瑞芯微-I2S | ALSA基礎(chǔ)-3

一口君后面會陸續(xù)更新基于瑞芯微rk3568的I2S系列文章。

預(yù)計10篇左右。有對語音感興趣的朋友，可以收藏該專題。

《瑞芯微 | I2S-音頻基礎(chǔ) -1》

《瑞芯微-I2S | 音頻驅(qū)動調(diào)試基本命令和工具-基于rk3568-2》

針對音頻設(shè)備，linux內(nèi)核中包含了兩類音頻設(shè)備驅(qū)動框架；

OSS：開放聲音系統(tǒng)，包含dsp和mixer字符設(shè)備接口，應(yīng)用訪問底層硬件是直接通過sound設(shè)備節(jié)點實現(xiàn)的；

ALSA：先進linux聲音架構(gòu)（Advanced Linux Sound Archiecture），以card和組件（PCM、mixer等）為組件，應(yīng)用是通過ALSA提供的alsa-lib庫訪問底層硬件的操作，不再訪問sound設(shè)備節(jié)點了

1.ALSA概述

ALSA由一系列的內(nèi)核驅(qū)動、應(yīng)用程序編程接口（API）以及支持linux下聲音的應(yīng)用程序組成、

ALSA項目發(fā)起的原因是linux下的聲卡驅(qū)動（OSS）沒有獲得積極的維護，而且落后于新的聲卡技術(shù)。

Jaroslav Kysela早先寫了一個聲卡驅(qū)動，并由此開始了ALSA項目，隨后，更多的開發(fā)者加入到開發(fā)隊伍中，更多的聲卡獲得支持，API的結(jié)構(gòu)也獲得了重組。目前已經(jīng)成為了linux的主流音頻體系結(jié)構(gòu)。

ALSA的官網(wǎng)：https://www.alsa-project.org/wiki/Main_Page


2. ALSA組件

ALSA系統(tǒng)包括：

1、alsa-driver：alsa系統(tǒng)驅(qū)動。

2、alsa-lib：alsa庫，用戶空間調(diào)用，和內(nèi)核空間交互。

3、alsa-utils：命令行工具。

4、alsa-plugin：alsa插件。

5、alsa-tools：alsa工具。

在應(yīng)用層，ALSA 為我們提供了 alsa-lib，在 Linux 內(nèi)核設(shè)備驅(qū)動層，ALSA 提供了 alsa-driver。

Linux 應(yīng)用程序只需要調(diào)用 alsa-lib 提供的 API，即可完成對底層音頻硬件的控制。

linux內(nèi)核中alsa的軟件結(jié)構(gòu)如下：

用戶空間的 alsa-lib 對應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的 API 接口，隱藏了驅(qū)動層的實際細節(jié)，簡化了應(yīng)用程序的實現(xiàn)難度

但是由于 alsa-lib 也由于過大，因此在 android 等下也經(jīng)常使用 tiny-alsa。

如上圖所示，在 Linux 內(nèi)核中，有對 alsa-driver 進一步的封裝，即 alsa-soc。

ALSA框架從上到下依次為應(yīng)用程序、ALSA Library API、ALSA CORE、ASoC CORE、硬件驅(qū)動程序、硬件設(shè)備；

應(yīng)用程序：

tinyplay/tinycap/tinymix，這些用戶程序直接調(diào)用alsa用戶庫接口來實現(xiàn)放音、錄音、控制；

ALSA Library API：

alsa用戶庫接口，對應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的API接口，這樣可以隱藏了驅(qū)動層的實現(xiàn)細節(jié)，簡化了應(yīng)用程序的實現(xiàn)難度；常見有tinyalsa、alsa-lib；

ALSA CORE：

alsa核心層，向上提供邏輯設(shè)備（PCM/CTL/MIDI/TIMER/…）系統(tǒng)調(diào)用，向下驅(qū)動硬件設(shè)備（Machine/I2S/DMA/CODEC）；

ASoC CORE：

建立在標(biāo)準(zhǔn)ALSA CORE基礎(chǔ)上，為了更好支持嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用于移動設(shè)備的音頻Codec的一套軟件體系，它將音頻硬件設(shè)備驅(qū)動劃分為Codec、Platform 和 Machine；

