Linux ALSA 之四：Tinyalsa-＞Alsa Driver Flow分析

一、概述

前面分析了 Linux 内核中如何写一个简单的 ALSA 驱动，创建 snd_card，但是没讲解在应用层该如何调用来完成对底层硬件的操作。Linux ALSA 在内核层提供了 alsa-driver，在应用层提供了 alsa-lib，应用程序只需要调用 alsa-lib 提供的 API 即可完成对底层硬件的操作。但由于 ALSA 架构太过于庞大，对于嵌入式设备而言很多功能用不到，且会增加功耗，所以 Android 采用了精简后的 tinyalsa。

二、Tinyalsa

Android 中使用 tinyalsa 控制管理所有模式的音频通路，也可以使用 tinyalsa 提供的工具进行查看、调试。

Tinyalsa 源码位于 android 源码目录下 external/tinyalsa，可以使用 mmm 命令编译，mmm external/tinyalsa

编译 tinyalsa 后会生成四个小工具：

• tinymix
• tinyplay
• inycap
• inypcminfo

2.1 tinypcminfo

tinypcminfo 用于查看 pcm 通道的相关信息，如 PCM 采样率，Channels，采样点数等信息。

tinypcminfo -D <cardx>

其中 -D 后边跟的参数为声卡，可以通过 /proc/asound/cards 查看

2.2 tinymix

1）tinymix 可以查看系统的音频控件，可直接执行 tinymix 进行查看；
2）tinymix 可以手动设置控件的值，控件可通过 tinymix 查看，或者通过 mixer_paths.xml 查看。

tinymix -help
	tinymix [option] [control name/#] [value to set]
	options:
	--device|-D <cardx>：use the given card # instead of 0.
	--all-value|-a：show all possible values/rangs for control.
	---tabs-only|-t：separate all columns/values with tabs.
	--value-only|-v：show only the value for the selected control.

2.3 tinyplay

tinyplay 是一个简易的音乐播放器，一般用于播放测试。
可以直接进行播放 wav 格式文件，在播放前需要先使用 tinymix 进行相关控件的设置。

tinyplay file.wav [-D card] [-d device] [-p period_size] [-n n_periods]

2.4 tinycap

tinycap 是一个简易的录音软件，一般用于录音测试。

使用之前也需要先设置录音相关的控件，设置好控件后，执行 tinycap xxx.wav 即可将音频录制到 xxx.wav 中。

tinycap file.wav [-D card] [-d device] [-c channels] [-r rate] [-b bits] [-p period_size] [-n n_periods] [-T capture time]

参考链接1
参考链接2

三、Tinyalsa->alsa driver flow 分析

本节主要讲解 tinyalsa 播放音频是如何实现对音频控件控制以及播放的。

3.1 tinymix 配置通路 path

对于使用 tinyalsa 播放的时候，通常需要先通过 tinymix 配置通路，如 mixer，mux，volume control 等，本节以对 dummy.c 中的 "Master Volume" 控制为例讲解即可。

3.1.1 mixer 重要数据结构

在 /tinyalsa/mixer.c 中主要的数据结构是 struct mixer，用来保存该 card 下所有 control info 在 tinyalsa 中的保存，如下：

struct mixer_ctl {
    
    
    struct mixer *mixer;
    struct snd_ctl_elem_info *info;
    char **ename;
};

struct mixer {
    
    
    int fd;
    struct snd_ctl_card_info card_info;
    /* 为每个 ctl 分配一个 elem_info, 记录该 ctl 的详细信息 */
    struct snd_ctl_elem_info *elem_info; 
    /* 为每个 ctl 分配一个 mixer_ctl, 其中主要成员也是 elem_info, 并且 ctl->info = mixer->elem_info */
    struct mixer_ctl *ctl; 
    unsigned int count;
};

