第10章--音频设备驱动程序移植-Linux系统移植(第2版)-教学课件.ppt

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1、第10章 音频设备驱动程序移植10.1 音频设备接口10.2 Linux音频设备驱动OSS驱动框架10.3 Linux音频设备驱动ALSA驱动框架10.4 音频设备应用程序编写10.5 音频设备驱动移植10.6 音频播放程序madplay的移植10.1 音频设备接口10.1.1 PCM（脉冲编码调制）接口10.1.2 IIS（Inter-IC Sound）接口10.1.3 AC97（Audio Codec 1997）接口10.1.4 Linux音频设备驱动框架10.1.1 PCM（脉冲编码调制）接口PCM接口针对不同的数字音频子系统，用于数字转换的接口，它是最简单的音频接口，该接口由时钟脉冲（

2、BCLK）、帧同步信号（FS）及接收数据（DR）和发送数据（DX）组成。10.1.2 IIS（Inter-IC Sound）接口IIS接口在20世纪80年代首先被飞利浦用于消费音频，并在一个称为LRCLK（Left/Right CLOCK）的信号机制中经过多路转换，将两路音频信号合成单一的数据队列。当LRCLK信号为高时，左声道数据被传输；LRCLK信号为低时，右声道数据被传输。IIS接口的特点：与PCM相比，IIS接口更适用于立体声系统。对于多通道系统，在同样的BCLK和LRCLK条件下，也可以并行执行几个数据队列。10.1.4 Linux音频设备驱动框架针对音频设备，Linux内核附有两类

3、音频设备驱动框架：OSS（Open Sound System）和ALSA（Advanced Linux Sound Architecture）。在内核配置时，选择Device Drivers|Sound card support命令进入Sound card support配置窗口。10.2 Linux音频设备驱动OSS驱动框架10.2.1 OSS驱动架构硬件10.2.2 OSS驱动架构代码10.2.3 OSS初始化函数oss_init()10.2.4 OSS释放函数oss_cleanup()10.2.5 打开设备文件函数sound_open()10.2.6 录音函数sound_read()10

4、.2.7 播放函数sound_write()10.2.8 控制函数sound_ioctl()10.2.1 OSS驱动架构硬件数字音频接口用来实现录音和播放声音的功能。它的主要参数有：采样频率（电话为8K，DVD为96K）、channel数目（单声道，立体声）、采样分辨率（8-bit，16-bit），对应的设备文件为/dev/dsp。OSS驱动支持的硬件接口有以下几种。mixer（混频器）接口synthesizer（合成器）接口MIDI（Musical Intrument Data Interface）接口10.2.3 OSS初始化函数oss_init()static int _init oss

5、_init(void)int err;int i,j;#ifdef CONFIG_PCIif(dmabug)isa_dma_bridge_buggy=dmabug;#endif/*函数create_special_devices()最终调用函数register_sound_special_dev-ice()注册声音结点，根据第二个参数来指定声音结点的类型。这里指定注册了两个设备sequencer和sequencer2。*/err=create_special_devices();if(err)printk(KERN_ERR sound:driver already loaded/include

6、d in kerneln);return err;/*Protecting the innocent*/sound_dmap_flag=(dmabuf 0?1:0);/*创建设备列表中的设备，并且注册它到系统文件中。*/10.2.3 OSS初始化函数oss_init()for(i=0;i ARRAY_SIZE(dev_list);i+)device_create(sound_class,NULL,MKDEV(SOUND_MAJOR,dev_listi.minor),NULL,%s,dev_listi.name);if(!dev_listi.num)continue;/*如果设备列表的某项数目多

7、于1个则创建剩下的设备，并且注册它们到系统文件中*/for(j=1;j=1024)printk(KERN_ERR Sound warning:Deallocation table was too small.n);return 0;10.2.5 打开设备文件函数sound_open()static int sound_open(struct inode*inode,struct file*file)int dev=iminor(inode);int retval;DEB(printk(sound_open(dev=%d)n,dev);if(dev=SND_NDEVS)|(dev=4;if(de

