Audio-PCM设备的创建

前言

一、PCM编码

PCM (Pulse Code Modulation) 是通过等时间隔（即采样率时钟周期）采样将模拟信号数字化的方法。

PCM信号的两个重要指标是采样频率和量化精度，目前，CD音频的采样频率通常为44100Hz(其他还有8K、44.1K、48K、192K 甚至 384K 和 768K)，量化精度是16bit（其他还有 8 位、24 位、32 位）。通常，播放音乐时，应用程序从存储介质中读取音频数据（MP3、WMA、AAC…），经过解码后，最终送到音频驱动程序中的就是PCM数据，反过来，在录音时，音频驱动不停地把采样所得的PCM数据送回给应用程序，由应用程序完成压缩、存储等任务。所以，音频驱动的两大核心任务就是:

playback如何把用户空间的应用程序发过来的PCM数据，转化为人耳可以辨别的模拟音频;
capture把mic拾取到得模拟信号，经过采样、量化，转换为PCM信号送回给用户空间的应用程序;

二、ALSA-PCM中间层

ALSA已经为我们实现了功能强劲的PCM中间层，自己的驱动中只要实现一些底层的需要访问硬件的函数即可。

PCM中间层的代码在include\sound\pcm.h中，提供了许许多多的pcm操作函数，比如创建销毁等等，有兴趣的可以去了解一下。

每个声卡最多可以包含4个pcm的实例，每个pcm实例对应一个pcm设备文件。pcm实例数量的这种限制源于linux设备号所占用的位大小，如果以后使用64位的设备号，我们将可以创建更多的pcm实例。不过大多数情况下，在嵌入式设备中，一个pcm实例已经足够了。

一个pcm实例由一个playback stream和一个capture stream组成，这两个stream又分别有一个或多个substreams组成。

一个pcm实例由一个playback stream和一个capture stream组成，这两个stream又分别有一个或多个substreams组成。

下面一张图列出了pcm中间层几个重要的结构，他可以让我们从uml的角度看一看这列结构的关系，理清他们之间的关系，对我们理解pcm中间层的实现方式。

• snd_pcm是挂在snd_card下面的一个snd_device
• snd_pcm中的字段: streams[2]，该数组中的两个元素指向两个snd_pcm_str结构，分别代表playback stream和cpature stream
• snd_pcm_str中的substream字段，指向snd_pcm_substream结构
• snd_pcm_substream是pcm中间层的核心，绝大部分任务都是在substream中处理，尤其是他的
  ops (snd_pcm_ops）字段，许多user空间的应用程序通过alsa-lib对驱动程序的请求都是由该结构中的函数处理。它的runtime字段则指向snd_pcm_runtime结构，snd_pcm_runtime记录这substream的
  些重要的软件和硬件运行环境和参数。

  
  
  
  

三、PCM创建流程

pcm逻辑设备的创建流程是在声卡的创建过程中创建的，在machine驱动中有介绍声卡的创建流程。

在snd_soc_register_card–>snd_soc_instantiate_card–>soc_new_pcm，此函数开始创建PCM逻辑设备

函数原型如下：

int soc_new_pcm(struct snd_soc_pcm_runtime *rtd, int num) 

int snd_pcm_new(struct snd_card *card, const char *id, int device, int playback_count, int capture_count, struct snd_pcm **rpcm) { 
    return _snd_pcm_new(card, id, device, playback_count, capture_count, false, rpcm); } 

参数含义如下：

• @card: 传入的声卡结构体
• @id: id字符创
• @device: 表示目前创建的是声卡下的第几个pcm，第一个pcm从0开始
• @playback_count: 表示pcm将会有几个playbace substream
• @capture_count:表示pcm将会有几个capture substream
• @rpcm: 存储新的pcm实例的指针

在soc_new_pcm之后就开始了PCM逻辑设备的创建创建历程如下：

snd_pcm_new->_snd_pcm_new->snd_pcm_dev_register->snd_register_device

snd_pcm_new：

int snd_pcm_new(struct snd_card *card, const char *id, int device, int playback_count, int capture_count, struct snd_pcm **rpcm) { 
    return _snd_pcm_new(card, id, device, playback_count, capture_count, false, rpcm); } 

_snd_pcm_new:

static int _snd_pcm_new(struct snd_card *card, const char *id, int device, int playback_count, int capture_count, bool internal, 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, }; if (snd_BUG_ON(!card)) return -ENXIO; if (rpcm) *rpcm = NULL; pcm = kzalloc(sizeof(*pcm), GFP_KERNEL); if (!pcm) return -ENOMEM; pcm->card = card; pcm->device = device; pcm->internal = internal; mutex_init(&pcm->open_mutex); init_waitqueue_head(&pcm->open_wait); INIT_LIST_HEAD(&pcm->list); if (id) strlcpy(pcm->id, id, sizeof(pcm->id)); if ((err = snd_pcm_new_stream(pcm, SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK, playback_count)) < 0) { 
    snd_pcm_free(pcm); return err; } if ((err = snd_pcm_new_stream(pcm, SNDRV_PCM_STREAM_CAPTURE, capture_count)) < 0) { 
    snd_pcm_free(pcm); return err; } if ((err = snd_device_new(card, SNDRV_DEV_PCM, pcm, &ops)) < 0) { 
    snd_pcm_free(pcm); return err; } if (rpcm) *rpcm = pcm; return 0; } 

int snd_pcm_new_stream(struct snd_pcm *pcm, int stream, int substream_count) { 
    ······ dev_set_name(&pstr->dev, "pcmC%iD%i%c", pcm->card->number, pcm->device, stream == SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK ? 'p' : 'c'); ······ } 

snd_pcm_dev_register：

static int snd_pcm_dev_register(struct snd_device *device) { 
    int cidx, err; struct snd_pcm_substream *substream; struct snd_pcm_notify *notify; struct snd_pcm *pcm; ······ /* register pcm */ err = snd_register_device(devtype, pcm->card, pcm->device, &snd_pcm_f_ops[cidx], pcm, &pcm->streams[cidx].dev); } ······ return err; }