第2課1.節(jié)和圖片源碼聲卡uda1341驅(qū)動分析alsa

1、UDA1341 驅(qū)動分析(1)_標準 ALSA1.snd_card 可以說是整個 ALSA 音頻驅(qū)動最頂層的一個結(jié)構(gòu)，整個聲卡的邏輯結(jié)構(gòu)開始于該結(jié)構(gòu)，幾乎所有與聲音相關(guān)的邏輯設(shè)備都是在 snd_card snd_card 結(jié)構(gòu)體。聲卡的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示：的管理之下，聲卡驅(qū)動的第一個動作通常就是創(chuàng)建一個標準的 alsa 驅(qū)動結(jié)構(gòu)體關(guān)系：上圖的展開：(1).卡(snd_card)的創(chuàng)建：struct snd_card *card;/ snd_card 是聲卡的總部，任何聲卡都必須創(chuàng)建該結(jié)構(gòu)體card = snd_card_new(-1, id, THIS_MODULE, sizeof(struc

2、t sa11xx_uda1341);/ 創(chuàng)建 snd_card注意：創(chuàng)建 snd_card，新版本的內(nèi)核用 snd_card_create()。snd_card 結(jié)構(gòu)體的關(guān)鍵成員：struct snd_card struct list_head devi; /* devi*/struct list_head controls; /* all controls for this card */void *private_data;/* private data for soundcard */struct list_head devistruct list_head controlsvoid *

3、private_data該聲卡下所有邏輯設(shè)備的鏈表 該聲卡下所有的控制單元的鏈表聲卡的私有數(shù)據(jù)，可以在創(chuàng)建聲卡時通過參數(shù)指定數(shù)據(jù)的大小(2).創(chuàng)建聲卡的功能(邏輯設(shè)備)，例如 PCM，Mixer，MIDI 等：還記得上面提到的snd_card 結(jié)構(gòu)體的devi來生成一個 snd_device 實例，并把該實例字段嗎？每一種的創(chuàng)建最終會調(diào)用snd_device_new()鏈表中。通常，alsa-driver 的已經(jīng)提供到 snd_card 的 devi了一些常用的功能創(chuàng)建 PCM創(chuàng)建RAWMIDI創(chuàng)建 CONTROL的創(chuàng)建接口函數(shù)，而不必直接調(diào)用 snd_device_new()，比如： snd

4、_pcm_new()snd_rawmidi_new()snd_ctl_create()創(chuàng)建 TIMERsnd_timer_new()創(chuàng)建 INFOsnd_card_proc_new()創(chuàng)建 JACKsnd_jack_new()注意：創(chuàng)建 PCM( snd_pcm() )是常用的(其次是 CONTROL)：a. snd_pcm() 是掛在 snd_card 下面的一個 snd_device ， 每一種的創(chuàng)建最終會調(diào)用snd_device_new()來生成一個 snd_device 實例(一般不會直接調(diào)用該函數(shù)，而是通過常用的功能的創(chuàng)建接口函數(shù)(如 snd_pcm_new()來間接調(diào)用該函數(shù))，并

5、把該實例到 snd_card 的devi鏈表中；b. snd_pcm 中的字段( struct snd_pcm_str streams2 )，該數(shù)組中的兩個元素指向兩個 snd_pcm_str 結(jié)構(gòu)，分別代表 playback stream 和 capture stream；c. snd_pcm_str 中的( struct snd_pcm_substream *substream )字段，指向 snd_pcm_substream 結(jié)構(gòu)；d. snd_pcm_substream 是pcm 中間層的，絕大部分任務都是在 substream 中處理，尤其是他的 ops(struct snd_pcm

6、_ops *ops )字段，許多 user 空間的應用程序通過 alsa-lib 對驅(qū)動程序的請求都是由該結(jié)構(gòu)中的函數(shù)處理。它的( struct snd_pcm_runtime *runtime )字段則指向 snd_pcm_runtime 結(jié)構(gòu)，snd_pcm_runtime這 substream 的一些重要的總結(jié)：硬件運行環(huán)境和參數(shù)；一個 pcm 實例(snd_pcm)由一個 playback stream 和一個 capture stream 組成，這兩個 stream 又分別由一個或多個 substreams 組成(一般是一個)。2.snd_pcm_substream 是 pcm 中間