从上述结构体可以看出每个 ctl 都有一个对应的 elem_info 用来描述该 ctl 详细信息，如下：

struct snd_ctl_elem_info {
    
    
	struct snd_ctl_elem_id id;	/* W: element ID */
	snd_ctl_elem_type_t type;	/* R: value type - SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_* */
	unsigned int access;		/* R: value access (bitmask) - SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_* */
	unsigned int count;		/* count of values */
	__kernel_pid_t owner;		/* owner's PID of this control */
	union {
    
    
		struct {
    
    
			long min;		/* R: minimum value */
			long max;		/* R: maximum value */
			long step;		/* R: step (0 variable) */
		} integer;
		struct {
    
    
			long long min;		/* R: minimum value */
			long long max;		/* R: maximum value */
			long long step;		/* R: step (0 variable) */
		} integer64;
		struct {
    
    
			unsigned int items;	/* R: number of items */
			unsigned int item;	/* W: item number */
			char name[64];		/* R: value name */
			__u64 names_ptr;	/* W: names list (ELEM_ADD only) */
			unsigned int names_length;
		} enumerated;
		unsigned char reserved[128];
	} value;
	union {
    
    
		unsigned short d[4];		/* dimensions */
		unsigned short *d_ptr;		/* indirect - obsoleted */
	} dimen;
	unsigned char reserved[64-4*sizeof(unsigned short)];
};

• elem_id 主要是用来区分 Control 的，定义如下：

struct snd_ctl_elem_id {
    
    
	unsigned int numid;		/* numeric identifier, zero = invalid */
	snd_ctl_elem_iface_t iface;	/* interface identifier */
	unsigned int device;		/* device/client number */
	unsigned int subdevice;		/* subdevice (substream) number */
	unsigned char name[SNDRV_CTL_ELEM_ID_NAME_MAXLEN];		/* ASCII name of item */
	unsigned int index;		/* index of item */
};

其中 numid 在 snd_ctl_add() 时会递增，用于表示 ctl 编号；name 即该 ctl name，即分别对应 tinymix 下的 ctl & name；

• type 表示该 control value 的类型，即对应 tinymix 下的 type；
• access 表示该 control 的访问能力，如 write & read 等；
• count 表示该 control 控制的 value 数量，例如对于 stereo volume reg 不一样时则 count 为 2，即对应 tinymix 下的 num；
• value 根据上述 type 的不同选择对应的 union，其保存着当前 ctl 当前的状态，即对应 tinymix 下的 value；

上述的字段中在 tinymix 中都会显示，如下：

3.1.2 打开 mixer 设备

tinymix 首先调用 mixer_open()【/tinyalsa/mixer.c】 打开 mixer 设备，其中该函数主要实现的内容是 open /dev/snd/controlC%u 设备，并且通过 ioctl 函数获取该 card 下所有 kcontrol info，并且填充在 mixer 中，如下：

struct mixer *mixer_open(unsigned int card)
{
    
    
	struct snd_ctl_elem_list elist;
	struct snd_ctl_elem_id *eid = NULL;
	struct mixer *mixer = NULL;
	unsigned int n;
	int fd;
	char fn[256];
	
	//1、打开 /dev/snd/ControlC%u 设备;
	snprintf(fn, sizeof(fn), "/dev/snd/controlC%u", card);
	fd = open(fn, O_RDWR);
	if (fd < 0)
		return 0;

	//2、通过 IOCTL_ELEM_LIST 获取 card->controls_count;
	memset(&elist, 0, sizeof(elist));
	if (ioctl(fd, SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_LIST, &elist) < 0)
		goto fail;

	//3、分配 mixer, 以及为 all controls 分配对应的 ctl & elem_info 等;
	mixer = calloc(1, sizeof(*mixer));
	if (!mixer)
		goto fail;

	mixer->ctl = calloc(elist.count, sizeof(struct mixer_ctl));
	mixer->elem_info = calloc(elist.count, sizeof(struct snd_ctl_elem_info));
	if (!mixer->ctl || !mixer->elem_info)
		goto fail;

	if (ioctl(fd, SNDRV_CTL_IOCTL_CARD_INFO, &mixer->card_info) < 0)
		goto fail;

	eid = calloc(elist.count, sizeof(struct snd_ctl_elem_id));
	if (!eid)
		goto fail;

	mixer->count = elist.count;
	mixer->fd = fd;
	elist.space = mixer->count;
	elist.pids = eid;

