# 第 15 章 声音子系统

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## 15.1. 简介

FreeBSD声音子系统清晰地将通用声音处理问题与设备特定的问题分离 开来。这使得更容易加入对新设备的支持。

pcm(4)框架是声音子系统的中心部分。它主要实现下面的组件：

- 一个到数字化声音和混音器函数的系统调用接口（read, write, ioctls）。ioctl命令集合兼容老的OSS 或Voxware接口，允许一般多媒体应用程序 不加修改地移植。

- 处理声音数据的公共代码（格式转换，虚拟通道）。

- 一个统一的软件接口，与硬件特定的音频接口模块接口

- 对某些通用硬件接口（ac97）或共享的硬件特定代码 （例如：ISA DMA例程）的额外支持。

对特定声卡的支持是通过硬件特定的驱动程序来实现的，这些驱动程序 提供通道和混音器接口，插入到通用pcm代码中。

本章中，术语pcm将指声音驱动程序的 中心，通用部分，这是对比硬件特定的模块而言的。

预期的驱动程序编写者当然希望从现有模块开始，并使用那些代码作为 最终参考。但是，由于声音代码十分简洁漂亮，这也基本上免除了注释。 本文档试图给出框架接口的一个概览，并回答改写现有代码时可能出现的 一些问题。

作为另外的途径，或者说除了从一个可工作的范例开始的办法之外， 你可以从http://people.FreeBSD.org/~cg/template.c找到一个注释过的 驱动程序模板。

## 15.2. 文件

除/usr/src/sys/sys/soundcard.h中的公共 ioctl接口定义外，所有的相关代码当前(FreeBSD 4.4)位于 /usr/src/sys/dev/sound/。

在/usr/src/sys/dev/sound/下面， pcm/目录中保存着中心代码， 而isa/和pci/目录中有 ISA和PCI板的驱动程序。

## 15.3. 探测，连接等

声音驱动程序使用与任何硬件驱动程序模块相同的方法探测和连接（设备）。 你可能希望浏览一下手册中ISA或PCI章节的内容来获取更多信息。

然而，声音驱动程序在某些方面又有些不同：

- 他们将自己声明为pcm类设备，带有一个 设备私有结构`struct snddev_info`：

                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关于其设备的附加私有信息。私有数据 结构通常在连接例程中分配。其地址通过调用 `pcm_register()`和 `mixer_init()`传递给 pcm。后面pcm 将此地址作为调用声音驱动程序接口时的参数传递回来。

- 声音驱动程序的连接例程应当通过调用`mixer_init()`向pcm声明它的MIXER或AC97 接口。对于MIXER接口，这会接着引起调用 `xxxmixer_init()`。

- 声音驱动程序的连接例程通过调用 `pcm_register(dev, sc, nplay, nrec)` 向pcm声明其通用CHANNEL配置，其中 `sc`是设备数据结构的地址， 在pcm以后的调用中将会用到它， `nplay`和`nrec`是播放和录音 通道的数目。

- 声音驱动程序的连接例程通过调用 `pcm_addchan()`声明它的每个通道对象。这会在 pcm中建立起通道合成，并接着会引起调用 `xxxchannel_init()` （译注：请参考原文）。

- 声音驱动程序的分离例程在释放其资源之前应当调用 `pcm_unregister()`。

有两种可能的方法来处理非PnP设备：

- 使用`device_identify()`方法 （范例：sound/isa/es1888.c）。 `device_identify()`方法在已知地址探测硬件， 如果发现支持的设备就会创建一个新的pcm设备，这个pcm设备接着 会被传递到probe/attach。

- 使用定制内核配置的方法，为pcm设备设置适当的hints（范例： sound/isa/mss.c）。

pcm驱动程序应当实现 `device_suspend`， `device_resume`和 `device_shutdown`例程，这样电源管理和模块卸载就能 正确地发挥作用。

## 15.4. 接口

pcm核心与声音驱动程序之间的接口以术语 内核对象的叫法来定义。

声音驱动程序通常提供两种主要的接口： CHANNEL以及 MIXER或AC97。

AC97是一个很小的硬件访问（寄存器读/写） 接口，由驱动程序为带AC97编码解码器的硬件来实现。这种情况下，实际的 MIXER接口由pcm中共享的AC97代码提供。

### 15.4.1. CHANNEL接口

#### 15.4.1.1. 函数参数的通常注意事项

声音驱动程序通常用一个私有数据结构来描述他们的设备，驱动 程序所支持的播放和录音数据通道各有一个。

对于所有的CHANNEL接口函数，第一个参数是一个不透明的指针。

第二个参数是指向私有的通道数据结构的指针， `channel_init()`是个例外，它的指针指向私有 设备结构（并返回由pcm以后使用的通道指针）。

#### 15.4.1.2. 数据传输操作概览

对于声音数据传输，pcm核心与声音驱动 程序是通过一个由`struct snd_dbuf`描述的 共享内存区域进行通信的。

`struct snd_dbuf`是 pcm私有的，声音驱动程序通过调用访问者 函数（`sndbuf_getxxx()`）来获得感兴趣的值。

共享内存区域的大小等于 `sndbuf_getsize()`，并被分割为大小固定，且等于 `sndbuf_getblksz()`字节的很多块。

当播放时，常规的传输机制如下（将意思反过来就是录音）：

- pcm开始时填充缓冲区，然后以 参数PCMTRIG_START调用声音驱动程序的`xxxchannel_trigger()` 。

- 声音驱动程序接着安排以 `sndbuf_getblksz()`字节大小为块，重复将 整个内存区域（`sndbuf_getbuf()`， `sndbuf_getsize()`）传输到设备。对于每个 传输块回调pcm函数 `chn_intr()`（这通常在中断时间发生）。