8、v=0&dev=num_mixers|mixer_devsdev=NULL)return-ENXIO;if(!try_module_get(mixer_devsdev-owner)return-ENXIO;break;10.2.6 录音函数sound_read()static ssize_t sound_read(struct file*file,char _user*buf,size_t count,loff_t*ppos)int dev=iminor(file-f_path.dentry-d_inode);int ret=-EINVAL;/*锁住内核*/lock_kernel();DEB(

9、printk(sound_read(dev=%d,count=%d)n,dev,count);/*设备接口类型为AUDIO 或者DSP时，调用函数audio_read()读取设备文件数据到buf中*/switch(dev&0 x0f)case SND_DEV_DSP:case SND_DEV_DSP16:case SND_DEV_AUDIO:ret=audio_read(dev,file,buf,count);break;/*设备接口类型为音序器时，调用函数sequencer_read()读取设备文件数据到buf中*/case SND_DEV_SEQ:case SND_DEV_SEQ2:ret

10、=sequencer_read(dev,file,buf,count);break;/*设备接口类型为MIDI时，调用函数MIDIbuf_read()读取设备文件数据到buf*/case SND_DEV_MIDIN:ret=MIDIbuf_read(dev,file,buf,count);/*完成读取后解锁内核*/unlock_kernel();return ret;10.2.7 播放函数sound_write()static ssize_t sound_write(struct file*file,const char _user*buf,size_t count,loff_t*ppos)i

11、nt dev=iminor(file-f_path.dentry-d_inode);int ret=-EINVAL;/*锁住内核*/lock_kernel();DEB(printk(sound_write(dev=%d,count=%d)n,dev,count);switch(dev&0 x0f)/*设备接口类型为音序器时，调用函数sequencer_ write()将buf中数据写到到设备文件*/case SND_DEV_SEQ:case SND_DEV_SEQ2:ret=sequencer_write(dev,file,buf,count);break;/*设备接口类型为AUDIO 或者D

12、SP时，调用函数audio_write()将buf中数据写到到设备文件*/case SND_DEV_DSP:case SND_DEV_DSP16:case SND_DEV_AUDIO:ret=audio_write(dev,file,buf,count);break;/*设备接口类型为MIDI时，调用函数MIDIbuf_write()将buf中数据写到到设备文件*/case SND_DEV_MIDIN:ret=MIDIbuf_write(dev,file,buf,count);break;unlock_kernel();return ret;10.2.8 控制函数sound_ioctl()/*

13、如果命令的类型为Mixer，调用sound_mixer_ioctl()*/if(_IOC_TYPE(cmd)=M&num_mixers 0&/*Mixer ioctl*/(dev&0 x0f)!=SND_DEV_CTL)dtype=dev&0 x0f;switch(dtype)case SND_DEV_DSP:case SND_DEV_DSP16:case SND_DEV_AUDIO:return sound_mixer_ioctl(audio_devsdev 4-mixer_dev,cmd,p);default:return sound_mixer_ioctl(dev 4,cmd,p);10

14、.2.8 控制函数sound_ioctl()switch(dev&0 x0f)/*设备接口类型为AUDIO 或者DSP时，调用函数sound_mixer_ioctl()*/case SND_DEV_CTL:if(cmd=SOUND_MIXER_GETLEVELS)return get_mixer_levels(p);if(cmd=SOUND_MIXER_SETLEVELS)return set_mixer_levels(p);return sound_mixer_ioctl(dev 4,cmd,p);/*设备接口类型为音序器时，调用函数sequencer_ioctl()*/case SND_D

15、EV_SEQ:case SND_DEV_SEQ2:return sequencer_ioctl(dev,file,cmd,p);/*设备接口类型为AUDIO 或者DSP时，调用函数audio_ioctl()*/case SND_DEV_DSP:case SND_DEV_DSP16:case SND_DEV_AUDIO:return audio_ioctl(dev,file,cmd,p);break;/*设备接口类型为MIDI时，调用函数MIDIbuf_ioctl()*/case SND_DEV_MIDIN:return MIDIbuf_ioctl(dev,file,cmd,p);break;r