Hardware Driver：

音頻硬件設(shè)備驅(qū)動，由三大部分組成，分別是 Machine、Platform、Codec；

3. ?ALSA 設(shè)備文件

Linux 系統(tǒng)下看到的設(shè)備文件結(jié)構(gòu)如下：

rk3568_r:/?#?cd?/dev/snd/
rk3568_r:/dev/snd?#?ls?-l
total?0
crw-rw----?1?system?audio?116,???4?2024-02-18?15:28?controlC0
crw-rw----?1?system?audio?116,???6?2024-02-18?15:28?controlC1
crw-rw----?1?system?audio?116,???3?2024-02-18?15:28?pcmC0D0c
crw-rw----?1?system?audio?116,???2?2024-02-18?15:28?pcmC0D0p
crw-rw----?1?system?audio?116,???5?2024-02-18?15:28?pcmC1D0p
crw-rw----?1?system?audio?116,??33?2024-02-18?15:28?timer

從上面能看到有如下設(shè)備文件：

controlC0?-->??????????????用于聲卡的控制,例如通道選擇,混音,麥克控制，音量加減，開關(guān)等
controlC1
pcmC0D0c?-->???????????????用于錄音的pcm設(shè)備
pcmC0D0p?-->???????????????用于播放的pcm設(shè)備
pcmC1D0p
timer????-->???????????????定時器

有的平臺還有以下設(shè)備節(jié)點：
midiC0D0??-->??????????????用于播放midi音頻
seq??????-->???????????????音序器

其中,C0、D0代表的是聲卡0中的設(shè)備0

pcmC0D0c最后一個c代表capture

pcmC0D0p最后一個p代表playback

這些都是alsa-driver中的命名規(guī)則，從上面的列表可以看出,聲卡下掛了6個設(shè)備

根據(jù)聲卡的實際能力，驅(qū)動實際上可以掛載更多種類的設(shè)備，在include/sound/core.h 中,定義了以下設(shè)備類型，通常更關(guān)心的是 pcm 和 control 這兩種設(shè)備，Default 一個聲卡對應(yīng)一個 Control 設(shè)備。

#define????SNDRV_DEV_TOPLEVEL????((__force?snd_device_type_t)?0)
#define????SNDRV_DEV_CONTROL????((__force?snd_device_type_t)?1)
#define????SNDRV_DEV_LOWLEVEL_PRE????((__force?snd_device_type_t)?2)
#define????SNDRV_DEV_LOWLEVEL_NORMAL?((__force?snd_device_type_t)?0x1000)
#define????SNDRV_DEV_PCM????????((__force?snd_device_type_t)?0x1001)
#define????SNDRV_DEV_RAWMIDI????((__force?snd_device_type_t)?0x1002)
#define????SNDRV_DEV_TIMER????????((__force?snd_device_type_t)?0x1003)
#define????SNDRV_DEV_SEQUENCER????((__force?snd_device_type_t)?0x1004)
#define????SNDRV_DEV_HWDEP????????((__force?snd_device_type_t)?0x1005)
#define????SNDRV_DEV_INFO????????((__force?snd_device_type_t)?0x1006)
#define????SNDRV_DEV_BUS????????((__force?snd_device_type_t)?0x1007)
#define????SNDRV_DEV_CODEC????????((__force?snd_device_type_t)?0x1008)
#define????SNDRV_DEV_JACK??????????((__force?snd_device_type_t)?0x1009)
#define????SNDRV_DEV_COMPRESS????((__force?snd_device_type_t)?0x100A)
#define????SNDRV_DEV_LOWLEVEL????((__force?snd_device_type_t)?0x2000)

4. Linux ALSA 源碼目錄結(jié)構(gòu)

在 Linux 源碼中 ALSA 架構(gòu)的代碼在 /sound 下，Linux 5.0 的目錄如下：

其中各主要子目錄的作用如下：

core???????該目錄包含了ALSA?驅(qū)動的中間層，它是整個?ALSA?驅(qū)動的核心部分
core/oss???包含模擬舊的?OSS?架構(gòu)的?PCM?和?Mixer?模塊
core/seq???有關(guān)音序器相關(guān)的代碼
drivers????放置一些與CPU、BUS架構(gòu)無關(guān)的公用代碼
i2c????????ALSA自己的I2C控制代碼
pci????????pci聲卡的頂層目錄,子目錄包含各種pci聲卡的代碼
isa????????isa聲卡的頂層目錄，子目錄包含各種isa聲卡的代碼
soc????????針對?system-on-chip?體系的中間層代碼，即ASOC代碼
soc/rockchip?瑞芯微平臺i2s控制器驅(qū)動代碼
soc/codecs???針對soc?體系的各種?codec?的代碼，與平臺無關(guān)?
include????ALSA驅(qū)動的公共頭文件目錄，其路徑為?/include/sound，該目錄的頭文件需要導(dǎo)出給用戶空間的應(yīng)用程序使用，通常，驅(qū)動模塊私有的頭文件不應(yīng)放置在這里

