Linux下ALSA音效卡編程__Arduino

一 . 介紹

      ALSA 標準是一個先進的 linux 聲音體系。它包含核心驅動集合， API 庫和工具對 Linux 聲音進行支援。 ALSA 包含一系列核心驅動對不同的音效卡進行支援，還提供了 libasound 的 API 庫。用這些進行寫程式不需要開啟裝置等操作，所以編程人員在寫程式的時候不會被底層的東西困擾。與此相反 OSS/Free 驅動在核心層次調用，需要指定裝置名稱和調用 ioctl 。為提供向後相容， ALSA 提供核心模組模仿 OSS/Free 驅動，所以大多數的程式不需要改動。 ALSA 擁有調用外掛程式的能力對新裝置提供擴充，包括那些用軟體類比出來的虛擬設備。 ALSA 還提供一組命令列工具包括   mixer, sound file player 和工具控制一些特別的音效卡的特別的作用。

  二 .ALSA 體系：

ALSA API 被主要分為以下幾種介面：

l         控制介面：提供靈活的方式管理註冊的音效卡和對存在的音效卡進行查詢。

l         PCM 介面：提供管理數字音訊捕捉和回放。

l         原始 MIDI 介面 : 支援 MIDI (Musical Instrument Digital Interface), 一種標準電子音樂指令集。 這些 API 提供訪問音效卡上的 MIDI 匯流排。這些原始借口直接工作在 The  MIDI 事件上，程式員只需要管理協議和時間。

l         記時介面 : 為支援聲音的同步事件提供訪問音效卡上的定時器。

l         音序器介面：一個比原始 MIDI 介面進階的 MIDI 編程和聲音同步高層介面。它可以處理很多的 MIDI 協議和定時器。

l         混音器介面：控制發送訊號和控制聲音大小的音效卡上的裝置。

  三 . 音效卡的緩衝和資料的傳輸：

      一塊音效卡有一個音效卡記憶體用來儲存記錄的樣本。當它被寫滿時就產生中斷。核心驅動就使用 DMA 將資料轉送到記憶體中。同樣地，當在播放時就將記憶體中的聲音樣本使用 DMA 傳到音效卡的記憶體中。

      音效卡的緩衝是環狀的，這裡只討論應用程式中的記憶體結構： ALSA 將資料分成連續的片段然後傳到按單元片段傳輸。

  四：典型的聲音程式結構：

        open interface for capture or playback

        set hardware parameters

        (access mode, data format, channels, rate, etc.)

        while there is data to be processed:

        read PCM data (capture)

         or write PCM data (playback)

        close interface

  五 . 一些例子： 1. 顯示一些 PCM 的類型和格式 :

 

#include <iostream>

#include <alsa/asoundlib.h>

 

int main()

{

       std::cout << "ALSA library version: " << SND_LIB_VERSION_STR << std::endl;

 

       std::cout << "PCM stream types: " << std::endl;

 

       for (int val=0; val <= SND_PCM_STREAM_LAST; ++val)

              std::cout << snd_pcm_stream_name((snd_pcm_stream_t)val) << std::endl;

       std::cout << std::endl;

 

       std::cout << "PCM access types: " << std::endl;

       for (int val=0; val <= SND_PCM_ACCESS_LAST; ++val)

              std::cout << snd_pcm_access_name((snd_pcm_access_t)val) << std::endl;

       std::cout << std::endl;

 

       std::cout << "PCM subformats: " << std::endl;

       for (int val=0; val <= SND_PCM_SUBFORMAT_LAST; ++val)

              std::cout << snd_pcm_subformat_name((snd_pcm_subformat_t)val) << " (" << snd_pcm_subformat_description((snd_pcm_subformat_t)val) << ")" << std::endl;

       std::cout << std::endl;

 

       std::cout << "PCM states: " << std::endl;

       for (int val=0; val <= SND_PCM_STATE_LAST; ++val)

              std::cout << snd_pcm_state_name((snd_pcm_state_t)val) << std::endl;

       std::cout << std::endl;