16、eturn-EINVAL;10.3 Linux音频设备驱动ALSA驱动框架10.3.1 card和组件10.3.2 PCM设备10.3.3 控制接口10.3.4 AC97 API音频接口10.3.1 card和组件每个声卡必须创建一个card实例，下面通过驱动代码介绍ALSA声卡驱动是如何管理card和组件的。1.创建card函数snd_card_new()2.创建组件函数snd_device_new()3.释放组件函数snd_device_free()4.释放card函数snd_card_free()5.断开所有的ALSA API函数snd_card_disconnect()1.创建card

17、函数snd_card_new()函数snd_card_new()用于创建和初始化snd_card结构体。idx是卡的索引号，xid是标识字符串，module是顶层模块，extra_siz额外分配数据的大小。3.释放组件函数snd_device_free()int snd_device_free(struct snd_card*card,void*device_data)struct snd_device*dev;if(snd_BUG_ON(!card|!device_data)return-ENXIO;/*根据device_data找到要释放的设备*/list_for_each_entry(d

18、ev,&card-devices,list)if(dev-device_data!=device_data)continue;/*该设备从链表中断开*/list_del(&dev-list);/*判断断开是否成功*/if(dev-state=SNDRV_DEV_REGISTERED&dev-ops-dev_disconnect)if(dev-ops-dev_disconnect(dev)snd_printk(KERN_ERR device disconnect failuren);/*判断释放是否成功*/if(dev-ops-dev_free)if(dev-ops-dev_free(dev)s

19、nd_printk(KERN_ERR device free failuren);/*释放设备占用的内存*/kfree(dev);return 0;snd_printd(device free%p(from%pF),not foundn,device_data,_builtin_return_address(0);return-ENXIO;4.释放card函数snd_card_free()int snd_card_free(struct snd_card*card)/*释放操作，并通知连接在card上的所有设备*/int ret=snd_card_disconnect(card);if(ret

20、)return ret;/*所有的设备准备好释放操作*/wait_event(card-shutdown_sleep,card-files=NULL);/*释放card*/snd_card_do_free(card);return 0;5.断开所有的ALSA API函数snd_card_disconnect()int snd_card_disconnect(struct snd_card*card)/*第一阶段：使ALSA API操作失效*/mutex_lock(&snd_card_mutex);snd_cardscard-number=NULL;snd_cards_lock&=(1 numb

21、er);mutex_unlock(&snd_card_mutex);/*第二阶段：用专门的哑操作代替file-f_op*/spin_lock(&card-);mfile=card-files;while(mfile)file=mfile-file;/*its critical part,use endless loop*/*we have no room to fail*/mfile-disconnected_f_op=mfile-file-f_op;spin_lock(&shutdown_lock);list_add(&mfile-shutdown_list,&shutdown_files)

22、;spin_unlock(&shutdown_lock);mfile-file-f_op=&snd_shutdown_f_ops;fops_get(mfile-file-f_op);mfile=mfile-next;spin_unlock(&card-);/*第三阶段：通知所有的连接设备断开信息*/snd_device_disconnect_all(card);snd_info_card_disconnect(card);return 0;1.函数snd_pcm_new()用来创建PCM实例int snd_pcm_new(struct snd_card*card,char*id,int dev

23、ice,int playback_count,int capture_count,struct snd_pcm*rpcm)struct snd_pcm*pcm;int err;static struct snd_device_ops ops=.dev_free=snd_pcm_dev_free,.dev_register=snd_pcm_dev_register,.dev_disconnect=snd_pcm_dev_disconnect,;/*为构造的PCM实例分配空间并进行初始化*/pcm=kzalloc(sizeof(*pcm),GFP_KERNEL);if(pcm=NULL)snd_p

