Linux ALSA音效卡驅動之四：Control裝置的建立

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Control介面

Control介面主要讓使用者空間的應用程式（alsa-lib）可以訪問和控制音頻codec晶片中的多路開關，滑動控制項等。對於Mixer（混音）來說，Control介面顯得尤為重要，從ALSA 0.9.x版本開始，所有的mixer工作都是通過control介面的API來實現的。

 

ALSA已經為AC97定義了完整的控制介面模型，如果你的Codec晶片只支援AC97介面，你可以不用關心本節的內容。

 

<sound/control.h>定義了所有的Control API。如果你要為你的codec實現自己的controls，請在代碼中包含該標頭檔。

Controls的定義 

要自訂一個Control，我們首先要定義3各回呼函數：info，get和put。然後，定義一個snd_kcontrol_new結構：

static struct snd_kcontrol_new my_control __devinitdata = {<br /> .iface = SNDRV_CTL_ELEM_IFACE_MIXER,<br /> .name = "PCM Playback Switch",<br /> .index = 0,<br /> .access = SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE,<br /> .private_value = 0xffff,<br /> .info = my_control_info,<br /> .get = my_control_get,<br /> .put = my_control_put<br />};

 

iface欄位指出了control的類型，alsa定義了幾種類型（SNDDRV_CTL_ELEM_IFACE_XXX），常用的類型是MIXER，當然也可以定義屬於全域的CARD類型，也可以定義屬於某類裝置的類型，例如HWDEP，PCMRAWMIDI，TIMER等，這時需要在device和subdevice欄位中指出卡的裝置邏輯編號。

 

name欄位是該control的名字，從ALSA 0.9.x開始，control的名字是變得比較重要，因為control的作用是按名字來歸類的。ALSA已經預定義了一些control的名字，我們再Control Name一節詳細討論。

 

index欄位用於儲存該control的在該卡中的編號。如果音效卡中有不止一個codec，每個codec中有相同名字的control，這時我們可以通過index來區分這些controls。當index為0時，則可以忽略這種區分策略。

 

access欄位包含了該control的訪問類型。每一個bit代表一種訪問類型，這些訪問類型可以多個“或”運算組合在一起。

 

private_value欄位包含了一個任意的長整數類型值。該值可以通過info，get，put這幾個回呼函數訪問。你可以自己決定如何使用該欄位，例如可以把它拆分成多個位域，又或者是一個指標，指向某一個資料結構。

 

tlv欄位為該control提供中繼資料。

Control的名字

control的名字需要遵循一些標準，通常可以分成3部分來定義control的名字：源--方向--功能。

 

• 源，可以理解為該control的輸入端，alsa已經預定義了一些常用的源，例如：Master，PCM，CD，Line等等。 
• 方向，代表該control的資料流向，例如：Playback，Capture，Bypass，Bypass Capture等等，也可以不定義方向，這時表示該Control是雙向的（playback和capture）。 
• 功能，根據control的功能，可以是以下字串：Switch，Volume，Route等等。

 也有一些命名上的特例：

• 全域的capture和playback    "Capture Source"，"Capture Volume"，"Capture Switch"，它們用於全域的capture source，switch和volume。同理，"Playback Volume"，"Playback Switch"，它們用於全域的輸出switch和volume。
• Tone-controles    音調控制的開關和音量命名為：Tone Control - XXX，例如，"Tone Control - Switch"，"Tone Control - Bass"，"Tone Control - Center"。
• 3D controls    3D控制項的命名規則：，"3D Control - Switch"，"3D Control - Center"，"3D Control - Space"。
• Mic boost    麥克風音量加強控制項命名為："Mic Boost"或"Mic Boost(6dB)"。

訪問標誌（ACCESS Flags）

Access欄位是一個bitmask，它儲存了改control的訪問類型。預設的訪問類型是：SNDDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE，表明該control支援讀和寫操作。如果access欄位沒有定義（.access==0），此時也認為是READWRITE類型。

 

如果是一個唯讀control，access應該設定為：SNDDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READ，這時，我們不必定義put回呼函數。類似地，如果是唯寫control，access應該設定為：SNDDRV_CTL_ELEM_ACCESS_WRITE，這時，我們不必定義get回呼函數。

 

如果control的值會頻繁地改變（例如：電平表），我們可以使用VOLATILE類型，這意味著該control會在沒有通知的情況下改變，應用程式應該定時地查詢該control的值。

 