- `chn_intr()`安排将新数据拷贝到那些 数据已传输到设备（现在空闲）的区域，并对 `snd_dbuf`结构进行适当的更新。

#### 15.4.1.3. channel_init

调用`xxxchannel_init()`来初始化每个播放 和录音通道。这个调用从声音驱动程序的连接例程中发起。（参看 探测和连接一节）。

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

`b`为通道 `struct snd_dbuf`的地址。它应当在 函数中通过调用`sndbuf_alloc()`来初始化。 所用的缓冲区大小通常是设备’典型’传输大小的一个较小的倍数。 `c`为 pcm通道控制结构的指针。这是个不透明 指针。函数应当将它保存到局部通道结构中，在后面调用 pcm函数（例如： `chn_intr(c)`）时会使用它。`dir`指示通道方向 （`PCMDIR_PLAY`或 `PCMDIR_REC`）。 函数应当返回一个指针，此指针指向用于控制此通道的私有 区域。它将作为参数被传递到对其他通道接口的调用。

#### 15.4.1.4. channel_setformat

`xxxchannel_setformat()`应当按特定通道， 特定声音格式设置硬件。

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

`format`为 `AFMT_XXX value`值之一 （soundcard.h）。

#### 15.4.1.5. channel_setspeed

`xxxchannel_setspeed()`按指定的取样速度 设置通道硬件，并返回返回可能调整过的速度。

              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， 这是pcm与声音驱动程序，以及声音驱动 程序与设备之间的传输单位的大小。传输期间，每次传输这样大小的 数据后，声音驱动程序都应当调用pcm的 `chn_intr()`。

大多数驱动程序只注意这儿的块大小，因为当实际传输开始时应该 使用这个值。

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

函数返回可能调整过的块大小。如果块大小真的变化了， 这种情况下应当调用`sndbuf_resize()`调整 缓冲区的大小。

#### 15.4.1.7. channel_trigger

`xxxchannel_trigger()`由 pcm来控制驱动程序中的实际传输操作。

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

`go`定义当前调用的动作。可能的值为：

| 如果驱动程序使用ISA DMA，则应当在设备上执行动作前 调用`sndbuf_isadma()`，并处理DMA芯片一方的 事情。

#### 15.4.1.8. channel_getptr

`xxxchannel_getptr()`返回传输缓冲区中 当前的缓冲。它通常由`chn_intr()`调用，而且 这也是为什么pcm知道它应当往哪儿传送 新数据。

#### 15.4.1.9. channel_free

调用`xxxchannel_free()`来释放通道资源， 例如当驱动程序卸载时，并且如果通道数据结构是动态分配的，或者 如果不使用`sndbuf_alloc()`进行缓冲区分配， 则应当实现这个函数。

#### 15.4.1.10. channel_getcaps

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

这个例程返回指向（通常静态定义的） `pcmchan_caps`结构的指针（在 sound/pcm/channel.h中定义）。这个结构 保存着最小和最大采样频率和被接受的声音格式。任何声音驱动 程序都可以作为一个范例。

#### 15.4.1.11. 更多函数

`channel_reset()`, `channel_resetdone()`和 `channel_notify()`用于特殊目的，未与权威人士 (Cameron Grant)进行探讨之前不应当在驱动程序中实现它。

不赞成使用`channel_setdir()`.

### 15.4.2. MIXER接口

#### 15.4.2.1. mixer_init

`xxxmixer_init()`初始化硬件，并告诉 pcm什么混音器设备可用来播放和录音。

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

                  [初始化硬件]

                  [为播放混音器设置v中适当的位].
                  mix_setdevs(m, v);
                  [为录音混音器设置v中适当的位]
                  mix_setrecdevs(m, v)

                  return 0;
              }

设置一个整数值中的位，并调用 `mix_setdevs()`和 `mix_setrecdevs()`来告诉 pcm存在什么设备。

混音器的位定义可以在soundcard.h中 找到。（`SOUND_MASK_XXX`值和 `SOUND_MIXER_XXX`移位）。

#### 15.4.2.2. mixer_set

`xxxmixer_set()`为混音器设备设置音量级别 (level)。

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

设备被指定为 `SOUND_MIXER_XXX` 值在范围[0-100]之间指定音量值。零值应当让设备静音。 由于硬件(音量)级别(level)可能不匹配输入比例，会出现 某些圆整，例程返回如上面所示的实际级别值（范围0-100内）。

#### 15.4.2.3. mixer_setrecsrc

`xxxmixer_setrecsrc()`设定录音源设备。

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

                  [查看src中的非零位, 设置硬件]

                  [更新src反映实际动作]
                  return src;.
               }

期望的录音设备由一个位域指定. 返回设置用来录音的实际设备。一些驱动程序只能设置一个 录音设备。如果出现错误，函数应当返回-1。

#### 15.4.2.4. mixer_uninit, mixer_reinit

`xxxmixer_uninit()`应当确保不会发出任何 声音，并且如果可能则应当让混音器硬件断电。

`xxxmixer_reinit()`应当确保混音器硬件 加电，并且恢复所有不受`mixer_set()`或 `mixer_setrecsrc()`控制的设置。

### 15.4.3. AC97接口

AC97由带有AC97编码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编码解码器的数目。

- `ac97_read()`与 `ac97_write()`读写指定的寄存器。

The AC97接口由 pcm中的AC97代码来执行高层操作。参看 sound/pci/maestro3.c或 sound/pci/下很多其他内容作为范例。

Last modified on: February 18, 2025 by Fernando Apesteguía

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