卡处于工作状态时，环形缓冲区buffer中的数据总是连续地在音频设备和应用程序缓存区间传输，如下图所示：

在录音例子中，如果应用程序读取数据不够快，环形缓冲区buffer中的数据已经被音频设备写满了、而应用程序还未来得及读走，那么数据将会被覆盖；这种数据的丢失被称为overrun。在播放例子中，如果应用程序写入数据到环形缓冲区buffer中的速度不够快，缓存区将会“饿死”(缓冲区中无数据可播放)，这样的错误被称为underrun(欠载)。在ALSA 文档中，将这两种情形统称为"XRUN"，适当地设计应用程序可以最小化XRUN并且可以从中恢复过来。

打开PCM设备

首先需要在应用程序中包含alsa-lib库的头文件，这样才能在应用程序中调用alsa-lib库函数以及使用相关宏。

第一步需要打开PCM设备，调用函数snd_pcm_open()，该函数原型如下所示：

int snd_pcm_open(snd_pcm_t **pcmp, const char *name, snd_pcm_stream_t stream, int mode);

一共有4个参数：

• pcmp：snd_pcm_t用于描述一个PCM设备，所以一个snd_pcm_t对象表示一个PCM设备；snd_pcm_open函数会打开参数name所指定的设备，实例化snd_pcm_t对象，并将对象的指针(也就是PCM设备的句柄)通过pcmp返回出来；
• name：指定PCM设备名字，命名方式为"hw:i,j"，i表示声卡的卡号，j则表示这块声卡上的设备号；
• stream：指定流类型，SND_PCM_STREAM_PLAYBACK表示播放，SND_PCM_STREAM_CAPTURE则表示采集；
• mode：指定了open模式，通常情况下会将其设置为0，表示默认打开模式，使用阻塞方式打开设备；也可将其设置为SND_PCM_NONBLOCK，表示以非阻塞方式打开设备。

设备打开成功，返回0；打开失败，返回小于0的错误编号，可以使用alsa-lib提供的库函数snd_strerror()来得到对应的错误描述信息。

函数snd_pcm_close()用于关闭PCM设备，函数原型如下所示：

int snd_pcm_close(snd_pcm_t *pcm);

设置硬件参数

主要是对采样率、声道数、格式、访问类型、period周期大小、buffer大小等进行配置。

实例化snd_pcm_hw_params_t对象

使用snd_pcm_hw_params_malloc或snd_pcm_hw_params_alloca()来实例化一个snd_pcm_hw_params_t对象，如下所示：

snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;

snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);
或
snd_pcm_hw_params_alloca(&hwparams);

snd_pcm_hw_params_free()函数用于释放snd_pcm_hw_params_t对象占用的内存空间。函数原型如下所示：

void snd_pcm_hw_params_free(snd_pcm_hw_params_t *obj);

初始化snd_pcm_hw_params_t对象

调用snd_pcm_hw_params_any()对snd_pcm_hw_params_t对象进行初始化操作，调用该函数会使用PCM设备当前的配置参数去初始化snd_pcm_hw_params_t对象，如下所示：

snd_pcm_hw_params_any(pcm_handle, hwparams);

第一个参数为PCM设备的句柄，第二个参数传入snd_pcm_hw_params_t对象的指针。

硬件参数设置

alsa-lib提供了一系列的snd_pcm_hw_params_set_xxx函数用于设置PCM设备的硬件参数，同样也提供了一系列的snd_pcm_hw_params_get_xxx函数用于获取硬件参数。

调用snd_pcm_hw_params_set_access设置访问类型，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params_set_access(snd_pcm_t *pcm,
		snd_pcm_hw_params_t * params,
		snd_pcm_access_t access 
);

参数access指定设备的访问类型，是一个snd_pcm_access_t类型常量，通常将访问类型设置为SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED，交错访问模式，通过snd_pcm_readi/snd_pcm_writei对PCM设备进行读/写操作。

函数调用成功返回0，失败返回小于0的错误码，可通过snd_strerror()函数获取错误信息。

调用snd_pcm_hw_params_set_format()函数设置PCM设备的数据格式，函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params_set_format(snd_pcm_t *pcm,
		snd_pcm_hw_params_t *params,
		snd_pcm_format_t format
);

参数format指定数据格式，该参数是一个snd_pcm_format_t类型常量，用的最多的格式是SND_PCM_FORMAT_S16_LE，有符号16位、小端模式。当然，可能不支持这个格式，可以调用snd_pcm_hw_params_test_format()函数测试PCM设备是否支持某种格式，如下所示：

if (snd_pcm_hw_params_test_format(pcm_handle, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE)) {
	// 返回一个非零值 表示不支持该格式
}
else {
	// 返回 0 表示支持
}

调用snd_pcm_hw_params_set_channels()函数设置PCM设备的声道数，函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params_set_channels(snd_pcm_t *pcm,
		snd_pcm_hw_params_t *params,
		unsigned int val
);

