第 15 章声音子系统

15.1. 介绍

FreeBSD 的声音子系统将通用的声音处理问题与设备特定问题分开，这使得为新硬件添加支持变得更容易。

pcm(4) 框架是声音子系统的核心部分。它主要实现以下几个元素：

一个系统调用接口（读、写、ioctl）用于数字化声音和混音功能。ioctl 命令集与传统的 OSS 或 Voxware 接口兼容，允许常见的多媒体应用程序无需修改即可移植。
用于处理声音数据的通用代码（格式转换、虚拟通道）。
一个统一的软件接口，用于硬件特定的音频接口模块。
对一些常见硬件接口（如 ac97）或共享硬件特定代码（例如：ISA DMA 例程）的额外支持。

特定声音卡的支持由硬件特定的驱动程序实现，这些驱动程序提供通道和混音器接口，以便接入通用的 pcm 代码。

在本章中，pcm 术语将指代声音驱动程序的核心通用部分，而不是硬件特定的模块。

预计的驱动程序编写者当然希望从现有模块开始，并使用代码作为最终参考。尽管声音代码整洁且清晰，但它也几乎没有注释。本文档尝试概述框架接口，并回答在适配现有代码时可能出现的一些问题。

作为替代方案，或者作为对现有示例的补充，你可以在 https://people.FreeBSD.org/~cg/template.c 上找到一个带注释的驱动程序模板。

15.2. 文件

所有相关代码都位于 /usr/src/sys/dev/sound/，除公共 ioctl 接口定义外，后者位于 /usr/src/sys/sys/soundcard.h。

在 /usr/src/sys/dev/sound/ 下，pcm/ 目录包含核心代码，而 pci/、isa/ 和 usb/ 目录则包含 PCI 和 ISA 板卡的驱动程序，以及 USB 音频设备的驱动程序。

15.3. 探测、附加等

声音驱动程序几乎与任何硬件驱动模块一样进行探测和附加。你可能想查看手册中的 ISA 或 PCI 特定部分以获取更多信息。

然而，声音驱动程序在一些方面有所不同：

它们声明自己为 pcm 类设备，并使用 struct snddev_info 设备私有结构：
```
static driver_t xxx_driver = {
              "pcm",
              xxx_methods,
              sizeof(struct snddev_info)
          };

          DRIVER_MODULE(snd_xxxpci, pci, xxx_driver, pcm_devclass, 0, 0);
          MODULE_DEPEND(snd_xxxpci, snd_pcm, PCM_MINVER, PCM_PREFVER,PCM_MAXVER);
```
大多数声音驱动程序需要存储有关其设备的额外私有信息。私有数据结构通常在附加例程中分配。其地址通过对 pcm_register() 和 mixer_init() 的调用传递给 pcm。随后，pcm 在调用声音驱动程序接口时将该地址作为参数传递回去。
声音驱动程序的附加例程应通过调用 mixer_init() 向 pcm 声明其 MIXER 或 AC97 接口。对于 MIXER 接口，这会进一步调用 xxxmixer_init()。
声音驱动程序的附加例程通过调用 pcm_register(dev, sc, nplay, nrec) 向 pcm 声明其一般 CHANNEL 配置，其中 sc 是设备数据结构的地址，用于后续 pcm 的调用，nplay 和 nrec 分别是播放和录音通道的数量。
声音驱动程序的附加例程通过调用 pcm_addchan() 声明每个通道对象。这会在 pcm 中设置通道连接，并进一步调用 xxxchannel_init()。
声音驱动程序的拆卸例程应在释放资源之前调用 pcm_unregister()。

有两种处理非 PnP 设备的方法：

使用 device_identify() 方法（例如：sound/isa/es1888.c）。device_identify() 方法在已知地址探测硬件，如果发现受支持的设备，则创建一个新的 pcm 设备，并将其传递给探测/附加过程。
使用带有适当提示的自定义内核配置（例如：sound/isa/mss.c）。

pcm 驱动程序应实现 device_suspend、device_resume 和 device_shutdown 例程，以便电源管理和模块卸载能够正常工作。

15.4. 接口

pcm 核心与声音驱动之间的接口是通过内核对象定义的。

声音驱动通常会提供两个主要接口：CHANNEL 和 MIXER 或 AC97。

AC97 接口是一个非常小的硬件访问（寄存器读写）接口，适用于具有 AC97 编解码器的硬件驱动。在这种情况下，实际的 MIXER 接口是由 pcm 中共享的 AC97 代码提供的。