回呼函數

 info回呼函數

info回呼函數用於擷取control的詳細資料。它的主要工作就是填充通過參數傳入的snd_ctl_elem_info對象，以下例子是一個具有單個元素的boolean型control的info回調：

static int snd_myctl_mono_info(struct snd_kcontrol *kcontrol,<br /> struct snd_ctl_elem_info *uinfo)<br />{<br /> uinfo->type = SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_BOOLEAN;<br /> uinfo->count = 1;<br /> uinfo->value.integer.min = 0;<br /> uinfo->value.integer.max = 1;<br /> return 0;<br />}

 

type欄位指出該control的實值型別，實值型別可以是BOOLEAN, INTEGER, ENUMERATED, BYTES,IEC958和INTEGER64之一。count欄位指出了改control中包含有多少個元素單元，比如，立體聲的音量control左右兩個聲道的音量值，它的count欄位等於2。value欄位是一個聯合體（union），value的內容和control的類型有關。其中，boolean和integer類型是相同的。

 

ENUMERATED類型有些特殊。它的value需要設定一個字串和字串的索引，請看以下例子：

static int snd_myctl_enum_info(struct snd_kcontrol *kcontrol,<br />struct snd_ctl_elem_info *uinfo)<br />{<br /> static char *texts[4] = {<br /> "First", "Second", "Third", "Fourth"<br /> };<br /> uinfo->type = SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_ENUMERATED;<br /> uinfo->count = 1;<br /> uinfo->value.enumerated.items = 4;<br /> if (uinfo->value.enumerated.item > 3)<br /> uinfo->value.enumerated.item = 3;<br /> strcpy(uinfo->value.enumerated.name,<br /> texts[uinfo->value.enumerated.item]);<br /> return 0;<br />}

 

alsa已經為我們實現了一些通用的info回呼函數，例如：snd_ctl_boolean_mono_info()，snd_ctl_boolean_stereo_info()等等。

get回呼函數

該回呼函數用於讀取control的當前值，並返回給使用者空間的應用程式。

static int snd_myctl_get(struct snd_kcontrol *kcontrol,<br /> struct snd_ctl_elem_value *ucontrol)<br />{<br /> struct mychip *chip = snd_kcontrol_chip(kcontrol);<br /> ucontrol->value.integer.value[0] = get_some_value(chip);<br /> return 0;<br />}

 

value欄位的賦值依賴於control的類型（如同info回調）。很多音效卡的驅動利用它儲存硬體寄存器的地址、bit-shift和bit-mask，這時，private_value欄位可以按以下例子進行設定：

 

.private_value = reg | (shift << 16) | (mask << 24);

 

然後，get回呼函數可以這樣實現：

static int snd_sbmixer_get_single(struct snd_kcontrol *kcontrol,
    struct snd_ctl_elem_value *ucontrol)

{
    int reg = kcontrol->private_value & 0xff;
    int shift = (kcontrol->private_value >> 16) & 0xff;
    int mask = (kcontrol->private_value >> 24) & 0xff;
    ....

    //根據以上的值讀取相應寄存器的值並填入value中
}

 

如果control的count欄位大於1，表示control有多個元素單元，get回呼函數也應該為value填充多個數值。

 

put回呼函數

put回呼函數用於把應用程式的控制值設定到control中。

static int snd_myctl_put(struct snd_kcontrol *kcontrol,<br /> struct snd_ctl_elem_value *ucontrol)<br />{<br /> struct mychip *chip = snd_kcontrol_chip(kcontrol);<br /> int changed = 0;<br /> if (chip->current_value !=<br /> ucontrol->value.integer.value[0]) {<br /> change_current_value(chip,<br /> ucontrol->value.integer.value[0]);<br /> changed = 1;<br /> }<br /> return changed;<br />}

 

如上述例子所示，當control的值被改變時，put回調必須要返回1，如果值沒有被改變，則返回0。如果發生了錯誤，則返回一個負數的錯誤號碼。

 

和get回調一樣，當control的count大於1時，put回調也要處理多個control中的元素值。

建立Controls

當把以上討論的內容都準備好了以後，我們就可以建立我們自己的control了。alsa-driver為我們提供了兩個用於建立control的API：

• snd_ctl_new1()
• snd_ctl_add()

我們可以用以下最簡單的方式建立control：

err = snd_ctl_add(card, snd_ctl_new1(&my_control, chip));<br />if (err < 0)<br /> return err;

 

在這裡，my_control是一個之前定義好的snd_kcontrol_new對象，chip對象將會被賦值在kcontrol->private_data欄位，該欄位可以在回呼函數中訪問。