参数val指定声道数量，val=2表示双声道，也就是立体声。函数调用成功返回0，失败返回小于0的错误码。

调用snd_pcm_hw_params_set_rate()设置采样率大小，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params_set_rate(snd_pcm_t *pcm,
		snd_pcm_hw_params_t *params,
		unsigned int val,
		int dir 
);

参数val指定采样率大小，譬如44100；参数dir用于控制方向，若dir=-1，则实际采样率小于参数val指定的值；dir=0表示实际采样率等于参数val；dir=1表示实际采样率大于参数val。函数调用成功返回0；失败将返回小于0的错误码。

调用snd_pcm_hw_params_set_period_size()函数设置周期大小，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params_set_period_size(snd_pcm_t *pcm,
		snd_pcm_hw_params_t *params,
		snd_pcm_uframes_t val,
		int dir
);

alsa-lib使用snd_pcm_uframes_t类型表示帧的数量；参数dir与snd_pcm_hw_params_set_rate()函数的dir参数意义相同。

调用snd_pcm_hw_params_set_buffer_size()函数设置buffer的大小，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params_set_buffer_size(snd_pcm_t *pcm,
		snd_pcm_hw_params_t *params,
		snd_pcm_uframes_t val
);

参数val指定buffer的大小，以帧为单位，通常buffer的大小是周期大小的整数倍；但函数snd_pcm_hw_params_set_buffer_size()是以帧为单位来表示buffer的大小，所以需要转换一下。函数调用成功返回0；失败返回一个小于0的错误码。

还可以调用snd_pcm_hw_params_set_periods()函数设置buffer大小，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params_set_periods(snd_pcm_t *pcm,
		snd_pcm_hw_params_t *params,
		unsigned int val,
		int dir
);

参数val指定了buffer的大小，该大小以周期为单位、并不是以帧为单位，注意区分！参数dir与snd_pcm_hw_params_set_rate()函数的dir参数意义相同。函数调用成功返回0；失败将返回一个小于0的错误码。

调用snd_pcm_hw_params()加载/安装配置、将配置参数写入硬件使其生效，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params(snd_pcm_t *pcm, snd_pcm_hw_params_t *params);

函数调用成功返回0，失败将返回一个小于0的错误码。

函数snd_pcm_hw_params()调用之后，其内部
会自动调用snd_pcm_prepare()函数，PCM设备的状态被更改为SND_PCM_STATE_PREPARED。

读/写数据

如果是PCM播放，则调用snd_pcm_writei()函数向播放缓冲区buffer中写入音频数据；如果是PCM录音，则调用snd_pcm_readi()函数从录音缓冲区buffer中读取数据，它们的函数原型如下所示：

snd_pcm_sframes_t snd_pcm_writei(snd_pcm_t *pcm,
		const void *buffer,
		snd_pcm_uframes_t size
);

snd_pcm_sframes_t snd_pcm_readi(snd_pcm_t *pcm,
		void *buffer,
		snd_pcm_uframes_t size
);

参数pcm为PCM设备的句柄；参数size指定写入数据的大小，以帧为单位。通常情况下，两个函数都是读/写一个周期。

要注意的是，这里的buffer是应用程序的缓冲区，会通过函数与驱动层的环形buffer进行交互！

snd_pcm_readi/snd_pcm_writei调用成功，返回实际读取/写入的帧数；调用失败将返回一个负数错误码。即使调用成功，实际读取/写入的帧数不一定等于参数size所指定的帧数，仅当发生信号或XRUN时，返回的帧数可能会小于参数size。

调用snd_pcm_open()打开设备时，若指定为阻塞方式，则调用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei以阻塞方
式进行读/写。若调用snd_pcm_open()打开设备时，指定为非阻塞方式，则调用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei以非阻
塞方式进行读/写。对于PCM录音来说，当buffer缓冲区中无数据可读时，调用snd_pcm_readi()不会阻塞、而是立即以错误形式返回；同理，对于PCM播放来说，当buffer缓冲区中的数据满时，调用snd_pcm_writei()函数也不会阻塞、而是立即以错误形式返回。

snd_pcm_readi/snd_pcm_writei适用于交错模式(interleaved)读/写数据，如果用户设置的访问类型并不是交错模式，而是非交错模式(non interleaved)，此时便不可再使用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei进行读写操作了，而需要使用snd_pcm_readn和snd_pcm_writen进行读写。

PCM播放示例代码

首先需要定义wav文件的解析结构体，有WAV_RIFF、WAV_FMT、WAV_DATA三个结构体。

之后需要定义snd_pcm_t结构体指针pcm，定义缓冲区大小buf_bytes，缓冲区指针void指针buf，文件描述符fd，snd_pcm_uframes_t结构体period_size定义周期大小为1024帧，最后定义periods指定周期数为4。