15.4.1. CHANNEL 接口

15.4.1.1. 函数参数的常见说明

声音驱动通常具有一个私有数据结构，用于描述其设备，并为其支持的每个播放和录音数据通道提供一个结构。

对于所有 CHANNEL 接口函数，第一个参数是一个不透明指针。

第二个参数是指向私有通道数据结构的指针，channel_init() 除外，后者具有指向私有设备结构的指针（并返回通道指针，供 pcm 进一步使用）。

15.4.1.2. 数据传输操作概述

对于声音数据传输，pcm 核心与声音驱动通过一个共享内存区域进行通信，该区域由 struct snd_dbuf 描述。

struct snd_dbuf 是 pcm 私有的，声音驱动通过调用访问器函数（sndbuf_getxxx()）获取感兴趣的值。

共享内存区域的大小由 sndbuf_getsize() 确定，并且被划分为固定大小的块，每块为 sndbuf_getblksz() 字节。

播放时，一般的传输机制如下（录音时则反向操作）：

pcm 首先填充缓冲区，然后调用声音驱动的 xxxchannel_trigger() 函数，参数为 PCMTRIG_START。
然后，声音驱动将整个内存区域（sndbuf_getbuf()，sndbuf_getsize()）以 sndbuf_getblksz() 字节为单位重复传输到设备。对于每个传输的块，它会回调 chn_intr()pcm 函数（通常在中断时发生）。
chn_intr() 会将新数据复制到已传输到设备的区域（现在为空闲），并对 snd_dbuf 结构进行适当的更新。

15.4.1.3. channel_init

xxxchannel_init() 用于初始化每个播放或录音通道。该调用由声音驱动的 attach 例程发起。（参见 crossref:sound）。

static void *
          xxxchannel_init(kobj_t obj, void *data,
             struct snd_dbuf *b, struct pcm_channel *c, int dir) ①
          {
              struct xxx_info *sc = data;
              struct xxx_chinfo *ch;
               ...
              return ch; ②
           }

① b 是指向通道 struct snd_dbuf 的地址。函数中应通过调用 sndbuf_alloc() 初始化该缓冲区。要使用的缓冲区大小通常是设备“典型”单位传输大小的小倍数。c 是 pcm 通道控制结构的指针，这是一个不透明对象。函数应将其存储在本地通道结构中，以供后续 pcm 调用使用（例如：chn_intr(c)）。dir 表示通道的方向（PCMDIR_PLAY 或 PCMDIR_REC）。
② 该函数应返回指向用于控制此通道的私有区域的指针。该指针将作为参数传递给其他通道接口调用。

15.4.1.4. channel_setformat

xxxchannel_setformat() 应该为指定的通道和指定的声音格式设置硬件。

static int
          xxxchannel_setformat(kobj_t obj, void *data, u_int32_t format) ①
          {
              struct xxx_chinfo *ch = data;
               ...
              return 0;
           }

① format 作为 AFMT_XXX 值（soundcard.h）指定。

15.4.1.5. channel_setspeed

xxxchannel_setspeed() 为指定的采样速度设置通道硬件，并返回可能调整后的速度。

static int
          xxxchannel_setspeed(kobj_t obj, void *data, u_int32_t speed)
          {
              struct xxx_chinfo *ch = data;
               ...
              return speed;
           }

15.4.1.6. channel_setblocksize

xxxchannel_setblocksize() 设置块大小，即 pcm 和声音驱动之间、以及声音驱动和设备之间的单位事务的大小。通常，这是传输发生中断前传输的字节数。在传输过程中，每当传输该大小的数据时，声音驱动应调用 pcm 的 chn_intr()。

大多数声音驱动仅在此处注意到块大小，以便在实际传输开始时使用。

static int
          xxxchannel_setblocksize(kobj_t obj, void *data, u_int32_t blocksize)
          {
              struct xxx_chinfo *ch = data;
                ...
              return blocksize; ①
           }

① 函数返回可能调整后的块大小。如果块大小确实更改，则应调用 sndbuf_resize() 来调整缓冲区。

15.4.1.7. channel_trigger

xxxchannel_trigger() 由 pcm 调用以控制驱动中的数据传输操作。

static int
          xxxchannel_trigger(kobj_t obj, void *data, int go) ①
          {
              struct xxx_chinfo *ch = data;
               ...
              return 0;
           }

