“ALSA overview”的版本间的差异

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本文提供有关高级Linux声音体系结构（ALSA）的信息，该体系结构为Linux操作系统提供音频功能。
  
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==Purpose==
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[[Category:Audio]]
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本文的目的是介绍ALSA框架。
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ALSA框架为Linux提供了全面的音频功能，包括音频流的录制和播放，模拟或数字格式，以及路由和混合功能。
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ALSA还支持音频中间件，如 [[PulseAudio]], [[GStreamer overview|Gstreamer]]或Android。
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== System overview==
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===Component descriptions===
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*'''alsa-utils''' (用户空间)
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Linux社区提供的ALSA实用程序包包含用于ALSA项目的命令行实用程序(aplay, arecord, amixer, alsamixer ...). 这些工具对于控制声卡很有用。 它们还提供了用于应用程序实现的ALSA API使用示例。
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*'''alsa-lib''' (User space)
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ALSA库软件包包含需要访问ALSA声音接口的程序 (例如alsa-utils程序) 使用的ALSA库。ALSA库在内核模块提供的音频设备上提供了一个抽象级别，例如PCM和控制抽象。
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*'''ALSA framework''' (Kernel space)
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ALSA内核提供了一个API，用于实现音频驱动程序和PCM /控制接口，以在用户区公开音频设备。
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PCM接口处理数据流和控制。 该界面管理由ALSA驱动程序导出的控件（音频路径，音量...）。
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*'''ASoC framework (ALSA System On Chip)''' (Kernel space)
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ALSA片上系统（ASoC）层的作用<ref>[https://www.kernel.org/doc/html/latest/sound/soc/index.html ASoC layer documentation]</ref>是为了改进 ALSA支持嵌入式片上系统处理器和音频编解码器。 ASoC框架提供了一个DMA引擎，该引擎与DMA框架接口以处理音频样本的传输。ASoC还通过DAPM驱动程序支持音频路径的动态电源管理。 ASoC充当ALSA驱动程序，它将嵌入式音频系统分为三种与平台无关的驱动程序：CPU DAI，编解码器和机器驱动程序。
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*'''ASoC drivers''' (Kernel space)
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ASoC驱动程序允许为ASoC驱动程序类实现与硬件相关的代码：
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:* Codec drivers:
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::这些驱动程序是后端音频组件的驱动程序。 （请参阅下面的编解码器外围设备）
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:* CPU DAI drivers:
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::每个STM32音频外设都有一个特定的CPU DAI驱动程序（请参阅下面的CPU DAI外围设备） 每个CPU DAI至少支持以下协议之一：I2S，PCM或S / PDIF。
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:* Machine drivers:
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::机器驱动程序将CPU DAI和编解码器驱动程序描述并绑定在一起，以创建DAI链接和ALSA声卡。 ASoC框架提供了一种机器驱动程序，用于实现称为“ audio-graph-card”<ref name="Audio graph card bindings">{{CodeSource | Linux kernel | Documentation/devicetree/bindings/sound/audio-graph-card.txt}}</ref><ref name="Device graph bindings">{{CodeSource | Linux kernel | Documentation/devicetree/bindings/graph.txt}}</ref>. 该通用机器驱动程序用于STM32 MPU声卡。
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下面的示意图说明了ASoC声卡的总体布局。 请参阅 [[Soundcard configuration|soundcard configuration]] 以查看STM32 MPU板的声卡实现示例。
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[[File:asoc_generic_soundcard.png|link=]]
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*'''CPU DAI外围设备''' (硬件)
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:ST微处理器外围设备提供CPU音频接口。 音频内部外围设备列表可在[[:Category:Audio peripherals|Audio peripherals section]]中找到。
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*'''编解码器外围设备''' (硬件)
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:编解码器外设是外部（无CPU）硬件音频I / O设备 (即音频编解码器IC，数字麦克风，放大器，简单的IO连接器...).
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===API descriptions===
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* '''用户空间接口:'''
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:ALSA库参考<ref>[http://www.alsa-project.org/alsa-doc/alsa-lib/ ALSA library API]</ref> 记录了userland API库。
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* '''内核驱动程序接口:'''
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:ALSA内核文档 <ref>[https://www.kernel.org/doc/html/latest/sound/kernel-api/index.html ALSA and ASoC driver API documentation]</ref> 记录了ASOC和ALSA驱动程序API。
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==Configuration==
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*'''内核配置'''
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如下所示，必须在内核配置中启用ALSA / ASoC和音频图形卡，以启用声音支持。最重要的是，用户必须根据所选的硬件激活CPU和编解码器驱动程序。 用户可以使用Linux [[Menuconfig or how to configure kernel | Menuconfig tool]] 以选择所需的驱动程序：
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[*] Device Drivers
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    [*] Sound card support
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        [*] Advanced Linux Sound Architecture
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            [*] ALSA for SoC audio support
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                STMicroelectronics STM32 SOC audio support
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            [ ] STM32 SAI interface (Serial Audio Interface) support
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            [ ] STM32 I2S interface (SPI/I2S block) support
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            [ ] STM32 S/PDIF receiver (SPDIFRX) support
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                CODEC drivers
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            [ ] ...