 

 

       std::cout << "PCM formats: " << std::endl;

       for (int val=0; val <= SND_PCM_FORMAT_LAST; ++val)

              std::cout << snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val) << " (" << snd_pcm_format_description((snd_pcm_format_t)val) << ")" << std::endl;

       std::cout << std::endl;

      

}

  2. 開啟 PCM 裝置和設定參數

 

#include <iostream>

#include <alsa/asoundlib.h>

 

int main()

{

       int                               rc;

       snd_pcm_t*                         handle;

       snd_pcm_hw_params_t*      params;

       unsigned int                  val, val2;

       int                               dir;

       snd_pcm_uframes_t             frames;

 

       if ( (rc = snd_pcm_open(&handle, "default", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0)) < 0)

       {

              std::cerr << "unable to open pcm devices: " << snd_strerror(rc) << std::endl;

              exit(1);

       }

 

       snd_pcm_hw_params_alloca(&params);

 

       snd_pcm_hw_params_any(handle, params);

 

       snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);

 

       snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);

 

       snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, 2);

 

       val = 44100;

 

       snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &val, &dir);

 

       if ( (rc = snd_pcm_hw_params(handle, params)) < 0)

       {

              std::cerr << "unable to set hw parameters: " << snd_strerror(rc) << std::endl;

              exit(1);

       }

 

       std::cout << "PCM handle name = " << snd_pcm_name(handle) << std::endl;

 

       std::cout << "PCM state = " << snd_pcm_state_name(snd_pcm_state(handle)) << std::endl;

 

       snd_pcm_hw_params_get_access(params, (snd_pcm_access_t *)&val);

 

       std::cout << "access type = " << snd_pcm_access_name((snd_pcm_access_t)val) << std::endl;

 

       snd_pcm_hw_params_get_format(params, (snd_pcm_format_t*)(&val));

      

       std::cout << "format = '" << snd_pcm_format_name((snd_pcm_format_t)val) << "' (" << snd_pcm_format_description((snd_pcm_format_t)val) << ")" << std::endl;

 

      snd_pcm_hw_params_get_subformat(params, (snd_pcm_subformat_t *)&val);

      std::cout << "subformat = '" <<

    snd_pcm_subformat_name((snd_pcm_subformat_t)val) << "' (" << snd_pcm_subformat_description((snd_pcm_subformat_t)val) << ")" << std::endl;

 

      snd_pcm_hw_params_get_channels(params, &val);

      std::cout << "channels = " << val << std::endl;

 

       snd_pcm_hw_params_get_rate(params, &val, &dir);

      std::cout << "rate = " << val << " bps" << std::endl;

 

       snd_pcm_hw_params_get_period_time(params, &val, &dir);

      std::cout << "period time = " << val << " us" << std::endl;

 

      snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &frames, &dir);

      std::cout << "period size = " << static_cast<int>(frames) << " frames" << std::endl;

 

       snd_pcm_hw_params_get_buffer_time(params, &val, &dir);

      std::cout << "buffer time = " << val << " us" << std::endl;

      

       snd_pcm_hw_params_get_buffer_size(params, (snd_pcm_uframes_t *) &val);

      std::cout << "buffer size = " << val << " frames" << std::endl;

 

      snd_pcm_hw_params_get_periods(params, &val, &dir);

      std::cout << "periods per buffer = " << val << " frames" << std::endl;

 

       snd_pcm_hw_params_get_rate_numden(params, &val, &val2);

      std::cout << "exact rate = " << val/val2 << " bps" << std::endl;

      

      val = snd_pcm_hw_params_get_sbits(params);

      std::cout << "significant bits = " << val << std::endl;

 

      snd_pcm_hw_params_get_tick_time(params, &val, &dir);

      std::cout << "tick time = " << val << " us" << std::endl;

 

      val = snd_pcm_hw_params_is_batch(params);