编写snd_pcm_init函数，先定义snd_pcm_hw_params_t结构体指针hwparams，然后通过snd_pcm_open打开PCM设备，通过snd_pcm_hw_params_malloc实例化定义的hwparams，之后snd_pcm_hw_params_any来获取PCM设备当前硬件配置；之后开始设置参数，通过snd_pcm_hw_params_set_access设置为交错模式(SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED)，snd_pcm_hw_params_set_format设置数据格式为16位小端(SND_PCM_FORMAT_S16_LE)，通过snd_pcm_hw_params_set_rate设置采样率为wav_fmt.SampleRate，之后通过snd_pcm_hw_params_set_channels为wav_fmt.NumChannels双声道，然后通过snd_pcm_hw_params_set_period_size设置周期为period_size，通过snd_pcm_hw_params_set_periods设置周期数，也就是驱动层buffer为periods，最后snd_pcm_hw_params使能配置，snd_pcm_hw_params_free释放hwparams配置信息，并设置buf_bytes为period_size*wav_fmt.BlockAlign。

编写open_wav_file函数，这里实例化wav相关结构体，然后open打开设备文件，并通过read读取wav_riff，通过strncmp来校验wav_riff.ChunkID是否为4，通过校验后read来读取wav_fmt，再次校验wav_fmt.Subchunk1ID是否为4；最后把wav_fmt的相关信息全部printf出来；之后通过lseek移动指针到sub-chunk-data，然后while判断read读的size是不是DATA_t的大小，为真则进入strncmp校验wav_data.Subchunk2ID是否为4，就return，如果不是那么lseek移动SEEK_CUR。(这个函数就是用来解析wav格式音频的，当成固有格式记录一下就好)。

main函数中，调用open_wav_file打开wav文件，然后snd_pcm_init初始化PCM设备，malloc为buf申请内存，然后进入for死循环播放：通过memset给buf清零，然后read打开音频，通过snd_pcm_writei写入数据，此时如果返回的ret

测试时，可以通过amixer配置声卡：

amixer -c STM32MP1DK cset name='PCM Playback Switch' 'on','on' // 打开左右声道 amixer -c STM32MP1DK cset name='PCM Playback Volume' '85','85' // 设置播放音量 amixer -c STM32MP1DK cset name='Analog Playback Volume' '204','204' // 模拟信号播放音量 amixer -c STM32MP1DK cset name='PCM channel mixer' 'L R' //

PCM录音示例代码

同样先定义PCM相关参数，snd_pcm_t结构体指针pcm，定义好snd_pcm_uframes_t变量period_size指定周期大小为1024，int periods指定周期数为4，再定义rate为44100作为采样率。

编写snd_pcm_init函数，需要定义snd_pcm_hw_params_t结构体指针hwparams，之后snd_pcm_open打开PCM设备，然后snd_pcm_hw_params_malloc实例化hwparams，之后的配置跟上面的示例是一样的。

main函数中，同样，snd_pcm_init初始化PCM设备，然后定义好buf_bytes并malloc分配buf，之后open新建文件，进入for死循环录音：通过snd_pcm_readi读取PCM数据，读一个周期，然后write写入新建的文件中。

测试时，同样amixer配置声卡：

amixer -c STM32MP1DK cset name='PGA-ADC Mux Left' '3' amixer -c STM32MP1DK cset name='PGA-ADC Mux Right' '3' amixer -c STM32MP1DK cset name='Mic Boost Volume' '1','1'

这里因为涉及录音，需要运行后对着麦克风说话，如下：

之后播放可以直接用aplay命令播放：

aplay -f cd cap.wav

使用异步方法

只需要通过异步处理函数即可。

snd_async_add_pcm_handler()函数

alsa-lib提供了snd_async_add_pcm_handler()函数用于注册异步处理函数，其实只需要通过这个函数注册一个异步处理函数即可，其函数原型如下所示：

int snd_async_add_pcm_handler(snd_async_handler_t **handler,
		snd_pcm_t *pcm,
		snd_async_callback_t callback,
		void *private_data
);

需要传入4个参数：

• handler：参数snd_async_handler_t用于描述一个异步处理，所以一个snd_async_handler_t对象表示一个异步处理对象；调用snd_async_add_pcm_handler()函数会实例化一个snd_async_handler_t对象，并将对象的指针(指针作为异步处理对象的句柄)通过*handler 返回出来。
• pcm：pcm设备的句柄。
• callback：异步处理函数(或者叫回调函数)，snd_async_callback_t函数指针如下所示：

typedef void(*snd_async_callback_t)(snd_async_handler_t *handler)

handler就是异步处理对象的句柄。

• private_data：传递给异步处理函数的私有数据，私有数据的数据类型，可以由用户自己定义，调用snd_async_add_pcm_handler()函数时，参数private_date指向私有数据对象。在异步处理函数中便可以获取到私有数据，调用snd_async_handler_get_callback_private()函数即可，如下所示：

struct my_private_data *data = snd_async_handler_get_callback_private(handler);

调用该函数之后，用户传入的PCM设备将会与异步处理对象关联起来，在异步处理函数callback中可以通过异步处理对象的句柄获取到PCM设备的句柄，通过snd_async_handler_get_pcm()获取，如下所示：

snd_pcm_t *pcm_handle = snd_async_handler_get_pcm(handler);