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                [*] ASoC Audio Graph sound card support
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</pre>
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*'''设备树配置'''
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通过 [[Device tree|device tree]]中的声卡配置来配置音频子系统。[[Soundcard configuration|soundcard configuration]] 文章描述了各种板上可用于STM32MPU的声卡。 本文详细介绍了如何配置用于实现声卡的[[:Category:Audio peripherals|audio peripherals]]。
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==How to use==
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alsa-utils pakage提供了一组实用程序来管理Linux内核中的音频设备：[https://linux.die.net/man/1/aplay aplay], [https://linux.die.net/man/1/arecord arecord], [https://linux.die.net/man/1/amixer amixer], [https://linux.die.net/man/1/iecset iecset] 和 [https://linux.die.net/man/1/alsactl alsactl]。这些实用程序的概述如下：
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=== Playback ===
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*列出播放设备
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'''Board $>''' aplay -l
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*在卡[X]设备[Y]上播放wav文件
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'''Board $>''' aplay -D hw:[X],[Y] <filename.wav>
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*在卡[X]设备[Y]上播放wav文件或生成的信号
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'''Board $>''' speaker-test -D hw:[X],[Y]
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请参阅[[How to play audio]] 一文，以查找STM32MPU板上的回放用例示例。
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=== Record ===
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*列出记录设备
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'''Board $>''' arecord -l
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*从卡[X]设备[Y]捕获音频
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'''Board $>''' arecord -D hw:[X],[Y] -f dat <filename.wav>
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请参阅 [[How to record audio]] 文章，查找STM32MPU主板的录制用例示例。
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=== Controls ===
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*列表卡[X]控件
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'''Board $>''' amixer -c [X] controls
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*将卡[X]的控件[Y]设置为[Z]
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'''Board $>''' amixer -c [X] cset name='[Y]' '[Z]'
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*存储声卡[X]控制状态
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'''Board $>''' alsactl store [X]
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*恢复声卡[ x ]控件状态
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'''Board $>''' alsactl restore [X]
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请参阅[ [[Soundcard configuration]] 文章，以找到STM32MPU板的控制配置示例。
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=== IEC controls ===
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*列出iec958参数
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'''Board $>''' iecset -h
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*将卡[X] iec958参数[Y]设置为值[Z]
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'''Board $>''' iecset -c [X] cset [Y] [Z]
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*转储卡[X] iec958值
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'''Board $>''' iecset -c [X] -x
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==How to trace and debug the framework==
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本章介绍了可用于调试和监视音频框架和驱动程序的工具。 它是 [[Linux_tracing,_monitoring_and_debugging]] 文章的扩展。
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=== How to monitor ===
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本节介绍ALSA框架监视方法。 有关更多信息，请参阅[[:Category:Linux monitoring tools|Linux monitoring tools]]文章。
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==== Procfs filesystem ====
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ALSA'''asound'''目录<ref>[https://www.kernel.org/doc/html/latest/sound/designs/procfile.html ALSA proc files]</ref> 在 [[Pseudo_filesystem|procfs]] 文件系统中， 提供了大量有关声卡的信息。 PCM proc文件提供有用的PCM子流调试信息，例如硬件/软件参数，流状态和缓冲区信息。
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示例：
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:* 列出PCM音频设备：
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'''Board $>''' cat /proc/{{highlight|asound}}/pcm
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:* 获取PCM音频设备的硬件参数(此处为卡0的设备0)：
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<div style="margin-left: 2em;">
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'''Board $>''' cat /proc/{{highlight|asound}}/card0/pcm0p/sub0/hw_params
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</div>
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==== Debugfs filesystem ====
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[[Debugfs|debugfs]]文件系统中的'''asoc'''目录提供有关声卡组件的信息。
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示例：
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:* List DAIs
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<div style="margin-left: 2em;">
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'''Board $>''' cat /sys/kernel/debug/{{highlight|asoc}}/dais
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</div>
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:* 列出 "xxx.audio-controller"声卡的 "{{highlight|STM32MP1-EV}}" CPU DAI的DAPM
