1 ALSA框架
ALSA的全称其实是（Advanced Linux Sound Architecture），高级Linux声音架构。
没有看到太多合适的图，就先用一张ST的吧。
目前我的理解就是干了两个事。
2 驱动层
2.1 驱动层基本流程
驱动层将硬件封装成标准文件接口/dev/snd，提供了pcm和control两个接口。在这个部分的平台驱动中封装了I2S接口，DMA。Codec驱动了解码器，此外还有Controller。
DAPM 是 Dynamic Audio Power Management（动态音频电源管理） 的缩写，用于智能管理音频设备的电源状态，以优化功耗。
PCM DMAEngine 是一种结合了 PCM（脉冲编码调制）音频流 和 DMA（直接内存访问）引擎 的高效数据传输机制，用于在音频设备和内存之间直接传输音频数据，无需 CPU 频繁介入。
最后，当然是具体codec驱动的部分，也就是上图蓝色的部分。这部分我看内核本身就提供了非常多。
综上，这样一个播放的流程就是APP传数据到ALSA，然后ALSA启动DMA，硬件将音频数据传到I2S或者codec。最后ALSA通知app传输完毕。
有的设备DMA是在Soc之中，有的是在声卡上。不过树莓派的是soc里面。（3B一共10个通道）
tom@raspberrypi:~ $ ls /sys/class/dma dma0chan0 dma0chan1 dma0chan2 dma0chan3 dma0chan4 dma0chan5 dma0chan6 dma0chan7 dma0chan8 dma0chan92.2 树莓派3的封装
下面就是树莓派3B的封装。
tom@raspberrypi:~ $ ls /dev/snd/ by-path controlC0 controlC1 pcmC0D0p pcmC1D0p seq timer tom@raspberrypi:~ $ ls /dev/snd/by-path/ -l total 0 lrwxrwxrwx 1 root root 12 Apr 16 20:08 platform-3f00b840.mailbox -> ../controlC0 lrwxrwxrwx 1 root root 12 Apr 16 20:08 platform-3f902000.hdmi -> ../controlC1其中controlC0是声卡0的控制通道，用于 mixer 控制、音量调节、开关设置等（供 amixer, alsamixer 使用）。
controlC1是声卡1的控制通道。
pcmC0D0p是声卡0的播放通道，表示C0=Card0，D0=Device0，p=Playback。
pcmC1D0p是声卡1的播放通道。
timer是做同步，seq是MIDI控制接口，这两个据说现在都很少用了。
声卡0和声卡1又是什么呢？查看两张卡的信息
tom@raspberrypi:~ $ cat /proc/asound/cards 0 [Headphones ]: bcm2835_headpho - bcm2835 Headphones bcm2835 Headphones 1 [vc4hdmi ]: vc4-hdmi - vc4-hdmi vc4-hdmi可以看到分别是3.5MM接口和HDMI输出。
2.3 IOCTL的接口
驱动层中提供的ioctl接口可以简单通过strace看看。
tom@raspberrypi:~ $ strace -e ioctl aplay house_lo.wav ioctl(0, TCGETS, {c_iflag=ICRNL|IXON|IXANY|IUTF8, c_oflag=NL0|CR0|TAB0|BS0|VT0|FF0|OPOST|ONLCR, c_cflag=B38400|CS8|CREAD, c_lflag=ISIG|ICANON|ECHO|ECHOE|ECHOK|IEXTEN|ECHOCTL|ECHOKE, ...}) = 0 ioctl(6, SIOCGIFINDEX, {ifr_name="wlan0", ifr_ifindex=3}) = 0 ioctl(0, TCGETS, {c_iflag=ICRNL|IXON|IXANY|IUTF8, c_oflag=NL0|CR0|TAB0|BS0|VT0|FF0|OPOST|ONLCR, c_cflag=B38400|CS8|CREAD, c_lflag=ISIG|ICANON|ECHO|ECHOE|ECHOK|IEXTEN|ECHOCTL|ECHOKE, ...}) = 0 Playing WAVE 'house_lo.wav' : Unsigned 8 bit, Rate 11025 Hz, Mono +++ exited with 0 +++大概的接口如下：
控制接口（Control）
| 命令 | 功能 | 对应设备文件 |
|---|---|---|
SNDRV_CTL_IOCTL_CARD_INFO | 获取声卡信息 | controlC0 |
SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_READ | 读取混音器控件值（如音量） | controlC0 |
SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_WRITE | 写入混音器控件值 | controlC0 |
PCM 设备接口
| 命令 | 功能 | 对应设备文件 |
|---|---|---|
SNDRV_PCM_IOCTL_INFO | 获取 PCM 设备信息 | pcmC0D0p |
SNDRV_PCM_IOCTL_HW_PARAMS | 设置硬件参数（格式、采样率等） | pcmC0D0p |
SNDRV_PCM_IOCTL_PREPARE | 准备设备以开始播放/录制 | pcmC0D0p |
SNDRV_PCM_IOCTL_WRITEI_FRAMES | 写入音频帧数据（播放） | pcmC0D0p |
SNDRV_PCM_IOCTL_READI_FRAMES | 读取音频帧数据（录制） | pcmC0D0c |
3 应用层
另外一件事就是在上层提供lib库以及相关工具。
3.1 ALSA-lib
| 头文件 | 功能描述 |
|---|---|
<alsa/asoundlib.h> | 主头文件，包含所有常用功能的宏和类型定义。 |
<alsa/pcm.h> | PCM（音频流）设备管理（播放/录制）。 |
<alsa/control.h> | 混音器（Mixer）和控件（如音量、开关）管理。 |
<alsa/seq.h> | MIDI 序列器接口（用于音乐合成和事件调度）。 |
<alsa/rawmidi.h> | 原始 MIDI 设备访问。 |
<alsa/error.h> | 错误处理接口。 |
播放常见函数
| 函数 | 作用 |
|---|---|
snd_pcm_open() | 打开 PCM 设备（如hw:0,0）。 |
snd_pcm_set_params() | 设置参数（格式、采样率、声道数、缓冲区大小等）。 |
snd_pcm_writei()/snd_pcm_readi() | 写入（播放）或读取（录制）交错（interleaved）格式的音频数据。 |
snd_pcm_prepare() | 准备设备以开始传输。 |
snd_pcm_drain() | 等待所有挂起的数据传输完成（优雅停止）。 |
snd_pcm_close() | 关闭设备。 |
控制常见函数
| 函数 | 作用 |
|---|---|
snd_ctl_open() | 打开控制设备（如hw:0）。 |
snd_ctl_elem_list() | 列出所有可用控件（如 "Master Volume"）。 |
snd_ctl_elem_get_value() | 获取控件当前值。 |
snd_ctl_elem_set_value() | 设置控件值。 |
snd_mixer_open() | 打开混音器接口（更高级的抽象）。 |
官方文档可以参考ALSA project - the C library reference: Index, Preamble and License
一个ALSA应用层例子
还是基于树莓派3B
sudo apt update sudo apt install libasound2-dev代码
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <alsa/asoundlib.h> #define PCM_DEVICE "default" #define CONTROL_DEVICE "hw:0" // 声卡控制设备 int main(int argc, char *argv[]) { if (argc < 2) { printf("Usage: %s house_lo.wav\n", argv[0]); return 1; } // Open WAV file FILE *fp = fopen(argv[1], "rb"); if (!fp) { perror("fopen"); return 1; } // Skip WAV header (44 bytes for standard PCM WAV) fseek(fp, 44, SEEK_SET); // Open control interface snd_mixer_t *mixer; snd_mixer_selem_id_t *sid; static const char *selem_name = "PCM"; snd_mixer_open(&mixer, 0); snd_mixer_attach(mixer, CONTROL_DEVICE); snd_mixer_selem_register(mixer, NULL, NULL); snd_mixer_load(mixer); snd_mixer_selem_id_malloc(&sid); snd_mixer_selem_id_set_index(sid, 0); snd_mixer_selem_id_set_name(sid, selem_name); snd_mixer_elem_t* elem = snd_mixer_find_selem(mixer, sid); if (elem) { long minv, maxv; snd_mixer_selem_get_playback_volume_range(elem, &minv, &maxv); snd_mixer_selem_set_playback_volume_all(elem, (maxv * 70) / 100); // 设置 70% 音量 printf("Volume set to 70%%\n"); } // Setup PCM device snd_pcm_t *pcm; snd_pcm_hw_params_t *params; snd_pcm_open(&pcm, PCM_DEVICE, SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0); snd_pcm_hw_params_malloc(¶ms); snd_pcm_hw_params_any(pcm, params); snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED); snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE); snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, params, 2); unsigned int rate = 44100; snd_pcm_hw_params_set_rate_near(pcm, params, &rate, 0); snd_pcm_hw_params(pcm, params); // Playback loop int frames; char buf[4096]; while (!feof(fp)) { size_t read = fread(buf, 1, sizeof(buf), fp); if (read > 0) { frames = snd_pcm_writei(pcm, buf, read / 4); // 2 bytes/sample * 2 channels if (frames < 0) snd_pcm_prepare(pcm); } } // Cleanup snd_pcm_drain(pcm); snd_pcm_close(pcm); fclose(fp); snd_mixer_close(mixer); snd_mixer_selem_id_free(sid); return 0; }音源这里还是用之前I2S那篇文章的house_lo.wav。总线学习5--I2S_max98357接喇叭教程-CSDN博客
不过要先把文件转成44100 Hz，双声道16bit。
原始是11025 Hz，单声道8bit。
tom@raspberrypi:~/alsa $ ffprobe house_lo.wav ffprobe version 5.1.6-0+deb12u1+rpt1 Copyright (c) 2007-2024 the FFmpeg developers built with gcc 12 (Debian 12.2.0-14) configuration: --prefix=/usr --extra-version=0+deb12u1+rpt1 --toolchain=hardened --incdir=/usr/include/aarch64-linux-gnu --enable-gpl --disable-stripping --disable-mmal --enable-gnutls --enable-ladspa --enable-libaom --enable-libass --enable-libbluray --enable-libbs2b --enable-libcaca --enable-libcdio --enable-libcodec2 --enable-libdav1d --enable-libflite --enable-libfontconfig --enable-libfreetype --enable-libfribidi --enable-libglslang --enable-libgme --enable-libgsm --enable-libjack --enable-libmp3lame --enable-libmysofa --enable-libopenjpeg --enable-libopenmpt --enable-libopus --enable-libpulse --enable-librabbitmq --enable-librist --enable-librubberband --enable-libshine --enable-libsnappy --enable-libsoxr --enable-libspeex --enable-libsrt --enable-libssh --enable-libsvtav1 --enable-libtheora --enable-libtwolame --enable-libvidstab --enable-libvorbis --enable-libvpx --enable-libwebp --enable-libx265 --enable-libxml2 --enable-libxvid --enable-libzimg --enable-libzmq --enable-libzvbi --enable-lv2 --enable-omx --enable-openal --enable-opencl --enable-opengl --enable-sand --enable-sdl2 --disable-sndio --enable-libjxl --enable-neon --enable-v4l2-request --enable-libudev --enable-epoxy --libdir=/usr/lib/aarch64-linux-gnu --arch=arm64 --enable-pocketsphinx --enable-librsvg --enable-libdc1394 --enable-libdrm --enable-vout-drm --enable-libiec61883 --enable-chromaprint --enable-frei0r --enable-libx264 --enable-libplacebo --enable-librav1e --enable-shared libavutil 57. 28.100 / 57. 28.100 libavcodec 59. 37.100 / 59. 37.100 libavformat 59. 27.100 / 59. 27.100 libavdevice 59. 7.100 / 59. 7.100 libavfilter 8. 44.100 / 8. 44.100 libswscale 6. 7.100 / 6. 7.100 libswresample 4. 7.100 / 4. 7.100 libpostproc 56. 6.100 / 56. 6.100 Input #0, wav, from 'house_lo.wav': Metadata: date : 1999-11-04 IENG : Deepz0ne encoder : Sound Forge 4.5 Duration: 00:00:07.10, bitrate: 88 kb/s Stream #0:0: Audio: pcm_u8 ([1][0][0][0] / 0x0001), 11025 Hz, 1 channels, u8, 88 kb/s转换：
ffmpeg -i house_lo.wav -ar 44100 -ac 2 -sample_fmt s16 house_lo_fixed.wav之后就可以播放了。
tom@raspberrypi:~/alsa $ ./alsa_play_control house_lo_fixed.wav Volume set to 70%3.2 ALSA-utils
提供的工具如下：
| 工具名称 | 功能描述 |
|---|---|
aplay | 播放音频文件（WAV、RAW 等格式）。 |
arecord | 录制音频到文件（支持多种格式和参数配置）。 |
alsamixer | 基于终端的交互式混音器，用于调节音量、选择输入/输出设备等。 |
amixer | 命令行混音器控制工具（脚本友好，可编程调节音量、静音等）。 |
speaker-test | 测试扬声器或耳机（生成白噪声、正弦波等测试音）。 |
iecset | 配置 IEC958（S/PDIF）数字音频接口（如光纤/同轴输出）。 |
alsactl | 保存和加载声卡配置（如音量设置到/etc/asound.state）。 |
aconnect | MIDI 设备连接管理（用于音乐合成器或 MIDI 控制器）。 |
使用场景如下：
普通用户：用 alsamixer 调节音量。
开发者：通过 amixer 脚本化控制音频设备。
调试：aplay/arecord 和 speaker-test 快速验证硬件状态。
speaker-test好像放的杂音居多。
4 ALSA和tinyalsa
tinyalsa最近也是经常看到，这里稍微做一下对比。
| 特性 | ALSA-lib | TinyALSA |
|---|---|---|
| 开发背景 | ALSA 官方维护，功能全面且复杂。 | Android 团队为嵌入式优化，轻量级简化版。 |
| 代码体积 | 较大（完整功能库） | 极小（仅核心功能） |
| 功能覆盖 | 支持 PCM、Mixer、MIDI、定时器等完整功能。 | 仅支持 PCM 和基础 Mixer 控制。 |
| 依赖关系 | 依赖 Linux 内核 ALSA 驱动。 | 仍依赖 ALSA 驱动，但接口更简化。 |
| 适用场景 | 桌面/服务器等通用 Linux 系统。 | 嵌入式设备（如 Android 电视、IoT）。 |
| API 复杂度 | 高（提供多层次抽象）。 | 低（直接操作设备文件）。 |
据说用tinyalsa还有一个原因是功耗问题。alsa框架因为功能复杂，导致功耗要高一些。
5 参考
高通msm8996平台的ASOC音频路径分析 - xtusir - 博客园
瑞芯微-I2S | 音频驱动调试基本命令和工具-基于rk3568_rk3568 i2s-CSDN博客
高通音频架构（三）_adsp-CSDN博客
瑞芯微-I2S | 音频驱动调试基本命令和工具-基于rk3568-2