	//4、通过 IOCTL_ELEM_LIST 获取 elem_id (including numid, name 等), 并且最终将 elist info 填充到 mixer->ctl 中.
	if (ioctl(fd, SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_LIST, &elist) < 0)
		goto fail;

	for (n = 0; n < mixer->count; n++) {
    
    
		struct mixer_ctl *ctl = mixer->ctl + n;

		ctl->mixer = mixer;
		ctl->info = mixer->elem_info + n;
		ctl->info->id.numid = eid[n].numid;
		strncpy((char *)ctl->info->id.name, (char *)eid[n].name,
				SNDRV_CTL_ELEM_ID_NAME_MAXLEN);
		ctl->info->id.name[SNDRV_CTL_ELEM_ID_NAME_MAXLEN - 1] = 0;
	}

	free(eid);
	return mixer;

fail:
	/* TODO: verify frees in failure case */
	if (eid)
		free(eid);
	if (mixer)
		mixer_close(mixer);
	else if (fd >= 0)
		close(fd);
	return 0;
}

针对上述 mixer.c 中 call 到 alsa driver 的内容没有给出详细介绍，这里提供自己画的 flow 时序图，如下：

3.1.3 通过写 mixer 设备=>设置 control 的值

在前面一节中已经通过 mixer_open() 打开并获得了 mixer，包含了 card 下所有 control info，接下来则可以通过 ctl id/name 找到要控制的 ctl，并设置 control 值到 alsa driver，实现对音频控件的控制，详细实现如下：

static void tinymix_set_value(struct mixer *mixer, const char *control,
                              char **values, unsigned int num_values)
{
    
    
    struct mixer_ctl *ctl;
    enum mixer_ctl_type type;
    unsigned int num_ctl_values;
    unsigned int i;

	//1、通过 id / name 找到对应的 ctl
    if (isdigit(control[0]))
        ctl = mixer_get_ctl(mixer, atoi(control));
    else
        ctl = mixer_get_ctl_by_name(mixer, control);

    if (!ctl) {
    
    
        fprintf(stderr, "Invalid mixer control\n");
        return;
    }

    type = mixer_ctl_get_type(ctl);
    num_ctl_values = mixer_ctl_get_num_values(ctl);

    if (type == MIXER_CTL_TYPE_BYTE) {
    
    
        tinymix_set_byte_ctl(ctl, values, num_values);
        return;
    }

    if (isdigit(values[0][0])) {
    
    
        if (num_values == 1) {
    
    
            /* Set all values the same */
            int value = atoi(values[0]);

            for (i = 0; i < num_ctl_values; i++) {
    
    
            	//2、对相应的 ctl 设置 value
                if (mixer_ctl_set_value(ctl, i, value)) {
    
    
                    fprintf(stderr, "Error: invalid value\n");
                    return;
                }
            }
        } else {
    
    
            /* Set multiple values */
            if (num_values > num_ctl_values) {
    
    
                fprintf(stderr,
                        "Error: %d values given, but control only takes %d\n",
                        num_values, num_ctl_values);
                return;
            }
            for (i = 0; i < num_values; i++) {
    
    
                if (mixer_ctl_set_value(ctl, i, atoi(values[i]))) {
    
    
                    fprintf(stderr, "Error: invalid value for index %d\n", i);
                    return;
                }
            }
        }
    } else {
    
    
        if (type == MIXER_CTL_TYPE_ENUM) {
    
    
            if (num_values != 1) {
    
    
                fprintf(stderr, "Enclose strings in quotes and try again\n");
                return;
            }
            if (mixer_ctl_set_enum_by_string(ctl, values[0]))
                fprintf(stderr, "Error: invalid enum value\n");
        } else {
    
    
            fprintf(stderr, "Error: only enum types can be set with strings\n");
        }
    }
}

最终通过 mixer.c 中的 mixer_ctl_set_value() 函数通过 ioctl 将 value 设置给音频控件，如下：

int mixer_ctl_set_value(struct mixer_ctl *ctl, unsigned int id, int value)
{
    
    
    struct snd_ctl_elem_value ev;
    int ret;

    if (!ctl || (id >= ctl->info->count))
        return -EINVAL;

    memset(&ev, 0, sizeof(ev));
    ev.id.numid = ctl->info->id.numid;
    ret = ioctl(ctl->mixer->fd, SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_READ, &ev);
    if (ret < 0)
        return ret;

    switch (ctl->info->type) {
    
    
    case SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_BOOLEAN:
        ev.value.integer.value[id] = !!value;
        break;

    case SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_INTEGER:
        ev.value.integer.value[id] = value;
        break;

    case SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_ENUMERATED:
        ev.value.enumerated.item[id] = value;
        break;

    case SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_BYTES:
        ev.value.bytes.data[id] = value;
        break;

    default:
        return -EINVAL;
    }

    return ioctl(ctl->mixer->fd, SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_WRITE, &ev);
}