7、層的，絕大部分任務都是在 substream 中處理，尤其是他的 ops(struct snd_pcm_ops *ops )字段，許多 user 空間的應用程序通過 alsa-lib 對驅(qū)動程序的請求都是由該結(jié)構(gòu)中的函數(shù)處理。它的( struct snd_pcm_runtime *runtime )字段則指向 snd_pcm_runtime 結(jié)構(gòu)，snd_pcm_runtime這 substream 的一些重要的硬件運行環(huán)境和參數(shù)。當 PCM 子流被打開后，PCM 運行時實例(定義為結(jié)構(gòu)體 snd_pcm_runtime)將被分配給這個子流，這個指針通過 substream-runtime 獲

8、得。運行時指針包含各種各樣的信息：hw_params 及 sw_params 配置的拷貝、緩沖區(qū)指針、mmap的所有控制信息均能從中取得。struct snd_pcm_ops (*open)(struct snd_pcm_substream *substream); (*close)(struct snd_pcm_substream *substream);、自旋鎖等，幾乎 PCM(*ioctl)(struct snd_pcm_substream * substream, unsignedcmd, void *arg);(*hw_params)(struct snd_pcm_substream

9、 *substream, struct snd_pcm_hw_params *params); (*hw_free)(struct snd_pcm_substream *substream);(*prepare)(struct snd_pcm_substream *substream);(*trigger)(struct snd_pcm_substream *substream,cmd);snd_pcm_uframes_t (*poer)(struct snd_pcm_substream *substream);(*copy)(struct snd_pcm_substream *substre

10、am,channel, snd_pcm_uframes_t,void user *buf, snd_pcm_uframes_t count);(*silence)(struct snd_pcm_substream *substream,channel, snd_pcm_uframes_t,snd_pcm_uframes_t count); struct page *(*page)(struct snd_pcm_substream *substream, unsigned long offset);(*mmap)(struct snd_pcm_substream *substream, stru

11、ct vm_area_struct *vma);(*ack)(struct snd_pcm_substream *substream);3.設(shè)備文件的建立 ALSA 聲卡驅(qū)動程序框架:(sound/core/sound.c)注意：sound.c 在聲卡驅(qū)動中扮演的角色和 inp在輸入子系統(tǒng)中扮演的角色一樣！sic const struct file_operationd_fops =.owner = THIS_MODULE,.open =snd_open;sic init alsa_sound_init(void)if (register_chrdev(major, alsa, &snd_fo

12、ps)/ 該major 和創(chuàng)建pcm 設(shè)備時的device_create 時的major/ 是同一個=app:open (應用程序使用 open 函數(shù)，內(nèi)核就創(chuàng)建一個 struct file 結(jié)構(gòu)，并初始化 f_op = input_fops，等).open = snd_open (最終會調(diào)用到驅(qū)動程序 sound.c 中 open 函數(shù))=問：當看上面的 file_operations 結(jié)構(gòu)體的時候， 發(fā)現(xiàn)里面只有一個 open 函數(shù)？ 那是怎么來實現(xiàn)一系列的其他的操作的呢（讀，寫.）?答：可以猜測出，一定是在這個 open 函數(shù)里面做了一些設(shè)置，然后在新的設(shè)置里面來進行相關(guān)的操作。sics

13、nd_open(struct inode *inode, struct file *file)unsignedminor = iminor(inode);/ 獲得次設(shè)備號mptr = snd_minorsminor;/ 以次設(shè)備號為下標，獲得 snd_minor 結(jié)構(gòu)體file-f_op = fops_get(mptr-f_ops);/重新初始化struct file 結(jié)構(gòu)中的成員f_op，讓它指向新的f_ops！ if (file-f_op-open) err = file-f_op-open(inode, file);/ 如果新的 f_ops 中有 open 函數(shù)，則調(diào)用 open 函數(shù)問