ALSA project - the C library reference: Index, Preamble and License
学习的方法（来自GPT）
在学习和实践 ALSA 时，以下是一些具体的项目示例，这些项目涵盖了不同层次的开发，从简单的应用程序到较为复杂的驱动开发，帮助你更好地理解和掌握 ALSA。
### 1. **简单 PCM 音频播放器**
- **目标**: 开发一个简单的 PCM 音频播放器，能够播放 `.wav` 格式的音频文件。
- **技术点**: 使用 `libasound` API 打开音频设备，设置 PCM 参数（如采样率、声道数、位深等），读取音频文件数据并输出到音频设备。
- **扩展**: 添加音量控制、暂停和继续播放功能，支持其他音频格式（如 `.mp3`）。### 2. **音频录音程序**
- **目标**: 开发一个简单的音频录音程序，能够录制来自麦克风的音频并保存为 `.wav` 文件。
- **技术点**: 使用 ALSA API 打开录音设备，设置录音参数，读取音频数据并保存到文件。
- **扩展**: 添加实时音频监控功能，支持不同的音频编码格式（如 `.flac`），实现音频压缩功能。### 3. **自定义 ALSA 混音器控制**
- **目标**: 开发一个自定义的 ALSA 混音器控制工具，可以调节音频设备的音量、增益、平衡等。
- **技术点**: 使用 ALSA 控制接口 API（如 `snd_mixer_open`、`snd_mixer_selem_register` 等）来访问和操作音频设备的混音器控件。
- **扩展**: 实现 GUI 版的混音器控制工具，支持保存和恢复混音器设置的配置文件。### 4. **定制音频驱动程序**
- **目标**: 开发一个简单的 ALSA 驱动程序，用于控制一个虚拟或简单的音频硬件设备。
- **技术点**: 学习如何编写一个基本的 PCM 驱动程序，理解 ALSA 内核 API（如 `snd_pcm_new`、`snd_pcm_ops` 等），处理音频数据的 DMA 传输。
- **扩展**: 支持更复杂的硬件设备，如具有多个 PCM 子设备的音频控制器，实现高级功能，如音频格式转换、硬件加速等。### 5. **基于 I2S 的嵌入式音频项目**
- **目标**: 在嵌入式设备（如 Raspberry Pi 或 BeagleBone）上，使用 I2S 接口与外部 DAC（数模转换器）或 ADC（模数转换器）通讯，实现音频输入和输出功能。
- **技术点**: 配置设备树中的 I2S 接口，编写或修改 ALSA 驱动以支持 I2S，处理音频数据的采集与播放。
- **扩展**: 开发一个简单的 DSP（数字信号处理）功能，如均衡器或混响效果。### 6. **音频流处理器**
- **目标**: 开发一个实时音频流处理器，能够接收音频输入，进行处理（如滤波、音效），然后输出到音频设备或网络。
- **技术点**: 学习如何高效地处理实时音频流，使用多线程技术来并行处理音频数据，使用 ALSA 和网络 API 来管理输入和输出。
- **扩展**: 实现跨网络的音频传输和同步，支持多个音频流的混合处理。### 7. **多声道音频系统**
- **目标**: 构建一个多声道（如 5.1 或 7.1 声道）音频播放系统，支持多声道音频文件的播放和音频设备的配置。
- **技术点**: 使用 ALSA API 来配置多声道 PCM 设备，处理多声道音频文件的解析和播放，管理不同声道的音量和平衡。
- **扩展**: 实现多声道音频的虚拟化处理，如虚拟环绕声效果，支持动态声道配置。### 8. **音频诊断和测试工具**
- **目标**: 开发一个音频诊断工具，用于检测和分析音频设备的性能和质量。
- **技术点**: 使用 ALSA API 进行音频设备的配置和测试，生成和分析音频信号（如正弦波、方波），测量延迟、抖动等性能参数。
- **扩展**: 实现自动化的音频设备测试流程，生成详细的报告，支持多种音频格式和设备类型的测试。### 9. **嵌入式音频处理系统**
- **目标**: 在嵌入式系统（如树莓派）上开发一个复杂的音频处理系统，实现音频采集、处理、混音和播放的全流程。
- **技术点**: 结合 ALSA 和 DSP 技术，处理实时音频流，包括采样率转换、音频增强、动态范围控制等。
- **扩展**: 实现对网络音频流的支持，开发音频效果插件，优化系统性能以支持低延迟的音频处理。### 10. **定制音乐播放器**
- **目标**: 开发一个定制的音乐播放器，支持播放本地音频文件、在线流媒体，并提供自定义的用户界面。
- **技术点**: 使用 ALSA 进行音频输出，结合其他库（如 libmpg123、FFmpeg）解析和解码音频文件，实现播放列表管理、音效处理等功能。
- **扩展**: 支持多种音频格式，添加均衡器、音频可视化效果，集成网络电台或流媒体服务。### 总结
这些项目覆盖了 ALSA 的各个方面，从用户空间的简单应用开发，到内核空间的驱动程序编写，再到嵌入式系统的音频处理。通过完成这些项目，你将深入理解 ALSA 的工作原理，并掌握开发高效、稳定音频应用和驱动程序的技能。
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