实现异步I/O，应用程序通常需要完成这三件事情：

• 使能异步I/O；
• 设置异步I/O的所有者；
• 注册信号处理函数(譬如SIGIO信号或其它实时信号)。

示例如下：

static void snd_playback_async_callback(snd_async_handler_t *handler)
{
 	snd_pcm_t *handle = snd_async_handler_get_pcm(handler);//获取 PCM 句柄
......
}

int main(void)
{
	......
	snd_async_handler_t *async_handler = NULL;
	/* 注册异步处理函数 */
	ret = snd_async_add_pcm_handler(&async_handler, pcm, snd_playback_async_callback, NULL);
	if (0 > ret)
		fprintf(stderr, "snd_async_add_pcm_handler error: %s\n", snd_strerror(ret));
	......
}

调用snd_async_add_pcm_handler()注册了异步回调函数snd_playback_async_callback()，当环形缓冲区有空闲的周期可填充数据时(以播放为例)，音频设备驱动程序会向应用程序发送信号(SIGIO)，接着应用程序便会跳转到snd_playback_async_callback()函数执行。而对于录音来说，当环形缓冲区中有数据可读时(譬如音频设备已经录制了一个周期、并将数据写入到了环形缓冲区)，驱动程序便会向应用程序发送信号，接着应用程序跳转到回调函数执行。

snd_pcm_avail_update()函数

在录音情况下，应用程序调用snd_pcm_avail_update()函数用于获取当前可读取的帧数；在播放情况下，应用程序调用该函数用于获取当前可写入的帧数。原型如下：

snd_pcm_sframes_t snd_pcm_avail_update(snd_pcm_t *pcm);

PCM异步播放示例

这里与上面示例的区别如下：

需要编写snd_playback_async_callback函数，里面需要定义snd_pcm_t结构体指针handle，通过snd_async_handler_get_pcm获取PCM句柄传入handle，然后定义snd_pcm_sframes_t结构体avail，通过snd_pcm_avail_update读取到avail获取环形缓冲区待填充帧数据；之后while判断avail>=period_size，为真就可以写入一个周期，memset清零buf然后read，通过snd_pcm_write写入handle；如果不满足，说明实际写入帧数小于指定帧数，就需要lseek将读位置向后移动(往回移)(period_size-ret)*frame_bytes个字节，然后再次snd_pcm_avail_update获取更新avail。

snd_pcm_init函数是一样的初始化配置，里面就是先要定义snd_async_handler_t结构体指针async_handler，最后要通过snd_async_add_pcm_handler注册异步处理函数。

open_wav_file函数是一样的。

main函数中，初始化和打开wav一样是调用open_wav_file和snd_pcm_init，并malloc申请buf；之后需要调用snd_pcm_avail_update获取avail，当avail大于一个周期，就memset清零buf然后read，通过snd_pcm_writei写入数据到环形缓冲区；如果实际写入小于一个周期，同样lseek将读位置向后移动(往回移)(period_size-ret)*frame_bytes个字节，然后再次snd_pcm_avail_update获取avail。最后进入for死循环就可以了。

PCM异步录音示例

同样只写一下区别部分：

编写snd_capture_async_callback函数，定义snd_pcm_t结构体指针handle，调用snd_async_handler_get_pcm获取传入handle，然后定义snd_pcm_sframes_t结构体avail；之后调用snd_pcm_avail_update传入avail检查有多少帧可读，之后while循环判断avail>=period_size判断，每次读取一个周期，为真则调用snd_pcm_readi读取一个周期的PCM数据，然后write写入文件中，之后再次snd_pcm_avail_update更新avail。

snd_pcm_init是类似的，只要加一个snd_async_handler_t结构体指针async_handler，然后在最后面调用snd_async_add_pcm_handler注册异步处理函数就可以了。

main函数中，同样的先初始化然后申请缓冲，open新建文件，然后snd_pcm_start开始录音，之后进入for死循环就可以了。

使用poll()函数

学习如何使用poll I/O多路复用来实现读写数据。

使用poll I/O多路复用实现读写

获取计数

snd_pcm_poll_descriptors_count()用于获取PCM句柄的轮询描述符计数，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_poll_descriptors_count(snd_pcm_t *pcm);

分配struct pollfd对象

为每一个轮询描述符分配一个struct pollfd对象，如下：

struct pollfd *pfds = NULL;
int count;

/* 获取 PCM 句柄的轮询描述符计数 */
count = snd_pcm_poll_descriptors_count(pcm);
if (0 >= count) {
	fprintf(stderr, "Invalid poll descriptors count\n");
	return -1;
}

/* 分配内存 */
pfds = calloc(count, sizeof(struct pollfd));
if (NULL == pfds) {
	perror("calloc error");
	return -1;
}

填充struct pollfd

调用snd_pcm_poll_descriptors()函数对struct pollfd对象进行填充(初始化)，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_poll_descriptors(
	snd_pcm_t *pcm,
	struct pollfd *pfds,
	unsigned int space
);