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<div style="margin-left: 2em;">
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'''Board $>''' ls /sys/kernel/debug/{{highlight|asoc}}/{{highlight|STM32MP1-EV}}/xxx.audio-controller/dapm
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</div>
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=== How to trace ===
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本节介绍了ALSA框架的跟踪方法。参见 [[:Category:Linux_tracing_tools|Linux_tracing_tools]] 文章将进一步。
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==== Dynamic traces ====
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可以使用 [[How_to_use_the_kernel_dynamic_debug|dynamic debug]] 机制将ALSA框架和驱动程序调试跟踪添加到内核日志中。
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* 示例：启动SAI Linux驱动的动态跟踪，并将跟踪打印到控制台：
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'''Board $>''' echo -n 'file stm32_sai.c +p; file stm32_sai_sub.c +p' > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control;
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'''Board $>''' dmesg -n8;
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==== Tracing filesystem ====
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Linux内核提供了 [[Pseudo_filesystem|tracefs]] 文件系统，并随Linux内核跟踪框架一起提供。 ALSA和ASoC在此跟踪文件系统中具有自己的跟踪点：
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* ASoC的'''asoc''' 条目提供了DAPM，插孔和偏置电平跟踪点。<ref name="tracepoints">{{CodeSource | Linux kernel | Documentation/trace/tracepoint-analysis.rst}}</ref>
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* ALSA的'''snd_pcm'''条目，提供了PCM缓冲区和PCM硬件参数跟踪点<ref name="tracepoints"></ref><ref name="tracepoints_pcm">[https://www.kernel.org/doc/html/latest/sound/designs/tracepoints.html ALSA tracepoints]</ref>.
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===== Activate DAPM traces =====
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先决条件：必须首先在 [[Menuconfig or how to configure kernel | Linux kernel configuration]]中启用CONFIG_FUNCTION_TRACER配置
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* 启用追踪<ref name="tracepoints"></ref>
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'''Board $>''' echo '1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/{{highlight|asoc}}/enable
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* 检查日志:
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'''Board $>''' cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
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===== Activate PCM hardware parameter traces =====
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先决条件：必须首先在 [[Menuconfig or how to configure kernel | Linux kernel configuration]]中启用CONFIG_FUNCTION_TRACER和CONFIG_SND_DEBUG配置。
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* 启用追踪<ref name="tracepoints"></ref>
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'''Board $>''' echo '1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/{{highlight|snd_pcm}}/enable
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* 检查日志:
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'''Board $>''' cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
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===== Activate PCM buffer state traces (PCM ring buffer overrun/underrun debugging) =====
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先决条件：必须首先在 [[Menuconfig or how to configure kernel | Linux kernel configuration]]中启用CONFIG_Function_TRACE、CONFIG_SND_DEBUG、CONFIG_SND_DEBUG_VERBOSE和SND_PCM_XRUN_DEBUG配置
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* 设置XRUN跟踪详细程度<ref>[http://www.alsa-project.org/main/index.php/XRUN_Debug XRUN Debug]</ref>
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# 启用基本调试和堆栈转储
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'''Board $>''' echo 3 > /proc/asound/card0/pcm0p/xrun_debug
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* 启用追踪<ref name="tracepoints"></ref>
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'''Board $>''' echo '1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/{{highlight|snd_pcm}}/enable
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* 检查日志:
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'''Board $>''' cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
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=== How to debug ===
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请参阅 [[:Category:Linux debugging tools|Linux debugging tools]] 文章。
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==Source code location==
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===User space===
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* [http://git.alsa-project.org/?p=alsa-lib.git;a=summary alsa-lib sources]
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* [http://git.alsa-project.org/?p=alsa-utils.git;a=summary alsa-utils sources]
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===Kernel space===
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* {{CodeSource | Linux kernel | sound/core | ALSA core}}
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* {{CodeSource | Linux kernel | sound/soc | ASoC core}}
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* {{CodeSource | Linux kernel | sound/soc/stm | ASoC STM32 drivers}}
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* {{CodeSource | Linux kernel | sound/soc/codecs | ASoC codecs drivers}}
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==References==
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<references />