14、：從分析以上 open 函數(shù)時，發(fā)現(xiàn)會從一個 snd_minors 數(shù)組中來獲取一個 snd_minor 結(jié)構(gòu)體，進而獲取他的成員 fops(即新的 file_operations 結(jié)構(gòu)體),從而構(gòu)建出了一個新的 file_operations 結(jié)構(gòu)體，那么上述 snd_minors 數(shù)組是由設(shè)置的呢？答：發(fā)現(xiàn) snd_minors 是一個靜態(tài)變量，所以它只能被本程序中的某一個函數(shù)來設(shè)置，經(jīng)收索最終發(fā)現(xiàn)，它在驅(qū)動函數(shù)中的 snd_register_device_for_dev()函數(shù)中被設(shè)置！具體分析如下：snd_register_device_for_dev(type, struct snd

15、_card *card,dev, const struct file_operations *f_ops,void *private_data, const char *name, struct device *device)/* 1.分配并初始化一個 snd_minor 結(jié)構(gòu)中的各字段 */ struct snd_minor *preg;preg = kmalloc(sizeof *preg, GFP_KERNEL);preg-type = type;/ 即為 SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_PLAYBACK 等preg-card = card ? card-number : -

16、1;/ card 的，大多數(shù)情況為 0preg-device = dev;preg-f_ops = f_ops;/ pcm 實例的/ snd_pcm_f_opspreg-private_data = private_data;/ 指向該 pcm 的實例minor = snd_kernel_minor(type, card, dev);/ 找到一個符合要求的次設(shè)備號/* 2.根據(jù)type，card 和pcm 的，確定數(shù)組的索引值 minor，minor 也作為 pcm 設(shè)備的次設(shè)備號*/#ifdef CONFIG_SND_DYNAMIC_MINORSminor = snd_find_free_m

17、inor(); #elseminor = snd_kernel_minor(type, card, dev); if (minor = 0 & snd_minorsminor)minor = -EBUSY;#endif/* 3.把上面分配和設(shè)置好的 snd_minor 結(jié)構(gòu)的地址放入全局數(shù)組 snd_minorsminor中 */snd_minorsminor = preg;/ 以次設(shè)備號為下標，填充該 snd_minors 數(shù)組/* 4.創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點：pcmC%iD%ip、pcmC%iD%ic */preg-dev = device_create(sound_class, device, M

18、KDEV(major, minor),private_data, %s, name);/ 在類下面創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點，從而產(chǎn)生“pcmCxDxi(c/p)兩”問：經(jīng)過以上的分析，snd_register_device_for_dev()函數(shù)會去設(shè)置 snd_minors 數(shù)組，那么這個函數(shù)又由誰來調(diào)用呢？即它的參數(shù)由傳入？答：snd_pcm_dev_register()函數(shù)會調(diào)用到該函數(shù)！具體如下：sicsnd_pcm_dev_register(struct snd_device *device)struct snd_pcm *pcm;/ 定義一個 snd_pcm 結(jié)構(gòu)體指針 pcm = devic

19、e-device_data;/ 獲得 snd_pcm 結(jié)構(gòu)體 err = snd_pcm_add(pcm);/ 把 pcm 放入鏈表 ?for (cidx = 0; cidx card-number, pcm-device); devtype = SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_PLAYBACK;break;case SNDRV_PCM_STREAM_CAPTURE:sprf(str, pcmC%iD%ic, pcm-card-number, pcm-device); devtype = SNDRV_DEVICE_TYPE_PCM_CAPTURE;break;/* registcm

20、 */err = snd_register_device_for_dev(devtype, pcm-card, pcm-device,&snd_pcm_f_opscidx, pcm, str, dev);注意：到這里為止，上述驅(qū)動程序已經(jīng)為創(chuàng)建了一個而標準的與用戶空間交互的 file_operations 結(jié)構(gòu)體數(shù)組 snd_pcm_f_opscidx，那么以后用戶空間對驅(qū)動進行 open、read、write 等操作的時候，最終都會調(diào)用到 snd_pcm_f_opscidx數(shù)組中的 file_operations 結(jié)構(gòu)體中的接口函數(shù)，具體的在后面會進行分析！后面接下來的分析，可以理解為創(chuàng)建聲