参数space表示pfds数组中的元素个数。

poll监听+获取事件

调用poll()函数来监视PCM设备是否有数据可读或可写，当有数据可读或可写时，poll()函数返回，此时可以调用snd_pcm_poll_descriptors_revents()函数获取文件描述符中返回的事件类型，并与poll的events标志进行比较，以确定是否可读或可写，snd_pcm_poll_descriptors_revents()函数原型如下所示：

nt snd_pcm_poll_descriptors_revents(
	snd_pcm_t *pcm,
	struct pollfd *pfds,
	unsigned int nfds,
	unsigned short *revents
);

参数nfds表示pfds数组中元素的个数，调用该函数获取文件描述符中返回的事件，通过参数revents返回出来；注意，不要直接读取struct pollfd对象中的revents成员变量，因为 snd_pcm_poll_descriptors_revents()函数会对poll()系统调用返回的revents掩码进行“分解”以纠正语义(POLLIN = 读取，POLLOUT = 写入)。

示例如下：

for ( ; ; ) {
	ret = poll(pfds, count, -1);//调用 poll
	if (0 > ret) {
		perror("poll error");
		return -1;
	}

	ret = snd_pcm_poll_descriptors_revents(pcm, pfds, count, &revents);
	if (0 > ret)
		return -1;
	if (revents & POLLERR) //发生 I/O 错误
		return -1;
	if (revents & POLLIN) {//表示可读取数据
		// 从 PCM 设备读取数据
	}
	if (revents & POLLOUT) {//表示可写入数据
		// 将数据写入 PCM 设备
	}
}

PCM播放示例

这里还是只列出区别之处：

需要定义pollfd结构体指针pfds。

snd_pcm_init与一开始的实验是一样的。

open_wav_file是一样的。

编写snd_pcm_poll_init函数，通过snd_pcm_poll_descriptors_count获取PCM句柄轮询的描述符个数传入count，然后calloc给pfds分配内存，snd_pcm_poll_descriptors填充pfds。

main函数中，同样要定义snd_pcm_sframes_t结构体变量avail，先调用open_wav_file打开wav音频，snd_pcm_init初始化PCM设备，malloc给buf申请内存，然后调用snd_pcm_poll_init初始化多路I/O复用，之后进入for死循环：调用poll，然后snd_pcm_poll_descriptors_revents获取事件，这里是写入，所以事件为revents&POLLOUT，如果为真，则snd_pcm_avail_update传给avail获取待填充数据，然后while判断avail>=period_size按周期写入数据，memset清零buf后read文件，再调用snd_pcm_writei写入pcm设备；不满一个周期，就lseek重新定位读指针(与之前是一样的)，然后snd_pcm_avail_update更新avail。

PCM录音示例

定义pollfd结构体指针pfds。

snd_pcm_init是一样的。

编写snd_pcm_poll_init函数，这个跟播放是一样的。

main函数中，同样先snd_pcm_init，然后malloc申请buf内存，open新建文件后，调用snd_pcm_poll_init初始化，然后snd_pcm_start开始录音，进入for死循环：调用poll函数，然后snd_pcm_poll_descriptors_revents，这里是录音所以是读数据，事件为revents&POLLIN，然后就是snd_pcm_avail_update获取给到avail，检查可读的数据长度，然后while判断avail>=period_size来按照周期读取，为真则snd_pcm_readi读取一个周期数据，然后write写入文件，最后snd_pcm_avail_update更新avail。

PCM设备状态

alsa-lib提供了函数snd_pcm_state()用于获取PCM设备当前的状态，其函数原型如下所示：

snd_pcm_state_t snd_pcm_state(snd_pcm_t *pcm);

返回值是一个snd_pcm_state_t类型的变量，snd_pcm_state_t其实是一个枚举类型，描述了PCM所有状态。

SND_PCM_STATE_OPEN表示PCM设备处于打开状态，譬如当调用snd_pcm_open()后，PCM设备就处于该状态。

SND_PCM_STATE_SETUP表示设备已经初始化完成了，参数已经配置好了。

SND_PCM_STATE_PREPARED表示设备已经准备好了，可以开始播放了、可以开始录音了。当应用程序调用snd_pcm_hw_params() 函数之后，设备就处于SND_PCM_STATE_PREPARED状态。应用程序中，可以调用snd_pcm_prepare()函数使设备处于SND_PCM_STATE_PREPARED状态，该函数原型如下所示：

int snd_pcm_prepare(snd_pcm_t *pcm);

调用成功返回0，失败将返回一个负数错误码。

SND_PCM_STATE_RUNNING表示设备正在运行，譬如正在播放、正在录音。可以调用snd_pcm_start()函数以启动PCM设备，启动成功之后，设备开始播放或采集，此时设备处于SND_PCM_STATE_RUNNING状态。此外，当设备处于SND_PCM_STATE_PREPARED状态时，应用程序调用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei进行读写数据时，这些函数内部会自动调用snd_pcm_start()函数。当设备处于运行状态时，应用程序可调用snd_pcm_drop()或snd_pcm_drain()函数使设备停止运行，譬如
停止播放、停止音频采集；它们的函数原型如下所示：

int snd_pcm_drain(snd_pcm_t *pcm);
int snd_pcm_drop(snd_pcm_t *pcm);