2020年11月5日 (四) 10:00的最新版本

本文提供有关高级Linux声音体系结构（ALSA）的信息，该体系结构为Linux操作系统提供音频功能。

Purpose

本文的目的是介绍ALSA框架。

ALSA框架为Linux提供了全面的音频功能，包括音频流的录制和播放，模拟或数字格式，以及路由和混合功能。 ALSA还支持音频中间件，如 PulseAudio, Gstreamer或Android。

System overview

ALSAOverview.png

Component descriptions

  • alsa-utils (用户空间)

Linux社区提供的ALSA实用程序包包含用于ALSA项目的命令行实用程序(aplay, arecord, amixer, alsamixer ...). 这些工具对于控制声卡很有用。 它们还提供了用于应用程序实现的ALSA API使用示例。

  • alsa-lib (User space)

ALSA库软件包包含需要访问ALSA声音接口的程序 (例如alsa-utils程序) 使用的ALSA库。ALSA库在内核模块提供的音频设备上提供了一个抽象级别，例如PCM和控制抽象。

  • ALSA framework (Kernel space)

ALSA内核提供了一个API，用于实现音频驱动程序和PCM /控制接口，以在用户区公开音频设备。 PCM接口处理数据流和控制。 该界面管理由ALSA驱动程序导出的控件（音频路径，音量...）。

  • ASoC framework (ALSA System On Chip) (Kernel space)

ALSA片上系统（ASoC）层的作用[1]是为了改进 ALSA支持嵌入式片上系统处理器和音频编解码器。 ASoC框架提供了一个DMA引擎，该引擎与DMA框架接口以处理音频样本的传输。ASoC还通过DAPM驱动程序支持音频路径的动态电源管理。 ASoC充当ALSA驱动程序，它将嵌入式音频系统分为三种与平台无关的驱动程序：CPU DAI，编解码器和机器驱动程序。

  • ASoC drivers (Kernel space)

ASoC驱动程序允许为ASoC驱动程序类实现与硬件相关的代码：

  • Codec drivers:
这些驱动程序是后端音频组件的驱动程序。 （请参阅下面的编解码器外围设备）
  • CPU DAI drivers:
每个STM32音频外设都有一个特定的CPU DAI驱动程序（请参阅下面的CPU DAI外围设备） 每个CPU DAI至少支持以下协议之一：I2S，PCM或S / PDIF。
  • Machine drivers:
机器驱动程序将CPU DAI和编解码器驱动程序描述并绑定在一起，以创建DAI链接和ALSA声卡。 ASoC框架提供了一种机器驱动程序，用于实现称为“ audio-graph-card”[2][3]. 该通用机器驱动程序用于STM32 MPU声卡。