针对上述 mixer.c 中 call 到 alsa driver 的内容没有给出详细介绍，这里提供自己画的 flow 时序图，如下：

3.2 tinyplay 播放 pcm

在使用 tinymix 配置好音频通路时，就可以使用 tinyplay 播放 wav pcm 文件，本节以对 dummy.c 为例进行播放简单穿插讲解即可。

3.2.1 tinyalsa pcm 重要数据结构

在 tinyalsa/pcm.c 中重要的数据结构是 struct pcm，用来保存播放 pcm stream 对应的所有 info，定义如下：

struct pcm {
    
    
    int fd;	//使用的 pcm dev
    unsigned int flags;	//代表 pcm direction
    int running:1;
    int prepared:1;
    int underruns;
    unsigned int buffer_size;
    unsigned int boundary;
    char error[PCM_ERROR_MAX];
    struct pcm_config config;
    struct snd_pcm_mmap_status *mmap_status;
    struct snd_pcm_mmap_control *mmap_control;
    struct snd_pcm_sync_ptr *sync_ptr;
    void *mmap_buffer;
    unsigned int noirq_frames_per_msec;
    int wait_for_avail_min;
};

• flags 代表该 pcm stream 方向，定义有 PCM_OUT、PCM_IN、PCM_MMAP 等；
• buffer_size 等于 period_size * period_count，在 pcm driver 中会 apply runtime->status->hw_ptr，runtime->control->appl_ptr 在 [0, buffer_size-1]；
• config 播放的 pcm stream 的配置，具体描述看如下定义：

/* Configuration for a stream */
struct pcm_config {
    
    
    unsigned int channels;
    unsigned int rate;
    unsigned int period_size;
    unsigned int period_count;
    enum pcm_format format;

    /* Values to use for the ALSA start, stop and silence thresholds, and
     * silence size.  Setting any one of these values to 0 will cause the
     * default tinyalsa values to be used instead.
     * Tinyalsa defaults are as follows.
     *
     * start_threshold   : period_count * period_size
     * stop_threshold    : period_count * period_size
     * silence_threshold : 0
     * silence_size      : 0
     */
    unsigned int start_threshold;
    unsigned int stop_threshold;
    unsigned int silence_threshold;
    unsigned int silence_size;

    /* Minimum number of frames available before pcm_mmap_write() will actually
     * write into the kernel buffer. Only used if the stream is opened in mmap mode
     * (pcm_open() called with PCM_MMAP flag set).   Use 0 for default.
     */
    int avail_min;
};

3.2.2 打开 pcm 设备

tinyplay 播放 pcm wav 音频时，首先会 parser wav 出 audio pcm data，最后通过 tinyplay.c 下 play_sample() 函数调用 tinyalsa pcm.c 函数，最终通过控制 pcm device 实现将 audio data 送到硬体中。本节省略对 wav parser 等的分析，主要分析 play_sample() 函数。

首先调用 pcm_open() 函数打开并配置 pcm 设备，其中该函数主要实现是根据参数 open(/dev/snd/pcmC%uD%u%c)，并且根据 pcm_config 等参数通过 ioctl 设置 hw_params & sw_params，最终返回 pcm 实例，其定义实现如下：

struct pcm *pcm_open(unsigned int card, unsigned int device,
                     unsigned int flags, struct pcm_config *config)
{
    
    
    struct pcm *pcm;
    struct snd_pcm_info info;
    struct snd_pcm_hw_params params;
    struct snd_pcm_sw_params sparams;
    char fn[256];
    int rc;

	//1、分配 pcm 实例, 并将相关 input params 填充到 pcm 实例中;
    pcm = calloc(1, sizeof(struct pcm));
    if (!pcm || !config)
        return &bad_pcm; /* TODO: could support default config here */

    pcm->config = *config;

    snprintf(fn, sizeof(fn), "/dev/snd/pcmC%uD%u%c", card, device,
             flags & PCM_IN ? 'c' : 'p');

    pcm->flags = flags;