24、rintk(KERN_ERR Cannot allocate PCMn);return-ENOMEM;/*指定PCM的声卡与PCM设备索引*/pcm-card=card;pcm-device=device;if(id)strlcpy(pcm-id,id,sizeof(pcm-id);/*构造PCM播放流*/if(err=snd_pcm_new_stream(pcm,SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK,playback_count)0)snd_pcm_free(pcm);return err;/*构造PCM录音流*/if(err=snd_pcm_new_stream(pcm,SN

25、DRV_PCM_STREAM_CAPTURE,capture_count)open_mutex);init_waitqueue_head(&pcm-open_wait);/*创建设备类型为SNDRV_DEV_PCM 的设备，并指定该设备的声卡为card*/if(err=snd_device_new(card,SNDRV_DEV_PCM,pcm,&ops)n_unregister(pcm);if(pcm-private_free)pcm-private_free(pcm);/*释放分配的缓冲区*/snd_pcm_lib_preallocate_free_for_all(pcm);/*释放播放流*

26、/snd_pcm_free_stream(&pcm-streamsSNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK);/*释放录音流*/snd_pcm_free_stream(&pcm-streamsSNDRV_PCM_STREAM_CAPTURE);kfree(pcm);return 0;4.PCM运行时结构体打开PCM子流后，分配PCM运行时实例给该子流。10.3.3 控制接口控制接口（control）的主要作用是混音器（mixer），所有mixer元素都是基于control API实现的。下面简单介绍control的几个重要函数。1.snd_ctl_open()2.创建控制实例snd_

27、ctl_new()3.移植控制函数snd_ctl_remove()1.snd_ctl_open()static int snd_ctl_open(struct inode*inode,struct file*file)unsigned long flags;struct snd_card*card;struct snd_ctl_file*ctl;/*从注册的设备获得用户数据*/card=snd_lookup_minor_data(iminor(inode),SNDRV_DEVICE_TYPE_CONTROL);/*增加文件到card的文件链表*/snd_card_(card,file);/*为

28、ctl分配空间并初始化*/ctl=kzalloc(sizeof(*ctl),GFP_KERNEL);/*初始化ctl事件链表*/INIT_LIST_HEAD(&ctl-events);/*对ctl的各个字段进行初始化或者赋值*/init_waitqueue_head(&ctl-change_sleep);spin_lock_init(&ctl-read_lock);ctl-card=card;ctl-prefer_pcm_subdevice=-1;ctl-prefer_rawmidi_subdevice=-1;ctl-pid=current-pid;file-private_data=ctl;

29、/对链表操作前进行锁保护write_lock_irqsave(&card-ctl_,flags);list_add_tail(&ctl-list,&card-ctl_files);/完成操作进行解锁write_unlock_irqrestore(&card-ctl_,flags);return 0;2.创建控制实例snd_ctl_new()static struct snd_kcontrol*snd_ctl_new(struct snd_kcontrol*control,unsigned int access)struct snd_kcontrol*kctl;unsigned int idx;

30、if(snd_BUG_ON(!control|!control-count)return NULL;/分配空间并初始化kctl=kzalloc(sizeof(*kctl)+sizeof(struct snd_kcontrol_volatile)*control-count,GFP_KERNEL);if(kctl=NULL)snd_printk(KERN_ERR Cannot allocate control instancen);return NULL;/复制控制模板*kctl=*control;for(idx=0;idx count;idx+)kctl-vdidx.access=access

31、;return kctl;3.移植控制函数snd_ctl_remove()int snd_ctl_remove(struct snd_card*card,struct snd_kcontrol*kcontrol)struct snd_ctl_elem_id id;unsigned int idx;if(snd_BUG_ON(!card|!kcontrol)return-EINVAL;/*移除控制链表*/list_del(&kcontrol-list);card-controls_count-=kcontrol-count;id=kcontrol-id;for(idx=0;idx count;i