① go 定义当前调用的操作。可能的值为：

注意
如果驱动程序使用 ISA DMA，应该在对设备执行操作之前调用 sndbuf_isadma()，它会处理 DMA 芯片的相关操作。

15.4.1.8. channel_getptr

xxxchannel_getptr() 返回传输缓冲区中的当前偏移量。通常这将由 chn_intr() 调用，这样 pcm 就能知道可以在哪里传输新数据。

15.4.1.9. channel_free

xxxchannel_free() 用于释放通道资源，例如在卸载驱动程序时。如果通道数据结构是动态分配的，或者 sndbuf_alloc() 没有用于缓冲区分配，则应该实现此函数。

15.4.1.10. channel_getcaps

struct pcmchan_caps *
          xxxchannel_getcaps(kobj_t obj, void *data)
          {
              return &xxx_caps; ①
           }

① 该例程返回指向（通常是静态定义的）pcmchan_caps 结构的指针（定义在 sound/pcm/channel.h）。该结构包含最小和最大采样频率，以及接受的声音格式。可以查看任何声音驱动程序的示例。

15.4.1.11. 更多函数

channel_reset()、channel_resetdone() 和 channel_notify() 是特殊用途的函数，应该在不讨论的情况下不要在驱动程序中实现，建议通过 FreeBSD 多媒体邮件列表讨论。

channel_setdir() 已弃用。

15.4.2. MIXER 接口

15.4.2.1. mixer_init

xxxmixer_init() 用于初始化硬件，并告诉 pcm 可用的播放和录音混音设备。

static int
          xxxmixer_init(struct snd_mixer *m)
          {
              struct xxx_info   *sc = mix_getdevinfo(m);
              u_int32_t v;

              [初始化硬件]

              [设置适当的位，表示播放混音设备] ①
              mix_setdevs(m, v);
              [设置适当的位，表示录音混音设备]
              mix_setrecdevs(m, v)

              return 0;
          }

① 在整数值中设置位，并调用 mix_setdevs() 和 mix_setrecdevs() 来告诉 pcm 存在哪些设备。

混音器位定义可以在 soundcard.h 中找到（SOUND_MASK_XXX 值和 SOUND_MIXER_XXX 位移）。

15.4.2.2. mixer_set

xxxmixer_set() 设置一个混音器设备的音量级别。

static int
          xxxmixer_set(struct snd_mixer *m, unsigned dev,
                           unsigned left, unsigned right) ①
          {
              struct sc_info *sc = mix_getdevinfo(m);
              [设置音量级别]
              return left | (right << 8); 燃堂
          }

① 设备由 SOUND_MIXER_XXX 值指定。音量值的范围是 [0-100]。值为零时应该静音设备。
② 由于硬件级别可能与输入比例不匹配，并且可能会发生一些四舍五入，函数返回实际的音量级别（范围为 0-100）。

15.4.2.3. mixer_setrecsrc

xxxmixer_setrecsrc() 设置录音源设备。

static int
          xxxmixer_setrecsrc(struct snd_mixer *m, u_int32_t src) ①
          {
              struct xxx_info *sc = mix_getdevinfo(m);

              [查找 src 中的非零位，设置硬件]

              [更新 src 以反映实际操作]
              return src; ②
           }

① 所需的录音设备作为一个位字段指定。
② 返回实际设置为录音的设备。有些驱动程序只能为录音设置一个设备。如果发生错误，函数应返回 -1。

15.4.2.4. mixer_uninit, mixer_reinit

xxxmixer_uninit() 应确保所有声音被静音，并且如果可能，混音器硬件应该关闭电源。

xxxmixer_reinit() 应确保混音器硬件重新启动，并恢复任何未通过 mixer_set() 或 mixer_setrecsrc() 控制的设置。

15.4.3. The AC97 Interface

AC97 接口由带有 AC97 编解码器的驱动程序实现。它只有三个方法：

xxxac97_init() 返回找到的 AC97 编解码器的数量。
ac97_read() 和 ac97_write() 分别读取或写入指定的寄存器。

AC97 接口由 pcm 中的 AC97 代码用于执行更高级别的操作。可以参考 sound/pci/maestro3.c 或 sound/pci/ 下的许多其他示例。

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最后更新于1个月前