	//2、open /dev/snd/pcmC%uD%u%c 设备, 通过 fcntl 设置为阻塞IO
    pcm->fd = open(fn, O_RDWR|O_NONBLOCK);
    if (pcm->fd < 0) {
    
    
        oops(pcm, errno, "cannot open device '%s'", fn);
        return pcm;
    }

    if (fcntl(pcm->fd, F_SETFL, fcntl(pcm->fd, F_GETFL) &
              ~O_NONBLOCK) < 0) {
    
    
        oops(pcm, errno, "failed to reset blocking mode '%s'", fn);
        goto fail_close;
    }

    if (ioctl(pcm->fd, SNDRV_PCM_IOCTL_INFO, &info)) {
    
    
        oops(pcm, errno, "cannot get info");
        goto fail_close;
    }

	//3、根据 input params：config 初始化 hw params 并通过 ioctl 设置 hw params 给 pcm device;
    param_init(&params);
    param_set_mask(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_FORMAT,
                   pcm_format_to_alsa(config->format));
    param_set_mask(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_SUBFORMAT,
                   SNDRV_PCM_SUBFORMAT_STD);
    param_set_min(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_PERIOD_SIZE, config->period_size);
    param_set_int(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_SAMPLE_BITS,
                  pcm_format_to_bits(config->format));
    param_set_int(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_FRAME_BITS,
                  pcm_format_to_bits(config->format) * config->channels);
    param_set_int(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_CHANNELS,
                  config->channels);
    param_set_int(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_PERIODS, config->period_count);
    param_set_int(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_RATE, config->rate);
	...
    if (flags & PCM_MMAP)
        param_set_mask(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_ACCESS,
                       SNDRV_PCM_ACCESS_MMAP_INTERLEAVED);
    else
        param_set_mask(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_ACCESS,
                       SNDRV_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);

    if (ioctl(pcm->fd, SNDRV_PCM_IOCTL_HW_PARAMS, &params)) {
    
    
        oops(pcm, errno, "cannot set hw params");
        goto fail_close;
    }

    /* get our refined hw_params */
    config->period_size = param_get_int(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_PERIOD_SIZE);
    config->period_count = param_get_int(&params, SNDRV_PCM_HW_PARAM_PERIODS);
    pcm->buffer_size = config->period_count * config->period_size;
	...
	//4、根据 input params：config 初始化 sw params 并通过 ioctl 设置 sw params 给 pcm device;
    memset(&sparams, 0, sizeof(sparams));
    sparams.tstamp_mode = SNDRV_PCM_TSTAMP_ENABLE;
    sparams.period_step = 1;

    if (!config->start_threshold) {
    
    
        if (pcm->flags & PCM_IN)
            pcm->config.start_threshold = sparams.start_threshold = 1;
        else
            pcm->config.start_threshold = sparams.start_threshold =
                config->period_count * config->period_size / 2;
    } else
        sparams.start_threshold = config->start_threshold;

    /* pick a high stop threshold - todo: does this need further tuning */
    if (!config->stop_threshold) {
    
    
        if (pcm->flags & PCM_IN)
            pcm->config.stop_threshold = sparams.stop_threshold =
                config->period_count * config->period_size * 10;
        else
            pcm->config.stop_threshold = sparams.stop_threshold =
                config->period_count * config->period_size;
    }
    else
        sparams.stop_threshold = config->stop_threshold;

    if (!pcm->config.avail_min) {
    
    
        if (pcm->flags & PCM_MMAP)
            pcm->config.avail_min = sparams.avail_min = pcm->config.period_size;
        else
            pcm->config.avail_min = sparams.avail_min = 1;
    } else
        sparams.avail_min = config->avail_min;

    sparams.xfer_align = config->period_size / 2; /* needed for old kernels */
    sparams.silence_threshold = config->silence_threshold;
    sparams.silence_size = config->silence_size;
    pcm->boundary = sparams.boundary = pcm->buffer_size;

    while (pcm->boundary * 2 <= INT_MAX - pcm->buffer_size)
        pcm->boundary *= 2;

    if (ioctl(pcm->fd, SNDRV_PCM_IOCTL_SW_PARAMS, &sparams)) {
    
    
        oops(pcm, errno, "cannot set sw params");
        goto fail;
    }
	...
    pcm->underruns = 0;
    return pcm;

fail:
    ...
fail_close:
    close(pcm->fd);
    pcm->fd = -1;
    return pcm;
}