32、dx+,id.index+,id.numid+)snd_ctl_notify(card,SNDRV_CTL_EVENT_MASK_REMOVE,&id);/*释放空间*/snd_ctl_free_one(kcontrol);return 0;10.3.4 AC97 API音频接口ALSA AC97已经有各种接口，驱动开发人员通过编写少量的控制函数就可以开发自己的驱动。1.函数snd_ac97_bus()创建AC97 bus总线组件2.创建Codec97 组件函数snd_ac97_mixer()3.释放bus函数snd_ac97_bus_dev_free()1.函数snd_ac97_bus()创

33、建AC97 bus总线组件int snd_ac97_bus(struct snd_card*card,int num,struct snd_ac97_bus_ops*ops,void*private_data,struct snd_ac97_bus*rbus)int err;struct snd_ac97_bus*bus;static struct snd_device_ops dev_ops=.dev_free=snd_ac97_bus_dev_free,;/*分配空间并初始化*/bus=kzalloc(sizeof(*bus),GFP_KERNEL);/*bus各字段赋值*/bus-car

34、d=card;bus-num=num;bus-ops=ops;bus-private_data=private_data;bus-clock=48000;spin_lock_init(&bus-bus_lock);/*总线初始化*/snd_ac97_bus_proc_init(bus);/*构造BUS类型的设备，并指定声卡为card*/if(err=snd_device_new(card,SNDRV_DEV_BUS,bus,&dev_ops)device_data;return snd_ac97_bus_free(bus);10.4 音频设备应用程序编写10.4.1 DSP接口编程10.4.2

35、 MIXER接口编程10.4.3 ALSA应用程序编程10.4.1 DSP接口编程OSS驱动框架提供了音频编程的3种设备，分别是/dev/dsp、/dev/dspW和/dev/audio。1.包含相关头文件在使用OSS驱动编程时，应该包含相应的头文件，需要包含的头文件如下：#include#include#include#include 2.打开设备文件#define BUF_SIZE 4096int fd;unsigned char bufBUF_SIZE;if(fd=open(DEVICE_NAME,O_RDONLY,0)=-1)/*如果打开设备失败则退出程序*/perror(DEVICE

36、_NAME);exit(1);3.录音int len;if(len=read(fd,buf,count)=-1)perror(audio read);exit(1);4.播放if(write(fd,buf,sizeof(buf)!=sizeof(buf)perror(Audio write);exit(-1);5.设置参数参数设置包括设置缓冲区大小、设置采用格式、设置通道数目和设置采样速率等。（1）设置缓冲区大小（2）设置采样格式（4）设置采样速率 10.4.2 MIXER接口编程声卡上的混音器由多个混音通道组成，它们可以通过驱动程序提供的设备文件/dev/mixer进行编程。对混音器的操作是

37、通过系统调用ioctl来完成，所有的混音器控制命令都以SOUND_MIXER或者MIXER开头。1.声卡的输入增益和输出增益调节2.查询混音器的信息1.声卡的输入增益和输出增益调节混音器的一个主要作用是对声卡的输入增益和输出增益进行调节。在使用混音器编程时，可以通过使用宏SOUND_MIXER_READ来读取混音通道的增益大小：ioctl(fd,SOUND_MIXER_READ(SOUND_MIXER_MIC),&vol);2.查询混音器的信息通过SOUND_MIXER_READ_RECMASK返回的位掩码检查CD输入是否为一个有效的混音通道。ioctl(fd,SOUND_MIXER_READ

38、_DEVMASK,&devmask);if(devmask&SOUND_MIXER_CD)printf(The CD input is supported);10.4.3 ALSA应用程序编程对于ALSA应用程序编程，用户不用使用文件接口，可以使用alsa-lib。下面给出一个播放PCM流的小程序及其编译和测试方法。10.5 音频设备驱动移植10.5.1 添加UDA1341结构体10.5.2 修改录音通道10.5.3 内核中添加UDA1341驱动支持10.5.4 移植新内核并进行测试10.5.1 添加UDA1341结构体修改的文件为arch/arm/mach-s3c2440目录下的mach-m

