“ALSA overview”的版本间的差异
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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。
目录
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
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:
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。
- 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...).
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:
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
References
- ↑ ASoC layer documentation
- ↑ Documentation/devicetree/bindings/sound/audio-graph-card.txt| |}} Documentation/devicetree/bindings/sound/audio-graph-card.txt
- ↑ Documentation/devicetree/bindings/graph.txt| |}} Documentation/devicetree/bindings/graph.txt
- ↑ ALSA library API
- ↑ ALSA and ASoC driver API documentation
- ↑ ALSA proc files
- ↑ 7.07.17.27.37.4 Documentation/trace/tracepoint-analysis.rst| |}} Documentation/trace/tracepoint-analysis.rst
- ↑ ALSA tracepoints
- ↑ XRUN Debug