3.2.2.1 open pcm playback device

在 open /dev/snd/pcmC%uD%up device 时会嵌入到 alsa core，最终会调用 substream->ops->open() 函数。在该函数主要是找到一个空闲 & 可用的 substream，并且为其分配一个 runtime，通过 substream->ops->open() 拿到该 substream 支持的 snd_pcm_hardware，填充给 runtime->hw，又根据该 hw params 填充 runtime->snd_pcm_hw_constraints，以便后面 Setting Hw Params 时使用。该步骤涉及重要的数据结构有：

1）struct snd_pcm_hardware

/*
 *  Hardware (lowlevel) section
 */

struct snd_pcm_hardware {
    
    
	unsigned int info;		/* SNDRV_PCM_INFO_* */
	u64 formats;			/* SNDRV_PCM_FMTBIT_* */
	unsigned int rates;		/* SNDRV_PCM_RATE_* */
	unsigned int rate_min;		/* min rate */
	unsigned int rate_max;		/* max rate */
	unsigned int channels_min;	/* min channels */
	unsigned int channels_max;	/* max channels */
	size_t buffer_bytes_max;	/* max buffer size */
	size_t period_bytes_min;	/* min period size */
	size_t period_bytes_max;	/* max period size */
	unsigned int periods_min;	/* min # of periods */
	unsigned int periods_max;	/* max # of periods */
	size_t fifo_size;		/* fifo size in bytes */
};

该结构体主要描述的是 hw 支持的 pcm 能力(各参数详解略)

2）struct snd_pcm_hw_constraints

struct snd_pcm_hw_constraints {
    
    
	struct snd_mask masks[SNDRV_PCM_HW_PARAM_LAST_MASK - 
			 SNDRV_PCM_HW_PARAM_FIRST_MASK + 1];
	struct snd_interval intervals[SNDRV_PCM_HW_PARAM_LAST_INTERVAL -
			     SNDRV_PCM_HW_PARAM_FIRST_INTERVAL + 1];
	unsigned int rules_num;
	unsigned int rules_all;
	struct snd_pcm_hw_rule *rules;
};

该结构体主要是在 alsa core 保存对当前 substream 的 hw capability 描述，详解如下：

• masks[] 用来描述那些需要使用多个 bits 来描述支持多种能力的参数，如 Access Type(RW/MMAP等)，Formats(S16_LE/BE/U16_LE/BE等)，每种能力均占用 1 bit，多种能力 ‘|’；
• intervals[] 用来描述那些有大小范围等的参数，如 Sample/Frame Bits，Channels，Rate，Buffer Size/Bytes 等；
• rules 用来为那些依赖其他参数的参数创建 rules，起到限制作用，在 snd_pcm_hw_constraints_init() 中创建 rules，如 Sample/Frame Bits 依赖于 Format(8/16/24/32等)，Buffer Size/Bytes 依赖于 Peroid_size & Period_count 等等，使用 snd_pcm_hw_rule_add() 创建 rules，其中参数有 runtime，var(who’s rules)，rule_func，dep…(即依赖的参数，可变参数)；
• rules_nums 描述当前创建 rules 的数量；
• rules_all 描述当前分配的可创建 rules 的最大数量(若 rules_nums > rules_all 时，则会重新 + 16).

3.2.2.2 Setting Hw Params

在调用 ioctl(SNDRV_PCM_IOCZTL_HW_PARAMS) 时会传入一个 snd_pcm_hw_params 参数，如前面代码所示，在调用该函数前会先根据 pcm_open() 传入的 pcm_config 转换成相应的 hw_params 中，在 alsa core 中则会利用该 hw_params 与前面 open 时拿到的 substream hw_constraints 进行比较，看 substream 是否支持播放，若支持则会将比较后（masks 相与，intervals 则缩小范围）的结构保存在 hw params，并利用 substream->ops->hw_params（前面已讲解，此处略），若遇到不支持的 hw params 则会直接 return error. 该步骤涉及重要的数据结构有：

1）struct snd_pcm_hw_params

struct snd_pcm_hw_params {
    
    
	unsigned int flags;
	struct snd_mask masks[SNDRV_PCM_HW_PARAM_LAST_MASK -
			       SNDRV_PCM_HW_PARAM_FIRST_MASK + 1];
	struct snd_mask mres[5];	/* reserved masks */
	struct snd_interval intervals[SNDRV_PCM_HW_PARAM_LAST_INTERVAL -
				        SNDRV_PCM_HW_PARAM_FIRST_INTERVAL + 1];
	struct snd_interval ires[9];	/* reserved intervals */
	unsigned int rmask;		/* W: requested masks */
	unsigned int cmask;		/* R: changed masks */
	unsigned int info;		/* R: Info flags for returned setup */
	unsigned int msbits;		/* R: used most significant bits */
	unsigned int rate_num;		/* R: rate numerator */
	unsigned int rate_den;		/* R: rate denominator */
	snd_pcm_uframes_t fifo_size;	/* R: chip FIFO size in frames */
	unsigned char reserved[64];	/* reserved for future */
};