更多目錄結(jié)構(gòu)信息可以參考：?https://www.kernel.org/doc/html/latest/sound/kernel-api/writing-an-alsa-driver.html。


5. ?ALSA核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由于ASoC是建立在標(biāo)準(zhǔn)ALSA CORE上的一套軟件體系，因此本篇博客重點介紹的都是ALSA CORE中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并不涉及到ASoC CORE中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

ALSA CORE中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大部分定義在include/sound/core.h、以及sound/core/目錄下的文件中。

1) struct snd_card

linux內(nèi)核中使用struct snd_card表示ALSA音頻驅(qū)動中的聲卡設(shè)備

struct snd_card可以說是整個ALSA音頻驅(qū)動最頂層的一個結(jié)構(gòu)，整個聲卡的軟件邏輯結(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snd_card結(jié)構(gòu)體。

@include/sound/core.h
????
/*?main?structure?for?soundcard?*/

struct?snd_card?{
?int?number;???/*?number?of?soundcard?(index?to
????????snd_cards)?*/

?char?id[16];???/*?id?string?of?this?card?*/
?char?driver[16];??/*?driver?name?*/
?char?shortname[32];??/*?short?name?of?this?soundcard?*/
?char?longname[80];??/*?name?of?this?soundcard?*/
?char?irq_descr[32];??/*?Interrupt?description?*/
?char?mixername[80];??/*?mixer?name?*/
?char?components[128];??/*?card?components?delimited?with
????????space?*/
?struct?module?*module;??/*?top-level?module?*/

?void?*private_data;??/*?private?data?for?soundcard?*/
?void?(*private_free)?(struct?snd_card?*card);?/*?callback?for?freeing?of
????????private?data?*/
?struct?list_head?devices;?/*?devices?*/

?struct?device?ctl_dev;??/*?control?device?*/
?unsigned?int?last_numid;?/*?last?used?numeric?ID?*/
?struct?rw_semaphore?controls_rwsem;?/*?controls?list?lock?*/
?rwlock_t?ctl_files_rwlock;?/*?ctl_files?list?lock?*/
?int?controls_count;??/*?count?of?all?controls?*/
?int?user_ctl_count;??/*?count?of?all?user?controls?*/
?struct?list_head?controls;?/*?all?controls?for?this?card?*/
?struct?list_head?ctl_files;?/*?active?control?files?*/

?struct?snd_info_entry?*proc_root;?/*?root?for?soundcard?specific?files?*/
?struct?snd_info_entry?*proc_id;?/*?the?card?id?*/
?struct?proc_dir_entry?*proc_root_link;?/*?number?link?to?real?id?*/

?struct?list_head?files_list;?/*?all?files?associated?to?this?card?*/
?struct?snd_shutdown_f_ops?*s_f_ops;?/*?file?operations?in?the?shutdown
????????state?*/
?spinlock_t?files_lock;??/*?lock?the?files?for?this?card?*/
?int?shutdown;???/*?this?card?is?going?down?*/
?struct?completion?*release_completion;
?struct?device?*dev;??/*?device?assigned?to?this?card?*/
?struct?device?card_dev;??/*?cardX?object?for?sysfs?*/
?const?struct?attribute_group?*dev_groups[4];?/*?assigned?sysfs?attr?*/
?bool?registered;??/*?card_dev?is?registered??*/
?wait_queue_head_t?remove_sleep;
?int?offline;???/*?if?this?sound?card?is?offline?*/
?unsigned?long?offline_change;
?wait_queue_head_t?offline_poll_wait;

#ifdef?CONFIG_PM
?unsigned?int?power_state;?/*?power?state?*/
?wait_queue_head_t?power_sleep;
#endif

#if?IS_ENABLED(CONFIG_SND_MIXER_OSS)
?struct?snd_mixer_oss?*mixer_oss;
?int?mixer_oss_change_count;
#endif
};

