视频监控—ALSA驱动框架的简单分析

• 硬件平台：韦东山嵌入式Linxu开发板（S3C2440.v3）
• 软件平台：运行于VMware Workstation 12 Player下UbuntuLTS16.04_x64 系统
• 开发环境：arm-linux-gcc-4.3.2工具链、linux-3.4.2内核(开发版根文件系统)
• 源码仓库：https://gitee.com/d_1254436976/Embedded-Linux-Phase-3

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一、ALSA的简单介绍

ALSA是在Linux内核中的高级Linux声音体系结构，为Linux操作系统提供音频和MIDI功能。其具有以下重要功能：

• 对所有类型的音频接口的有效支持，从消费类声卡到专业的多通道音频接口。
• 完全模块化的声音驱动程序。
• SMP和线程安全设计。
• 用户空间库（alsa-lib）可以简化应用程序编程并提供更高级别的功能。
• 支持较早的Open Sound System（OSS）API，为大多数OSS程序提供二进制兼容性。

Linux中ALSA的主要文件：

• include/sound/driver.h
• sound/core/*.c

二、框架分析

此框架分析针对的是对声卡的控制接口与设备接口的结构，会忽略一些其他的东西。

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1、sound.c文件分析

通过入口函数alsa_sound_init()，来进行分析，得到如下图：

1.1 snd_open()函数，关键snd_minor数组

这个文件的file_operation结构体对应的.open函数，其要做一些初始化工作，找到对应的设备fops结构体：

1. 得到某个设备的次设备号
2. 根据次设备号在snd_minor数组中找到对应snd_minor结构体
3. 获取到对应的fops结构体
   

1.2 snd_minor数组来源：snd_register_device_for_dev()声卡设备注册函数

那么snd_minor数组来自于哪里呢？

通过在sound.c文件中搜索snd_minor数组，找到在snd_register_device_for_dev()函数构造：

1. 根据传进来的参数设置preg，即snd_minor结构体
2. 把设置好的preg放入snd_minors数组中
3. 创建设备
   

1.3 谁来调用snd_register_device_for_dev()，创建声卡设备结点

那么谁来调用snd_register_device_for_dev()来创建声卡设备呢？
通过在内核中搜索，得到以下结果：

分为两个分支进行：

• control.c文件的snd_ctl_dev_register()函数（snd_register_device_for_dev()在core.h中定义的snd_register_device()函数中被调用，snd_register_device()最终在control.c文件的snd_ctl_dev_register()函数调用）
• pcm.c文件的snd_pcm_dev_register()函数
  

1.4 小结

在sound.c文件中，主要做了一下事情：

1. 调用snd_register_device_for_dev()，根据传入的参数构造了snd_minor数组，并把传入的fops结构体放入到数组中；
2. 在sound.c文件的fops结构体的.open函数，获取到设备的fops结构体

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2、control.c文件分析

2.1 snd_ctl_dev_register()的调用来源

通过在control.c文件中的追踪可以知道：

1. 在snd_ctl_create()函数中，构建了snd_device_ops结构体，在结构体内部把snd_ctl_dev_register()联系起来；
2. 在snd_ctl_dev_register()函数中，把control.c文件中构建的file_operations结构体传入到snd_register_device()函数中，同时制定了这个控制接口的名字sprintf(name, "controlC%i", cardnum);
3. 在snd_register_device()函数中，最终通过snd_register_device_for_dev()函数把file_operations结构体放入到snd_minor数组
4. 通过名字可以知道，control.c文件中构建的file_operations结构体，即snd_ctl_f_ops，是与声卡控制接口相关的结构体。
   

2.2 谁来调用snd_ctl_create()函数

通过内核的检索在发现：

1. 在init.c文件中的snd_card_create()中调用了snd_ctl_create()
   

2.3 小结

通过分析可以知道，这个分支的主要作用：

1. 创建声卡的控制接口
2. 调用snd_register_device_for_dev()，把与控制接口相关的fops结构体放入到snd_minior数组中.
3. 声卡控制接口的名字为controlC%i

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3、pcm.c文件分析

3.1 snd_pcm_dev_register()函数

在这个函数中，主要完成如下事：

1. 根据传入的设备类型（录音/播放），注册对应的声卡设备
2. 制定声卡设备的名字
3. 根据上述信息，注册声卡设备节点
   

3.2 snd_pcm_dev_register()的调用来源

通过在pcm.c文件中寻找可以知道如下调用顺序：

1. 与上述control.c分析和相似的，在_snd_pcm_new()函数中构建了snd_device_ops结构体，在结构体内部把snd_pcm_dev_register()联系起来；
   

3.3 小结

通过分析可以知道，这个分支的主要作用：

1. 创建声卡的设备接点，对于声卡的录音与播放，可以创建两个不同的设备节点；
2. 最终调用snd_register_device_for_dev()，把与设备相关的fops结构体放入到snd_minior数组中.
3. 声卡设备接口的名字为pcmC%iD%ip（播放）与"pcmC%iD%ic"（录音）（其中， C0D0代表的是声卡0中的设备0， pcmC0D0c最后一个c代表capture， pcmC0D0p最后一个p代表
   playback）

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三、整体总结

通过上述的分析，得到了如下的框架图：

1. 主要分为两个分支：注册声卡控制节点与声卡设备节点

2. 在注册声卡控制节点分支中：
   2.1 分配了内存，用来设置控制节点的结构体
   2.2 制定了节点的名字
   2.3 构造了控制接口相关的fops结构体
   2.4 最终调用snd_register_device_for_dev()，把与控制接口相关的fops结构体放入到snd_minior数组中

3. 在注册声卡设备节点分支中：
   3.1 分配了内存，用来设置声卡设备节点的结构体
   3.2 制定了声卡设备节点的名字
   3.3 构造了声卡设备节点相关的fops结构体
   3.4 最终调用snd_register_device_for_dev()，把与声卡设备节点相关的fops结构体放入到snd_minior数组中

4. 在sound.c中，当用户打开声卡设备时
   4.1 得到某个设备的次设备号
   4.2 通过上述步骤得到的snd_minior数组中，根据次设备好找到对应的snd_minor结构体
   4.3 进而在snd_minor结构体中获得对应的fops结构体