该结构体主要保存播放片源 & 硬件支持能力相比较后的结果，参数如下：

• masks[] 如 hw_constraints->masks[]；
• intervals[] 如 hw_constraints->intervals[]；

3.2.2.3 Setting Sw Params

在调用 ioctl(SNDRV_PCM_IOCTL_SW_PARAMS) 时会传入一个 snd_pcm_sw_params 参数，如前面代码所示，在调用该函数前也会先根据 pcm_config 转换成相应的 sw params 中，如 threshold，silence，boundary，tstamp_mode，avail_min(用于在 alsa core 中每次等待唤醒的 free space) 等，在 alsa core 则会根据 sw params 填充到 runtime 相应的参数中，主要涉及的数据结构有：

1）struct snd_pcm_sw_params

struct snd_pcm_sw_params {
    
    
	int tstamp_mode;			/* timestamp mode */
	unsigned int period_step;
	unsigned int sleep_min;			/* min ticks to sleep */
	snd_pcm_uframes_t avail_min;		/* min avail frames for wakeup */
	snd_pcm_uframes_t xfer_align;		/* obsolete: xfer size need to be a multiple */
	snd_pcm_uframes_t start_threshold;	/* min hw_avail frames for automatic start */
	snd_pcm_uframes_t stop_threshold;	/* min avail frames for automatic stop */
	snd_pcm_uframes_t silence_threshold;	/* min distance from noise for silence filling */
	snd_pcm_uframes_t silence_size;		/* silence block size */
	snd_pcm_uframes_t boundary;		/* pointers wrap point */
	unsigned int proto;			/* protocol version */
	unsigned int tstamp_type;		/* timestamp type (req. proto >= 2.0.12) */
	unsigned char reserved[56];		/* reserved for future */
};

该结构体主要描述播放片源时的各种 sw params，如 threshold，silence，boundary，tstamp_mode，avail_min(用于在 alsa core 中每次等待唤醒的 free space) 等，详细略。

在上述中针对 pcm_open() 函数中调用到 alsa core 都仅仅描述其重要功能，并未描述详细 flow，其 flow 基本如下时序图，

3.2.3 通过 pcm_write 写 pcm 数据到 Pcm 设备

在前面调用 pcm_open() 函数创建并分配好 pcm handle 后，此时就可以利用 pcm handle 调用 pcm_write 将 pcm 数据循环写入到 pcm device 中。

3.2.3.1 Setting Pcm Prepare Once

在 pcm_write() 中如果前面为非 running 状态时，先需要下 pcm_prepare()，即 ioctl(SNDRV_PCM_IOCTL_PREPARE)，内部会调用 substream->ops->prepare()，用于设置采样率、格式等，并且最后会 do_reset()，即调用 substream->ops->ioctl(IOCTL1_RESET) 实现对 runtime hw_ptr & appl_ptr 做 reset 动作；

3.2.3.2 Write Pcm Data to pcm Dev Loop

在有做 pcm_prepare() 之后就会循环调用 pcm_write()，即 ioctl(SNDRV_PCM_IOCTL_WRITEI_FRAMES) 每次写不超过 buffer_size=period_count*period_size pcm data，直到写完。在 alsa core 中，会循环等待 avail_min freespace 后唤醒去 copy pcm data 到 dma 缓冲区中，其中 wrptr=>runtime->control->appl_ptr(在每次 copy data 之后由 alsa core 更新)，rdptr=>runtime->status->hw_ptr(在 alsa driver 中会有个 period_size timer interrupt call snd_pcm_period_elapsed() 更新)，并且在第一次 write 之后会下 snd_pcm_start(substream)，即 substream->ops->trigger(SNDRV_PCM_TRIGGER_START)，update runtime substream_status.

在上述描述 pcm_write() 中针对 alsa core 的详细 flow 如下时序图：