@include/sound/core.h

struct?snd_card?{
????number:?聲卡設(shè)備編號，通常從0開始，通過編號可以在snd_cards指針數(shù)組中找到對應(yīng)的聲卡設(shè)備；
????id[16]：聲卡設(shè)備的標(biāo)識符；
??? driver：驅(qū)動名稱；
??? shortname：設(shè)備簡稱，更多地用于打印信息；
??? longname：設(shè)備名稱，會在具體驅(qū)動中設(shè)置，主要反映在/proc/asound/cards中；
??? irq_descr：中斷描述信息；
??? mixername：混音器名稱；
??? components：聲卡組件名稱，由空格分隔；
????module：頂層模塊；
??? private_data：聲卡的私有數(shù)據(jù)；
??? private_free：釋放私有數(shù)據(jù)的回調(diào)函數(shù)；
??? devices：保存該聲卡下所有邏輯設(shè)備的鏈表；鏈表中存放的數(shù)據(jù)類型為struct?snd_device；
????ctl_dev：聲卡Control設(shè)備內(nèi)核設(shè)備結(jié)構(gòu)體，其parent為card_dev，class為sound_class，主設(shè)備號為116；
????last_numid：存儲注冊snd_control時為其分配的編號；
????controls_rwsem：讀寫信號量，用于并發(fā)操作controls鏈表；
????ctl_files_rwlock：讀寫自旋鎖，用于并發(fā)操作ctl_files鏈表；
????controls_count：controls鏈表的長度；
????user_ctl_count：用戶控制設(shè)備的數(shù)量；
????controls：保存該聲卡下所有控件（controls）的鏈表；該鏈表中存放的數(shù)據(jù)類型為struct?snd_kcontrol；
????ctl_files：用于管理該card下的active的control設(shè)備；鏈表中存放的數(shù)據(jù)類型為struct?snd_ctl_file；
????proc_root：聲卡設(shè)備在proc文件系統(tǒng)的根目錄；即/proc/asound/card%d目錄；
????proc_root_link：指向/proc/asound/card%d的鏈接文件，文件名為id；
????files_list：保存此聲卡相關(guān)的所有文件的鏈表；鏈表中存放的數(shù)據(jù)類型為struct?snd_monitor_file；
????s_f_ops：關(guān)機狀態(tài)下的文件操作；
????files_lock：自旋鎖；
????shutdown：此聲卡正在關(guān)閉；
????release_completion：釋放完成；
????dev：分配給此聲卡的設(shè)備，一般為平臺設(shè)備的device；
????card_dev：聲卡設(shè)備的內(nèi)核設(shè)備結(jié)構(gòu)體，card用于在sys中顯示，用于代表該card；把snd_card看做是device的子類，其parent為dev，class為sound_class，未設(shè)置設(shè)備號devt（默認就是0）；
????dev_groups：分配的sysfs屬性組；
????registered：聲卡設(shè)備card_dev是否已注冊；
????remove_sleep：等待隊列頭；
????power_state：電源狀態(tài)；
????power_sleep：電源等待隊列頭；
};

每一個聲卡設(shè)備的創(chuàng)建都是通過snd_card_new函數(shù)實現(xiàn)的，聲卡設(shè)備被注冊后都會被添加到全局snd_cards指針數(shù)組中；

@include/sound/core.h

int?snd_card_new(struct?device?*parent,?int?idx,?const?char?*xid,
???struct?module?*module,?int?extra_size,
???struct?snd_card?**card_ret);

@sound/core/init.c???
static?struct?snd_card?*snd_cards[SNDRV_CARDS];

2) struct snd_device

聲卡設(shè)備一般包含許多功能模塊，比如PCM（錄音和播放）、Control（聲卡控制），因此ALSA將聲卡的功能模塊又抽象為一個邏輯設(shè)備，與之對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是struct snd_device；

@sound/core/device.c

struct?snd_device?{
????????struct?list_head?list;??????????/*?list?of?registered?devices?*/
????????struct?snd_card?*card;??????????/*?card?which?holds?this?device?*/
????????enum?snd_device_state?state;????/*?state?of?the?device?*/
????????enum?snd_device_type?type;??????/*?device?type?*/
????????void?*device_data;??????????????/*?device?structure?*/
????????struct?snd_device_ops?*ops;?????/*?operations?*/
};