下面的示意图说明了ASoC声卡的总体布局。 请参阅 soundcard configuration 以查看STM32 MPU板的声卡实现示例。 Asoc generic soundcard.png

  • CPU DAI外围设备 (硬件)
ST微处理器外围设备提供CPU音频接口。 音频内部外围设备列表可在Audio peripherals section中找到。
  • 编解码器外围设备 (硬件)
编解码器外设是外部（无CPU）硬件音频I / O设备 (即音频编解码器IC，数字麦克风，放大器，简单的IO连接器...).

API descriptions

  • 用户空间接口:
ALSA库参考[4] 记录了userland API库。
  • 内核驱动程序接口:
ALSA内核文档 [5] 记录了ASOC和ALSA驱动程序API。

Configuration

  • 内核配置

如下所示，必须在内核配置中启用ALSA / ASoC和音频图形卡，以启用声音支持。最重要的是，用户必须根据所选的硬件激活CPU和编解码器驱动程序。 用户可以使用Linux Menuconfig tool 以选择所需的驱动程序： 

[*] Device Drivers
    [*] Sound card support
        [*] Advanced Linux Sound Architecture
            [*] ALSA for SoC audio support
                STMicroelectronics STM32 SOC audio support
	             [ ] STM32 SAI interface (Serial Audio Interface) support
	             [ ] STM32 I2S interface (SPI/I2S block) support
	             [ ] STM32 S/PDIF receiver (SPDIFRX) support
                CODEC drivers
	             [ ] ...
                [*] ASoC Audio Graph sound card support
  • 设备树配置

通过 device tree中的声卡配置来配置音频子系统。soundcard configuration 文章描述了各种板上可用于STM32MPU的声卡。 本文详细介绍了如何配置用于实现声卡的audio peripherals。

How to use

alsa-utils pakage提供了一组实用程序来管理Linux内核中的音频设备：aplay, arecord, amixer, iecset 和 alsactl。这些实用程序的概述如下：

Playback

  • 列出播放设备
Board $> aplay -l
  • 在卡[X]设备[Y]上播放wav文件
Board $> aplay -D hw:[X],[Y] <filename.wav>
  • 在卡[X]设备[Y]上播放wav文件或生成的信号
Board $> speaker-test -D hw:[X],[Y]

请参阅How to play audio 一文，以查找STM32MPU板上的回放用例示例。

Record

  • 列出记录设备
Board $> arecord -l
  • 从卡[X]设备[Y]捕获音频
Board $> arecord -D hw:[X],[Y] -f dat <filename.wav>

请参阅 如何录制音频 文章，查找STM32MPU主板的录制用例示例。

Controls

  • 列表卡[X]控件
Board $> amixer -c [X] controls
  • 将卡[X]的控件[Y]设置为[Z]
Board $> amixer -c [X] cset name='[Y]' '[Z]'
  • 存储声卡[X]控制状态
Board $> alsactl store [X]
  • 恢复声卡[ x ]控件状态
Board $> alsactl restore [X]

请参阅[ Soundcard configuration 文章，以找到STM32MPU板的控制配置示例。

IEC controls

  • 列出iec958参数
Board $> iecset -h
  • 将卡[X] iec958参数[Y]设置为值[Z]
Board $> iecset -c [X] cset [Y] [Z]
  • 转储卡[X] iec958值
Board $> iecset -c [X] -x

How to trace and debug the framework

本章介绍了可用于调试和监视音频框架和驱动程序的工具。 它是 top命令 文章的扩展。

How to monitor

本节介绍ALSA框架监视方法。 有关更多信息，请参阅Linux monitoring tools文章。

Procfs filesystem

ALSAasound目录[6] 在 procfs 文件系统中， 提供了大量有关声卡的信息。 PCM proc文件提供有用的PCM子流调试信息，例如硬件/软件参数，流状态和缓冲区信息。 示例：