21、卡的功能和傳遞創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點需要的參數(shù)的過程。(邏輯設(shè)備)的過程(例如 PCM，Mixer，MIDI 等)問：snd_pcm_dev_register()函數(shù)被誰調(diào)用？即 snd_device 參數(shù)由誰傳入？答：經(jīng)搜索發(fā)現(xiàn)，snd_pcm_dev_register()函數(shù)會被自己寫的聲卡驅(qū)動來調(diào)用！具體分析，參考后面的驅(qū)動函數(shù)的過程 snd_card_register();snd_card_register(struct snd_card *card)/熟悉的卡的函數(shù)：snd_card_register()/*1.創(chuàng)建 sysfs 下的設(shè)備：sound_class 是在/sound/sound_

22、core.c 中創(chuàng)建的。*/if (!card-card_dev) card-card_dev = device_create(sound_class, card-dev, MKDEV(0, 0), card,card%i, card-number);/*2.通過 snd_device_register_all()實際上是通過 snd_card 的deviregister()來實現(xiàn)各自設(shè)備的*/ snd_device_register_all()所有掛在該聲卡(snd_card)下的邏輯設(shè)備，snd_device_register_all()鏈表，遍歷所有的 snd_device，并且調(diào)用 s

23、nd_device 的 ops-dev_。/*通過 snd_card 的devi鏈表，遍歷所有的 snd_device，并且調(diào)用 snd_device 的 ops-dev_register()來實現(xiàn)各自設(shè)備(如 PCM、CONTROL 等)的*/list_for_each_entry(dev, &card-devi, list) err = dev-ops-dev_register(dev);/1.PCM 設(shè)備的，即 snd_pcm_dev_register 函數(shù)/2.CONTROL 設(shè)備的，即 snd_ctl_dev_register 函數(shù)問：dev-ops-dev_register()這個

24、過程的初始化是在哪里發(fā)生的？答：在創(chuàng)建聲卡的功能等函數(shù)。(邏輯設(shè)備)的接口函數(shù)實現(xiàn)過程中被設(shè)置，如 snd_pcm_new()、snd_ctl_create()以 PCM 的建立過程為例，具體實現(xiàn)過程如下：struct snd_pcm *pcm;ret = snd_pcm_new(card, PXA2xx-PCM, 0, 1, 1, &pcm);參數(shù) 0：card，表示該過程創(chuàng)建的 pcm 將掛載到哪個聲卡(snd_card)中去；參數(shù) 1：id，是一個字符串，表示該 pcm 的標識符；參數(shù) 2：device，表示目前創(chuàng)建的是該聲卡下的第幾個 pcm，第一個 pcm 設(shè)備從 0 開始；參數(shù) 3

25、：playback_count，表示該 pcm 將會有幾個 playback substream；參數(shù) 4：capture_count，表示該 pcm 將會有幾個 capture substream；參數(shù) 5：rpcm，表示要創(chuàng)建的 pcm(snd_pcm)；snd_pcm_new(struct snd_card *card, const char *id,device,playback_count,capture_count,struct snd_pcm * rpcm)struct snd_pcm *pcm;/ 定義一個 snd_pcm 結(jié)構(gòu)體指針sic struct snd_device_

26、ops ops = .dev_free = snd_pcm_dev_free,.dev_register =snd_pcm_dev_register,/ 這便是前面調(diào)用到的函數(shù).dev_disconnect = snd_pcm_dev_disconnect,;pcm = kzalloc(sizeof(*pcm), GFP_KERNEL);/ 分配一個 snd_pcm 結(jié)構(gòu)體if (err = snd_pcm_new_streif (err = snd_pcm_new_strecm, SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK, playback_count) 0)/ ?cm, SNDR

