Linux音频驱动深度解析：OSS与ALSA框架

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"Linux音频设备驱动" 在Linux操作系统中，音频设备驱动是系统与硬件音频编解码器交互的关键部分。本资源主要介绍了两种主要的音频设备框架：OSS（Open Sound System）和ALSA（Advanced Linux Sound Architecture）。作者通过《LINUX设备驱动开发详解》详细阐述了这些内容，适合对Linux内核驱动感兴趣的读者。 OSS是早期的Linux音频框架，17.3节中提到了OSS音频设备驱动的构成，包括mixin接口和dsp接口，以及如何在用户空间进行编程。mixin接口允许混合和控制多个音频源，而dsp接口则处理实际的音频数据传输。 ALSA是后来取代OSS的音频框架，它提供了更先进和灵活的功能。17.4节中，ALSA驱动的组成被详细讨论，包括card和组件管理、PCM设备（脉冲编码调制，用于数字音频数据传输）、control接口（用于音量和混音控制）以及AC97 API（一种常见的音频编解码器接口）。ALSA的设计使得用户空间编程更为简单和高效。章节17.5和17.6通过具体的硬件实例深入浅出地讲解了如何编写OSS和ALSA驱动。第一个例子是S3C2410微控制器通过IIS（Inter-IC Sound）接口与UDA1341编解码器的配合，展示了OSS驱动的实现。第二个例子涉及PXA255处理器通过AC97接口与AC97编解码器的交互，展示了ALSA驱动的编写过程。数字音频设备的性能主要取决于两个关键参数：采样频率和量化精度。采样频率决定了音频的质量和保真度，常见的44.1kHz和48kHz采样率能提供良好的听觉体验。量化精度则决定了声音细节的表现，24bit量化精度意味着音频信号的分析非常精细，能够提供更逼真的声音效果。音频设备硬件接口如PCM和IIS是连接微处理器或DSP与音频编解码器的桥梁。PCM接口是最基础的接口，依赖于精确的时钟脉冲来同步数据传输。IIS接口则增加了数据线，允许更高的数据传输速率和更复杂的音频系统设计。总结来说，本资源深入探讨了Linux系统下的音频设备驱动开发，包括OSS和ALSA框架的原理与实践，以及数字音频的基本概念。对于想了解或开发Linux音频驱动的工程师来说，这是一份宝贵的参考资料。

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如果想设置混音通道的增益大小，则可以通过 SOUND_MIXER_WRITE 宏来实现，例如下面的语句可

以用来设置麦克风的输入增益：

vol = (right << 8) + left;

ioctl(fd, SOUND

MIXER

WRITE(SOUND

MIXER

MIC), &vol);

（3）查询 MIXER 信息。

声卡驱动程序提供了多个 ioctl()系统调用来获得混音器的信息，它们通常返回一个整型的位掩码，其

中每一位分别代表一个特定的混音通道，如果相应的位为 1，则说明与之对应的混音通道是可用的。

通过 SOUND_MIXER_READ_DEVMASK 返回的位掩码查询出能够被声卡支持的每一个混音通道，而

通过 SOUND_MIXER_READ_RECMAS 返回的位掩码则可以查询出能够被当作录音源的每一个通道。例如，

如下代码可用来检查 CD 输入是否是一个有效的混音通道：

ioctl(fd, SOUND

MIXER

READ

DEVMASK, &devmask);

if (devmask & SOUND

MIXER

CD)

printf("The CD input is supported");

如下代码可用来检查 CD 输入是否是一个有效的录音源：

ioctl(fd, SOUND

MIXER

READ

RECMASK, &recmask);

if (recmask & SOUND

MIXER

CD)

printf("The CD input can be a recording source");

大多数声卡提供了多个录音源，通过 SOUND_MIXER_READ_RECSRC 可以查询出当前正在使用的录

音源，同一时刻可使用两个或两个以上的录音源，具体由声卡硬件本身决定。相应地，使用

SOUND_MIXER_WRITE_RECSRC 可以设置声卡当前使用的录音源，如下代码可以将 CD 输入作为声卡的

录音源使用。

devmask = SOUND

MIXER

CD;

ioctl(fd, SOUND

MIXER

WRITE

RECSRC, &devmask);

此外，所有的混音通道都有单声道和双声道的区别，如果需要知道哪些混音通道提供了对立体声的支

持，可以通过 SOUND_MIXER_READ_STEREODEVS 来获得。

代码清单 17.4 的程序实现了利用/dev/mixer 接口对混音器进行编程的过程，该程序可对各种混音通道

的增益进行调节。

代码清单 17.4 OSS mixer 接口应用编程范例

1 #include <unistd.h>

2 #include <stdlib.h>

3 #include <stdio.h>

4 #include <sys/ioctl.h>

5 #include <fcntl.h>

6 #include <linux/soundcard.h>

7 /* 用来存储所有可用混音设备的名称 */

8 const char *sound

device

names[] = SOUND

DEVICE

NAMES;

9 int fd; /* 混音设备所对应的文件描述符 */

10 int devmask, stereodevs; /* 混音器信息对应的 bit 掩码 */

11 char *name;

12 /* 显示命令的使用方法及所有可用的混音设备 */

13 void usage()

14 {

15 int i;

16 fprintf(stderr, "usage: %s <device> <left-gain%%> <right-gain%%>\n"

17 "%s <device> <gain%%>\n\n""Where <device> is one of:\n", name, name);

18 for(i = 0; i < SOUND

MIXER

NRDEVICES; i++)

19 if ((1 << i) &devmask)

20 /* 只显示有效的混音设备 */

21 fprintf(stderr, "%s ", sound

device

names[i]);

22 fprintf(stderr, "\n");

23 exit(1);