 

snd_ctl_new1()會分配一個新的snd_kcontrol執行個體，並把my_control中相應的值複製到該執行個體中，所以，在定義my_control時，通常我們可以加上__devinitdata首碼。snd_ctl_add則把該control綁定到音效卡對象card當中。

中繼資料（Metadata）

很多mixer control需要提供以dB為單位的資訊，我們可以使用DECLARE_TLV_xxx宏來定義一些包含這種資訊的變數，然後把control的tlv.p欄位指向這些變數，最後，在access欄位中加上SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_TLV_READ標誌，就像這樣：

 

static DECLARE_TLV_DB_SCALE(db_scale_my_control, -4050, 150, 0);

static struct snd_kcontrol_new my_control __devinitdata = {
    ...
    .access = SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE |
            SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_TLV_READ,
    ...
    .tlv.p = db_scale_my_control,
};

 

DECLARE_TLV_DB_SCALE宏定義的mixer control，它所代表的值按一個固定的dB值的步長變化。該宏的第一個參數是要定義變數的名字，第二個參數是最小值，以0.01dB為單位。第三個參數是變化的步長，也是以0.01dB為單位。如果該control處於最小值時會做出mute時，需要把第四個參數設為1。

 

DECLARE_TLV_DB_LINEAR宏定義的mixer control，它的輸出隨值的變化而線性變化。 該宏的第一個參數是要定義變數的名字，第二個參數是最小值，以0.01dB為單位。第二個參數是最大值，以0.01dB為單位。如果該control處於最小值時會做出mute時，需要把第二個參數設為TLV_DB_GAIN_MUTE。

 

這兩個宏實際上就是定義一個整形數組，所謂tlv，就是Type-Lenght-Value的意思，數組的第0各元素代表資料的類型，第1個元素代表資料的長度，第三個元素和之後的元素儲存該變數的資料。

Control裝置的建立

Control裝置和PCM裝置一樣，都屬於音效卡下的邏輯裝置。使用者空間的應用程式通過alsa-lib訪問該Control裝置，讀取或控制control的控制狀態，從而達到控制音頻Codec進行各種Mixer等控制操作。

 

Control裝置的建立過程大體上和PCM裝置的建立過程相同。詳細的建立過程可以參考本博的另一篇文章：Linux音頻驅動之三：PCM裝置的建立。下面我們只討論有區別的地方。

 

我們需要在我們的驅動程式初始化時主動調用snd_pcm_new()函數建立pcm裝置，而control裝置則在snd_card_create()內被建立，snd_card_create()通過調用snd_ctl_create()函數建立control裝置節點。所以我們無需顯式地建立control裝置，只要建立音效卡，control裝置被自動地建立。

 

和pcm裝置一樣，control裝置的名字遵循一定的規則：controlCxx，這裡的xx代表音效卡的編號。我們也可以通過代碼正是這一點，下面的是snd_ctl_dev_register()函數的代碼：

/*<br /> * registration of the control device<br /> */<br />static int snd_ctl_dev_register(struct snd_device *device)<br />{<br />struct snd_card *card = device->device_data;<br />int err, cardnum;<br />char name[16];</p><p>if (snd_BUG_ON(!card))<br />return -ENXIO;<br />cardnum = card->number;<br />if (snd_BUG_ON(cardnum < 0 || cardnum >= SNDRV_CARDS))<br />return -ENXIO;<br /> /* control裝置的名字 */<br />sprintf(name, "controlC%i", cardnum);<br />if ((err = snd_register_device(SNDRV_DEVICE_TYPE_CONTROL, card, -1,<br /> &snd_ctl_f_ops, card, name)) < 0)<br />return err;<br />return 0;<br />}<br />

 

snd_ctl_dev_register()函數會在snd_card_register()中，即音效卡的註冊階段被調用。註冊完成後，control裝置的相關資訊被儲存在snd_minors[]數組中，用control裝置的此裝置號作索引，即可在snd_minors[]數組中找出相關的資訊。註冊完成後的資料結構關係可以用進行表述：

                                                    control裝置的操作函數入口

 

使用者程式需要開啟control裝置時，驅動程式通過snd_minors[]全域數組和此裝置號，可以獲得snd_ctl_f_ops結構中的各個回呼函數，然後通過這些回呼函數訪問control中的資訊和資料（最終會調用control的幾個回呼函數get，put，info）。詳細的代碼我就不貼了，大家可以讀一下代碼：/sound/core/control.c。