  • 列出PCM音频设备：
Board $> cat /proc/asound/pcm
  • 获取PCM音频设备的硬件参数(此处为卡0的设备0)：
Board $> cat /proc/asound/card0/pcm0p/sub0/hw_params

Debugfs filesystem

调试文件系统(debugfs)文件系统中的asoc目录提供有关声卡组件的信息。

示例：

  • List DAIs
Board $> cat /sys/kernel/debug/asoc/dais
  • 列出 "xxx.audio-controller"声卡的 "STM32MP1-EV" CPU DAI的DAPM
Board $> ls /sys/kernel/debug/asoc/STM32MP1-EV/xxx.audio-controller/dapm

How to trace

本节介绍了ALSA框架的跟踪方法。参见 Linux_tracing_tools 文章将进一步。

Dynamic traces

可以使用 dynamic debug 机制将ALSA框架和驱动程序调试跟踪添加到内核日志中。

  • 示例：启动SAI Linux驱动的动态跟踪，并将跟踪打印到控制台：
Board $> echo -n 'file stm32_sai.c +p; file stm32_sai_sub.c +p' > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control; 
Board $> dmesg -n8;

Tracing filesystem

Linux内核提供了 tracefs 文件系统，并随Linux内核跟踪框架一起提供。 ALSA和ASoC在此跟踪文件系统中具有自己的跟踪点：

  • ASoC的asoc 条目提供了DAPM，插孔和偏置电平跟踪点。[7]
  • ALSA的snd_pcm条目，提供了PCM缓冲区和PCM硬件参数跟踪点[7][8].
Activate DAPM traces

先决条件：必须首先在 Linux kernel configuration中启用CONFIG_FUNCTION_TRACER配置

  • 启用追踪[7] 
Board $> echo '1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/asoc/enable
  • 检查日志:
Board $> cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
Activate PCM hardware parameter traces

先决条件：必须首先在 Linux kernel configuration中启用CONFIG_FUNCTION_TRACER和CONFIG_SND_DEBUG配置。

  • 启用追踪[7] 
Board $> echo '1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/snd_pcm/enable
  • 检查日志:
Board $> cat /sys/kernel/debug/tracing/trace
Activate PCM buffer state traces (PCM ring buffer overrun/underrun debugging)

先决条件：必须首先在 Linux kernel configuration中启用CONFIG_Function_TRACE、CONFIG_SND_DEBUG、CONFIG_SND_DEBUG_VERBOSE和SND_PCM_XRUN_DEBUG配置

  • 设置XRUN跟踪详细程度[9] 
# 启用基本调试和堆栈转储
Board $> echo 3 > /proc/asound/card0/pcm0p/xrun_debug
  • 启用追踪[7] 
Board $> echo '1' > /sys/kernel/debug/tracing/events/snd_pcm/enable
  • 检查日志:
Board $> cat /sys/kernel/debug/tracing/trace

How to debug

请参阅 Linux debugging tools 文章。

Source code location

User space

Kernel space

References

  1. ↑ ASoC layer documentation
  2. ↑ Documentation/devicetree/bindings/sound/audio-graph-card.txt| |}} Documentation/devicetree/bindings/sound/audio-graph-card.txt
  3. ↑ Documentation/devicetree/bindings/graph.txt| |}} Documentation/devicetree/bindings/graph.txt
  4. ↑ ALSA library API
  5. ↑ ALSA and ASoC driver API documentation
  6. ↑ ALSA proc files
  7. ↑ 7.07.17.27.37.4 Documentation/trace/tracepoint-analysis.rst| |}} Documentation/trace/tracepoint-analysis.rst
  8. ↑ ALSA tracepoints
  9. ↑ XRUN Debug
取自“http://wiki.100ask.org/index.php?title=ALSA_overview&oldid=7386”