24 }

26 int main(int argc, char *argv[])

27 {

28 int left, right, level; /* 增益设置 */

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29 int status; /* 系统调用的返回值 */

30 int device; /* 选用的混音设备 */

31 char *dev; /* 混音设备的名称 */

32 int i;

33 name = argv[0];

34 /* 以只读方式打开混音设备 */

35 fd = open("/dev/mixer", O

RDONLY);

36 if (fd == - 1)

37 {

38 perror("unable to open /dev/mixer");

39 exit(1);

40 }

42 /* 获得所需要的信息 */

43 status = ioctl(fd, SOUND

MIXER

READ

DEVMASK, &devmask);

44 if(status == - 1)

45 perror("SOUND

MIXER

READ

DEVMASK ioctl failed");

46 status = ioctl(fd, SOUND

MIXER

READ

STEREODEVS, &stereodevs);

47 if (status == - 1)

48 perror("SOUND

MIXER

READ

STEREODEVS ioctl failed");

49 /* 检查用户输入 */

50 if (argc != 3 && argc != 4)

51 usage();

52 /* 保存用户输入的混音器名称 */

53 dev = argv[1];

54 /* 确定即将用到的混音设备 */

55 for (i = 0; i < SOUND

MIXER

NRDEVICES; i++)

56 if (((1 << i) &devmask) && !strcmp(dev, sound

device

names[i]))

57 break;

58 if (i == SOUND

MIXER

NRDEVICES)

59 {

60 /* 没有找到匹配项 */

61 fprintf(stderr, "%s is not a valid mixer device\n", dev);

62 usage();

63 }

64 /* 查找到有效的混音设备 */

65 device = i;

66 /* 获取增益值 */

67 if (argc == 4)

68 {

69 /* 左、右声道均给定 */

70 left = atoi(argv[2]);

71 right = atoi(argv[3]);

72 }

73 else

74 {

75 /* 左、右声道设为相等 */

76 left = atoi(argv[2]);

77 right = atoi(argv[2]);

78 }

80 /* 对非立体声设备给出警告信息 */

81 if ((left != right) && !((1 << i) &stereodevs))

82 {

83 fprintf(stderr, "warning: %s is not a stereo device\n", dev);

84 }

86 /* 将两个声道的值合到同一变量中 */

87 level = (right << 8) + left;

89 /* 设置增益 */

90 status = ioctl(fd, MIXER

WRITE(device), &level);

91 if (status == - 1)

92 {

93 perror("MIXER

WRITE ioctl failed");

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94 exit(1);

95 }

96 /* 获得从驱动返回的左右声道的增益 */

97 left = level &0xff;

98 right = (level &0xff00) >> 8;

99 /* 显示实际设置的增益 */

100 fprintf(stderr, "%s gain set to %d%% / %d%%\n", dev, left, right);

101 /* 关闭混音设备 */

102 close(fd);

103 return 0;

104 }

编译上述程序为可执行文件 mixer，执行./mixer <device> <left-gain%> <right-gain%>或./mixer <device>

<gain%>可设置增益，device 可以是 vol、pcm、speaker、line、mic、cd、igain、line1、phin、video。

Linux ALSA 音频设备驱动

17.4.1 ALSA 的组成

虽然 OSS 已经非常成熟，但它毕竟是一个没有完全开放源代码的商业产品，而 ALSA （Advanced

Linux Sound Architecture）恰好弥补了这一空白，它符合 GPL，是在 Linux 下进行音频编程时另一种

可供选择的声卡驱动体系结构。ALSA 除了像 OSS 那样提供了一组内核驱动程序模块之外，还专门

为简化应用程序的编写提供了相应的函数库，与 OSS 提供的基于 ioctl 的原始编程接口相比，ALSA

函数库使用起来要更加方便一些。ALSA 的主要特点如下。

 支持多种声卡设备。

 模块化的内核驱动程序。

 支持 SMP 和多线程。

 提供应用开发函数库（alsa-lib）以简化应用程序开发。

 支持 OSS API，兼容 OSS 应用程序。

ALSA 具有更加友好的编程接口，并且完全兼容于 OSS，对应用程序员来讲无疑是一个更佳的选择。

ALSA 系统包括驱动包 alsa-driver、开发包 alsa-libs、开发包插件 alsa-libplugins、设置管理工具包 alsa-utils、

其他声音相关处理小程序包 alsa-tools、特殊音频固件支持包 alsa- firmware、OSS 接口兼容模拟层工具

alsa-oss 共 7 个子项目，其中只有驱动包是必需的。

alsa-driver 指内核驱动程序，包括硬件相关的代码和一些公共代码，非常庞大，代码总量达数十万行；

alsa-libs 指用户空间的函数库，提供给应用程序使用，应用程序应包含头文件 asoundlib.h，并使用共享库

libasound.so；alsa-utils 包含一些基于 ALSA 的用于控制声卡的应用程序，如 alsaconf（侦测系统中声卡并

写一个适合的 ALSA 配置文件）、

alsactl（控制 ALSA 声卡驱动的高级设置）、alsamixer（基于 ncurses 的混

音器程序）、amidi（用于读写 ALSA RawMIDI）、amixer（ALSA 声卡混音器的命令行控制）、aplay（基于

命令行的声音文件播放）、arecord（基于命令行的声音文件录制）等。

目前 ALSA 内核提供给用户空间的接口有：

 信息接口（Information Interface，/proc/asound）；

 控制接口（Control Interface，/dev/snd/controlCX）；

 混音器接口（Mixer Interface，/dev/snd/mixerCXDX）；

 PCM 接口（PCM Interface，/dev/snd/pcmCXDX）；

 Raw 迷笛接口（Raw MIDI Interface，/dev/snd/midiCXDX）；

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