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ALSA 用戶空間之 TinyAlsa

“Of course you can just use it as a tool, but some people are interestedin how it works, and want to change it, and it’s not doesn’t have to bejust a tool.” – Dr. Seymour Papert

TinyAlsa是 Android 默認的 alsalib, 封裝了內(nèi)核 ALSA 的接口，用于簡化用戶空間的 ALSA 編程。

設計目標

TinyAlsa的設計目標是：

• Provide a basic pcm and mixer API.
• If it’s not absolutely needed, don’t add it to the API.
• Avoid supporting complex and unnecessary operations that could be dealtwith at a higher level.

可以看出，TinyAlsa是個很輕量級的庫，很容易讓我們一窺究竟。

接口

在include/asoundlib.h頭文件里聲明了TinyAlsa的所有接口。

/* Open and close a stream */struct pcm *pcm_open(unsigned int card, unsigned int device,                 unsigned int flags, struct pcm_config *config);int pcm_close(struct pcm *pcm);int pcm_is_ready(struct pcm *pcm);/* PCM API*/int pcm_write(struct pcm *pcm, const void *data, unsigned int count);int pcm_read(struct pcm *pcm, void *data, unsigned int count);int pcm_mmap_write(struct pcm *pcm, const void *data, unsigned int count);int pcm_set_avail_min(struct pcm *pcm, int avail_min);/* MIXER API */mixer_ctl_get_XX(struct mixer_ctl *ctl);mixer_ctl_set_XX(struct mixer_ctl *ctl);

頭文件沒有暴露struct pcm的內(nèi)部成員，這意味著調(diào)用者只能使用它的API對音頻設備訪問。在播放操作時，pcm_mmap_write()比pcm_write()減少了內(nèi)存拷貝的開銷，但由于它需要增加系統(tǒng)調(diào)用來同步數(shù)據(jù)指針，在緩沖區(qū)小的情況下，效率不一定總是更高，但它提供了更好的靈活性。

用戶配置

合理的pcm_config可以做到更好的低時延和功耗，移動設備的開發(fā)優(yōu)為敏感。

struct pcm_config {    unsigned int channels;    unsigned int rate;    unsigned int period_size;    unsigned int period_count;    enum pcm_format format;    unsigned int start_threshold;    unsigned int stop_threshold;    unsigned int silence_threshold;    int avail_min;};

解釋一下結(jié)構(gòu)中的各個參數(shù)，每個參數(shù)的單位都是frame(1幀 = 通道*采樣位深)：

• period_size. 每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度。值越小，時延越小，cpu占用就越高。
• period_count. 緩之沖區(qū)period的個數(shù)。緩沖區(qū)越大，發(fā)生XRUN的機會就越少。
• format. 定義數(shù)據(jù)格式，如采樣位深，大小端。
• start_threshold. 緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)超過該值時，硬件開始啟動數(shù)據(jù)傳輸。如果太大，從開始播放到聲音出來時延太長，甚至可導致太短促的聲音根本播不出來;如果太小，又可能容易導致XRUN.
• stop_threshold. 緩沖區(qū)空閑區(qū)大于該值時，硬件停止傳輸。默認情況下，這個數(shù)為整個緩沖區(qū)的大小，即整個緩沖區(qū)空了，就停止傳輸。但偶爾的原因?qū)е戮彌_區(qū)空，如CPU忙，增大該值，繼續(xù)播放緩沖區(qū)的歷史數(shù)據(jù)，而不關閉再啟動硬件傳輸(一般此時有明顯的聲音卡頓)，可以達到更好的體驗。
• silence_threshold. 這個值本來是配合stop_threshold使用，往緩沖區(qū)填充靜音數(shù)據(jù)，這樣就不會重播歷史數(shù)據(jù)了。但如果沒有設定silence_size,這個值會生效嗎？求解？？
• avail_min. 緩沖區(qū)空閑區(qū)大于該值時，pcm_mmap_write()才往緩沖寫數(shù)據(jù)。這個值越大，往緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)的次數(shù)就越少，面臨XRUN的機會就越大。Androidsamsung tuna 設備在screen_off時增大該值以減小功耗，在screen_on時減小該值以減小XRUN的機會。

在不同的場景下，合理的參數(shù)就是在性能、時延、功耗等之間達到較好的平衡。

實現(xiàn)

有朋友問為什么在pcm_write()/pcm_mmap_write()，而不在pcm_open()調(diào)用pcm_start()? 這是因為音頻流與其它的數(shù)據(jù)不同，實時性要求很高。作為TinyAlsa的實現(xiàn)者，不能假定在調(diào)用者open之后及時的write數(shù)據(jù)，所以只能在有數(shù)據(jù)寫入的時候start設備了。

Mixer的實現(xiàn)很明了，通過ioctl()調(diào)用訪問kcontrols.

TinyAlsa說復雜的操作應該由上層來處理，可能指的是重采樣、插件功能等。但由于 不能直接訪問聲卡設備，以至于要添加一些功能，如非阻塞打開聲卡等，只能修改它的 源代碼才能實現(xiàn)。導出pcm的文件描述符就有那么難么