27、V_PCM_STREAM_CAPTURE, capture_count) 0)/ ?if (err = snd_device_new(card, SNDRV_DEV_PCM, pcm, &ops) card = card;dev-type = type;dev-se = SNDRV_DEV_BUILD;dev-device_data = device_data;dev-ops = ops;list_add(&dev-list, &card-devi/ 會在聲卡的); /* 把該實例階段(snd_card_register)被調(diào)用到 snd_card 的devi鏈表中 */前面提到過，當應用程序

28、對驅(qū)動進行 open、read、write 等操作的時候，最終都會調(diào)用到 snd_pcm_f_opscidx數(shù)組中的 file_operations 結(jié)構(gòu)體(由 snd_pcm_dev_register()函數(shù)傳入)，該數(shù)組是系統(tǒng)為好的，具體如下：設(shè)置const struct file_operationd_pcm_f_ops2 = / 用于.owner =.write =.aio_write =.open =.release =.llseek =.poll =的！THIS_MODULE,snd_pcm_write,snd_pcm_aio_write, snd_pcm_playback_ope

29、n,snd_pcm_release, no_llseek,snd_pcm_playback_poll,.unlocked_ioctl =.compat_ioctl =.mmap =snd_pcm_playback_ioctl,pat,snd_pcm_mmap,.fasync =snd_pcm_fasync,.get_unmapped_area = snd_pcm_get_unmapped_area,/ 用于.owner =.read =.aio_read =.open =.release =.llseek =.poll =的！THIS_MODULE,snd_pcm_read, snd_pcm_

30、aio_read, snd_pcm_capture_open,snd_pcm_release, no_llseek,snd_pcm_capture_poll,.unlocked_ioctl =.compat_ioctl =.mmap =snd_pcm_capture_ioctl,pat,snd_pcm_mmap,.fasync =snd_pcm_fasync,.get_unmapped_area = snd_pcm_get_unmapped_area,;總結(jié)：(以應用程序調(diào)用 open 函數(shù)為例) app：open.open = snd_open (最終會調(diào)用到驅(qū)動程序 sound.c 中 o

31、pen 函數(shù)，這里只是給 f_ops 重新賦值，見上文).open = snd_pcm_playback_open (經(jīng)過上面的重新賦值以后，最終會用到 snd_pcm_f_ops2中的 ops)具體實現(xiàn)如下：sicsnd_pcm_playback_open(struct inode *inode, struct file *file)return snd_pcm_open(file, pcm, SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK);sicsnd_pcm_open(struct file *file, struct snd_pcm *pcm,stream)while (1) e

32、rr = snd_pcm_open_file(file, pcm, stream, &pcm_file);sicsnd_pcm_open_file(struct file *file, struct snd_pcm *pcm,stream,struct snd_pcm_file *rpcm_file)err = snd_pcm_open_substrecm, stream, file, &substream);snd_pcm_open_substream(struct snd_pcm *pcm,stream, struct file *file,struct snd_pcm_substream

33、 *rsubstream)err = substream-ops-open(substream);問：經(jīng)過上面的總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn) open 的過程，最終會調(diào)用到 snd_pcm_substream 結(jié)構(gòu)體中的 ops 中的 open函數(shù)，那么該 snd_pcm_substream 結(jié)構(gòu)體中的成員是在哪里被設(shè)置和初始化的呢？答：該過程目前沒有跟通，大體推測如下：函數(shù) 1：snd_pcm_new_stre函數(shù) 2：snd_pcm_new_strecm, SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK, playback_count)cm, SNDRV_PCM_STREAM_CAPTURE, ca

34、pture_count)函數(shù) 1、函數(shù) 2 應該是完成 snd_pcm 結(jié)構(gòu)體下的 snd_pcm_str 結(jié)構(gòu)體(即 streams2)的分配和設(shè)置相關(guān)成員，并且會重點分配和設(shè)置 snd_pcm_substream 結(jié)構(gòu)體(不會設(shè)置 ops)。那么 ops 在哪里設(shè)置呢？在 snd_pcm_set_ops()函數(shù)中設(shè)置了，詳情如下：void snd_pcm_set_ops(struct snd_pcm *pcm,direction, struct snd_pcm_ops *ops)struct snd_pcm_str *stream = &pcm-streamsdirection; struct snd_pcm_substream *substream;for (substre