函数调用成功返回0；失败返回负值错误码。snd_pcm_drop()函数将立即停止PCM，丢弃挂起的帧；而snd_pcm_drain会处理完挂起的帧后再停止PCM。此时，设备回到SND_PCM_STATE_SETUP状态。

当发生XRUN时，设备会处于SND_PCM_STATE_XRUN状态，当处于SND_PCM_STATE_XRUN状态时，应用程序可以调用snd_pcm_prepare()使设备恢复，使其回到SND_PCM_STATE_PREPARED状态。

SND_PCM_STATE_DRAINING，这个不是很清楚。

SND_PCM_STATE_PAUSED表示设备处于暂停状态。当设备正在运行时(也就是处于SND_PCM_STATE_RUNNING状态)，应用程序调用snd_pcm_pause()函数可让设备暂停，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_pause(snd_pcm_t *pcm, int enable);

参数enable等于1，表示使设备暂停；enable等于0表示使设备恢复运行。调用成功返回0；失败返回一个负值错误码。当然，也不是所有设备都可以暂停，需要通过snd_pcm_hw_params_can_pause()函数来判断设备是否支持暂停，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params_can_pause(const snd_pcm_hw_params_t *params);

函数返回1表示硬件支持暂停；返回0表示硬件不支持暂停。

SND_PCM_STATE_SUSPENDED表示硬件已经挂起suspended，如果硬件发生了挂起，应用程序可以调用snd_pcm_resume()函数
从挂起中恢复，并确保不会丢失样本数据(精细恢复)。原型如下所示：

int snd_pcm_resume(snd_pcm_t *pcm);

函数调用成功返回0；失败返回一个负值错误码。当然，并非所有硬件都支持此功能，可以调用snd_pcm_hw_params_can_resume()函数判断硬件是否支持从挂起中恢复，其函数原型如下所示：

int snd_pcm_hw_params_can_resume(const snd_pcm_hw_params_t *params);

函数调用返回1表示支持，返回0表示不支持。

SND_PCM_STATE_DISCONNECTED表示硬件已经断开连接。

状态之间的切换如下所示：

PCM播放——加入状态控制

这里加入播放过程控制，可使用空格控制暂停和恢复播放。

这里需要加上一个termios结构体变量old_cfg，static类型来保存终端当前配置。

编写snd_playback_async_callback函数，这个是一样的。

编写snd_pcm_init函数，这个跟之前的异步版本也是一样的。

open_wav_file这个跟之前也是一样的。

main函数中，需要定义termios结构体变量new_cfg，sigset_t类型的sset。先要屏蔽SIGIO信号，sigemptyset传入sset信号集，然后sigaddset加入SIGIO再调用sigprocmask传入SIG_BLOCK；之后open_wav_file，snd_pcm_init并malloc分配buf；之后配置终端，tcgetattr传入STDIN_FILENO获取终端，然后memcpy把new_cfg传到old_cfg备份一下，之后设置new_cfg的c_lflag变量一次&=~ICANON和ECHO来设置非规范终端并禁止回显，之后tcsetattr是的new_cfg生效；播放的代码是一样的，snd_pcm_avail_update获取avail之后按照周期写入；之后需要sigprocmask取消SIGIO屏蔽，进入for死循环：getchar获取输入的字符并通过switch判断，如果是空格，就去switch判断pcm当前状态(snd_pcm_state来获取)，SND_PCM_STATE_PAUSED就是snd_pcm_pause恢复运行；SND_PCM_STATE_RUNNING就是snd_pcm_pause暂停运行。

这里要注意，MP157开发板的CS42L51硬件不支持pause功能，需要进行如下修改：switch判断pcm状态，如果是SND_PCM_STATE_SETUP，那就调用snd_pcm_prepare恢复状态；如果是SMD_PCM_STATE_RUNNING，就调用snd_pcm_drop停止播放。

snd_pcm_readi/snd_pcm_writei错误处理

当snd_pcm_readi/snd_pcm_writei调用出错时，会返回一个小于0的错误码，可调用snd_strerror()函数获取对应的错误描述信息。

当返回值等于-EBADFD，表示PCM设备的状态不对，因为执行snd_pcm_readi/snd_pcm_writei读取/写
入数据需要PCM设备处于SND_PCM_STATE_PREPARED或SND_PCM_STATE_RUNNING状态。

当返回值等于-EPIPE，表示发生了XRUN，可以根据自己的实际需要进行处理，譬如调用snd_pcm_drop()停止PCM设备，或者调用snd_pcm_prepare()使设备恢复进入准备状态。