39、ini2440.c，修改的内容如下：（1）在mach-mini2440.c中包括头文件。（2）在mach-mini2440.c中添加UDA1341设备结构。（3）在下面的结构体中，添加注册UDA1341设备平台到内核。10.5.2 修改录音通道mini2440使用录音通道是VIN2，应该修改sound/soc/codecs目录下的uda134x.c文件，在函数uda134x_startup中修改录音通道为VIN2。10.5.3 内核中添加UDA1341驱动支持10.5.3 内核中添加UDA1341驱动支持10.5.4 移植新内核并进行测试将新生成的内核zImage使用命令load flash

40、kernel u下载到开发板上。1播放音频文件测试2录音测试1播放音频文件测试使用文件系统中带的madplay播放mp3文件。播放命令为madplay音乐文件。在播放的过程中，将音响的输入线或者耳塞插入mini2440的音频OUT输出口。#madplay The Calculation.mp32录音测试开发板文件系统自带录音程序Recorder，将麦克风插入开发板的音频MIC输入口，运行该程序进行录音测试，该录音程序以图形界面的形式运行。10.6 音频播放程序madplay的移植10.6.1 准备移植需要的源文件10.6.2 交叉编译10.6.3 移植和测试10.6.4 编译中可能遇到的问题1

41、0.6.1 准备移植需要的源文件移植madplay需要播放器代码、mp3库文件和编码、解码库等。下面为移植需要准备相关源代码，读者可以到网上下载最新代码进行移植。madplay-0.15.2b.tar.gzlibmad-0.15.1b.tar.gzlibid3tag-0.15.1b.tar.gzzlib-1.2.8.tar.gz10.6.2 交叉编译编译madplay时需要库文件的支持，因此先编译它依赖的库文件，然后再编译播放器。编译的过程包括configure生成Makefile，设置安装路径，设置交叉编译工具，编译和安装等，与多数应用程序交叉编译过程类似。1编译安装zlib-1.2.8.t

42、ar.gz#tar zxvf zlib-1.2.8.tar.gz#cd zlib-1.2.8#./configure-prefix=/usr/local/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/libc CC=arm-linux-gccLDSHARED=arm-linux-gcc-shared-Wl,-soname,libz.so.1,-version-script,zlib.mapCPP=arm-linux-gcc EAR=arm-linux-arRANLIB=arm-linux-ranlibTAR=arm-linux-tar2编译安装libid3tag-0.15.

43、1b.tar.gz#tar zxvf libid3tag-0.15.1b.tar.gz#cd libid3tag-0.15.1b#./configure-prefix=/usr/local/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/libc-host=arm-linux-enable-static-disable-shared CPPFLAGS=-I/usr/local/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/libc/include LDFLAGS=-L/usr/local/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/l

44、ibc/lib3编译安装libmad-0.15.1b.tar.gz#tar zxvf libmad-0.15.1b.tar.gz#cd libmad-0.15.1b#patch-p1libmad.patch#./configure-prefix=/usr/local/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/libc-host=arm-linux-enable-static-disable-shared CPPFLAGS=-I/usr/local/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/libc/include LDFLAGS=-L/usr/l

45、ocal/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib4编译安装madplay-0.15.2b.tar.gz#tar zxvf madplay-0.15.2b.tar.gz#cd madplay-0.15.2b#./configure-prefix=/usr/local/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/libc-host=arm-linux-enable-static-disable-shared CPPFLAGS=-I/usr/local/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/libc/inc

46、lude LDFLAGS=-L/usr/local/arm/4.4.3/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib10.6.3 移植和测试#madplay madplay The Calculation.mp3.mp310.6.4 编译中可能遇到的问题在移植的过程中遇到几个典型的问题，这里列出来供读者参考。（1）更换编译器时，可能会出现的问题。ELF ABI invalid（2）写configure参数时应该小心格式，格式错误时，可能有以下问题：checking for suffix of object files.configure:error:cannot compute suffix of object files:cannot compile