当返回值等于-ESTRPIPE，表示硬件发生了挂起，此时PCM设备处于SND_PCM_STATE_SUSPENDED状态，譬如可以调用snd_pcm_resume()函数从挂起中精确恢复，如果硬件不支持，还可调用snd_pcm_prepare()函数使设备进入准备状态，或者执行其它的处理，根据应用需求的进行相应的处理。

混音器设置

混音器相关的接口在alsa-lib的Mixer Interface模块中有介绍。

打开混音器

调用snd_mixer_open()函数打开一个空的混音器，其函数原型如下所示：

int snd_mixer_open(snd_mixer_t **mixerp, int mode);

snd_mixer_t数据结构描述混音器，调用snd_mixer_open()函数会实例化一个snd_mixer_t对象，并将对象的指针(混音器的句柄)通过mixerp返回出来。参数mode指定了打开模式，通常设置为0使用默认模式即可。函数调用成功返回0；失败返回一个小于0的错误码。

Attach关联设备

调用snd_mixer_attach()函数进行关联声卡控制设备，其函数原型如下所示：

int snd_mixer_attach(snd_mixer_t *mixer, const char *name);

参数mixer对应的是混音器的句柄，参数name指定了声卡控制设备的名字，同样这里使用的也是逻辑设备名，而非设备节点的名字，命名方式为"hw:i"，i表示声卡的卡号，通常一个声卡对应一个控制设备。函数调用成功返回0；失败返回一个小于0的错误码。

注册

调用snd_mixer_selem_register()函数注册混音器，其函数原型如下所示：

int snd_mixer_selem_register(
	snd_mixer_t *mixer,
	struct snd_mixer_selem_regopt *options,
	snd_mixer_class_t **classp);

参数options和参数classp直接设置为NULL即可。函数调用成功返回0；失败返回一个小于0的错误码。

加载

最后需要加载混音器，调用snd_mixer_load()函数完成加载，函数原型如下所示：

int snd_mixer_load(snd_mixer_t * mixer);

函数调用成功返回0；失败返回小于0的错误码。

查找元素

alsa-lib中把混音器的配置项称为元素(element)。

alsa-lib使用数据结构snd_mixer_elem_t来描述一个元素。混音器有很多的元素(很多配置项)，通过snd_mixer_first_elem()函数可以找到混音器的第一个元素，其函数原型如下所示：

snd_mixer_elem_t *snd_mixer_first_elem(snd_mixer_t *mixer);

通过snd_mixer_last_elem()函数可找到混音器的最后一个元素，如下：

snd_mixer_elem_t *snd_mixer_last_elem(snd_mixer_t *mixer);

调用snd_mixer_elem_next()和snd_mixer_elem_prev()函数可获取指定元素的下一个元素和上一个元素：

snd_mixer_elem_t *snd_mixer_elem_next(snd_mixer_elem_t *elem);
snd_mixer_elem_t *snd_mixer_elem_prev(snd_mixer_elem_t *elem);

遍历如下所示：

snd_mixer_elem_t *elem = NULL;

elem = snd_mixer_first_elem(mixer);//找到第一个元素
while (elem) {
	......
	......
	snd_mixer_elem_next(elem); //找到下一个元素
}

调用snd_mixer_selem_get_name()函数可获取指定元素的名字，如下所示：

const char *snd_mixer_selem_get_name(snd_mixer_elem_t *elem);

获取/更改元素

有两种配置值：第一种它的配置值是在一个范围内的数值，譬如音量大小的调节；另一种则是bool类型，用于控制开启或关闭，譬如0表示关闭配置、1表示使能配置。

可以调用snd_mixer_selem_has_playback_volume或snd_mixer_selem_has_capture_volume函数来判断一个指定元素的配置值是否是volume类型，也就是上文的第一种类型。函数原型如下所示：

int snd_mixer_selem_has_playback_volume(snd_mixer_elem_t *elem);
int snd_mixer_selem_has_capture_volume(snd_mixer_elem_t *elem);

函数返回0表示不是volume类型；返回1表示是volume类型。

调用snd_mixer_selem_has_playback_switch和snd_mixer_selem_has_capture_switch函数判断一个指定元素的配置值是否是switch类型，也就是上面说的第二种情况。函数原型如下所示：

int snd_mixer_selem_has_playback_switch(snd_mixer_elem_t *elem);
int snd_mixer_selem_has_capture_switch(snd_mixer_elem_t *elem);

函数返回0表示不是switch类型；返回1表示是switch类型。

通过snd_mixer_selem_has_playback_channel或snd_mixer_selem_has_capture_channel函数可判断指定元素是否包含指定通道，其函数原型如下所示：

int snd_mixer_selem_has_playback_channel(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	snd_mixer_selem_channel_id_t channel
);
int snd_mixer_selem_has_capture_channel(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	snd_mixer_selem_channel_id_t channel
);

参数channel用于指定一个通道，snd_mixer_selem_channel_id_t是一个枚举类型。如果元素是双声道元素，通常只包含左前(SND_MIXER_SCHN_FRONT_LEFT)和右前(SND_MIXER_SCHN_FRONT_RIGHT)两个声道。如果是单声道设备，通常只包含SND_MIXER_SCHN_MONO，其数值等于SND_MIXER_SCHN_FRONT_LEFT。

可以调用snd_mixer_selem_is_playback_mono或snd_mixer_selem_is_capture_mono函数判断一个指定的元素是否是单声道元素，其函数原型如下所示：

int snd_mixer_selem_is_playback_mono(snd_mixer_elem_t *elem);
int snd_mixer_selem_is_capture_mono(snd_mixer_elem_t *elem);

调用snd_mixer_selem_get_playback_volume或snd_mixer_selem_get_capture_volume获取指定元素的音量大小，其函数原型如下所示：

int snd_mixer_selem_get_playback_volume(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	snd_mixer_selem_channel_id_t channel,
	long *value
);
int snd_mixer_selem_get_capture_volume(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	snd_mixer_selem_channel_id_t channel,
	long *value
);

参数elem指定对应的元素，参数channel指定该元素的某个声道。调用snd_mixer_selem_get_playback_volume()函数可获取elem元素的channel声道对应的音量大小，并将获取到的音量值通过value返回出来。函数调用成功返回0，失败返回一个小于0的错误码。

调用snd_mixer_selem_set_playback_volume或snd_mixer_selem_set_capture_volume设置指定元素的音量值，其函数原型如下所示：

int snd_mixer_selem_set_playback_volume(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	snd_mixer_selem_channel_id_t channel,
	long value
);
int snd_mixer_selem_set_capture_volume(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	snd_mixer_selem_channel_id_t channel,
	long value
);

参数elem指定元素、参数channel指定该元素的某个声道，参数value指定音量值。

调用snd_mixer_selem_set_playback_volume_all或snd_mixer_selem_set_capture_volume_all可一次性设置指定元素所有声道的音量，函数原型如下所示：

int snd_mixer_selem_set_playback_volume_all(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	long value 
);
int snd_mixer_selem_set_capture_volume_all(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	long value 
);

调用snd_mixer_selem_get_playback_volume_range或snd_mixer_selem_get_capture_volume_range获取指定元素的音量范围，其函数原型如下所示：

int snd_mixer_selem_get_playback_volume_range(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	long *min,
	long *max
);
int snd_mixer_selem_get_capture_volume_range(
	snd_mixer_elem_t *elem,
	long *min,
	long *max
);

示例程序

需要额外定义snd_mixer_t指针mixer，snd_mixer_elem_t指针play_back_vol_elem，定义termios结构体变量old_cfg，int类型alsa_can_pause。

编写snd_pcm_fill_buf函数，这个就是把之前按周期填充数据写成了一个函数。

编写snd_pyalback_async_callback函数，里面就是调用snd_pcm_fill_buf函数。

编写snd_pcm_init函数，这个就是之前的异步初始化。

编写snd_mixer_init函数，定义snd_mixer_emel_t指针elem，char指针elem_name，以及minvol和maxvol；调用snd_mixer_open打开混音器，然后snd_mixer_attach关联声卡，snd_mixer_selem_register注册混音器，snd_mixer_load加载混音器，snd_mixer_first_elem找到第一个元素后通过while来遍历：调用snd_mixer_selem_get_name获取元素名称存入elem_name，然后strcmp比对elem_name是否为PCM，然后调用snd_mixer_selem_has_playback_volume判断是否为音量控制元素，之后通过snd_mixer_selem_get_playback_volume_range获取设置范围并通过snd_mixer_selem_set_playback_volume_all设置；如果是elem_name为Analog，一样按照上面来一遍设置音量；最后elem通过snd_mixer_elem_next获取下一个完成遍历。

open_wav_file是一样的。

main函数中，同样先屏蔽SIGIO信号，然后open_wav_file，snd_pcm_init初始化PCM，之后调用snd_mixer_init初始化混音器，malloc分配buf，然后进行终端配置并调用snd_pcm_fill_buf播放，之后取消SIGIO屏蔽，进入for死循环：getchar获取输入的字符之后，空格还是一样来完成状态切换；如果是w那就是增加音量，调用snd_mixer_selem_get_playback_volume获取后通过snd_mixer_selem_set_playback_volume_all设置；s就是音量降低，代码是类似的。

回环测试例程

alsa-utils提供了一个用于回环测试的工具alsaloop，可以实现边录音、边播放。执行"alsaloop --help"可以查看alsaloop测试程序的使用帮助信息；直接运行"alsaloop -C hw:0,1 -t 1000"可以进行测试。

总结

ALSA插件

ALSA提供了一些PCM插件，以扩展PCM设备的功能和特性，插件负责各种样本转换、通道之间的样本复制等。

这些插件，可以直接去看教程的讲解，也可以去alsa的官网找文档。

学习总结

这一章的内容很多，主要就是Linux音频控制的各种API的学习，回头好好看看这一章的API总结，然后看看正点原子给的源代码，熟悉一下流程。