????list：用于構(gòu)建雙向鏈表節(jié)點，該節(jié)點會添加到聲卡設(shè)備snd_card的devices鏈表中；
??? snd_card：表示當(dāng)前聲卡邏輯設(shè)備所屬的聲卡設(shè)備；
??? state：表示當(dāng)前聲卡邏輯設(shè)備的狀態(tài)；
??? type：表示當(dāng)前聲卡邏輯設(shè)備的類型，比如pcm、control設(shè)備；
??? device_data：一般用于存放具體的功能模塊邏輯設(shè)備的結(jié)構(gòu)，比如對于pcm邏輯設(shè)備存放的就是snd_pcm實例；
??? ops：聲卡邏輯設(shè)備的操作集；

每一個聲卡邏輯設(shè)備的創(chuàng)建最終會調(diào)用snd_device_new來生成一個snd_device實例，并把該實例鏈接到snd_card的devices鏈表中。

通常，linux內(nèi)核已經(jīng)提供了一些常用的功能模塊邏輯設(shè)備的創(chuàng)建函數(shù)，而不必直接調(diào)用snd_device_new，比如：snd_pcm_new、snd_ctl_create。

需要注意的是：聲卡邏輯設(shè)備注冊后會在**/dev/snd**目錄下生成對應(yīng)的字符設(shè)備文件。

3) struct snd_device_ops

linux中使用snd_device_ops來表示聲卡邏輯設(shè)備的操作集；

@include/sound/core.h

struct?snd_device_ops?{
?int?(*dev_free)(struct?snd_device?*dev);
?int?(*dev_register)(struct?snd_device?*dev);
?int?(*dev_disconnect)(struct?snd_device?*dev);
};

其中：

dev_free：聲卡邏輯設(shè)備釋放函數(shù)，在卸載聲卡設(shè)備時被調(diào)用；dev_register：聲卡邏輯設(shè)備注冊函數(shù)，在注冊聲卡設(shè)備被調(diào)用；dev_disconnect：聲卡邏輯設(shè)備斷開連接函數(shù)，在關(guān)閉聲卡設(shè)備時被調(diào)用。

4) enum snd_device_state

linux內(nèi)核使用snd_device_state表示聲卡邏輯設(shè)備的狀態(tài)

@include/sound/core.h

enum?snd_device_state?{
????????SNDRV_DEV_BUILD,?????????//?構(gòu)建中
????????SNDRV_DEV_REGISTERED,????//?已經(jīng)準(zhǔn)備并準(zhǔn)備就緒
????????SNDRV_DEV_DISCONNECTED,??//?已斷開連接
};

5) enum snd_device_type

linux內(nèi)核使用snd_device_state表示聲卡邏輯設(shè)備的類型

@include/sound/core.h

enum?snd_device_type?{
?SNDRV_DEV_LOWLEVEL,
?SNDRV_DEV_INFO,
?SNDRV_DEV_BUS,
?SNDRV_DEV_CODEC,
?SNDRV_DEV_PCM,
?SNDRV_DEV_COMPRESS,
?SNDRV_DEV_RAWMIDI,
?SNDRV_DEV_TIMER,
?SNDRV_DEV_SEQUENCER,
?SNDRV_DEV_HWDEP,
?SNDRV_DEV_JACK,
?SNDRV_DEV_CONTROL,?/*?NOTE:?this?must?be?the?last?one?*/
};

其中：

??? SNDRV_DEV_LOWLEVEL：低級別硬件訪問接口；
??? SNDRV_DEV_INFO：信息查詢接口；
??? SNDRV_DEV_BUS：總線接口，如USB、PCI等；
??? SNDRV_DEV_CODEC：編解碼器設(shè)備；
??? SNDRV_DEV_PCM：PCM 設(shè)備，包括輸入輸出設(shè)備以及混音器等；
??? SNDRV_DEV_COMPRESS：壓縮和解壓縮設(shè)備；
??? SNDRV_DEV_RAWMIDI：原始MIDI設(shè)備；
??? SNDRV_DEV_TIMER：定時器設(shè)備；
??? SNDRV_DEV_SEQUENCER：序列器設(shè)備；
??? SNDRV_DEV_HWDEP：硬件依賴設(shè)備；
??? SNDRV_DEV_JACK：JACK音頻連接設(shè)備；
??? SNDRV_DEV_CONTROL：control設(shè)備，此項必須放在最后；

6) struct snd_minor

linux內(nèi)核使用snd_minor表示聲卡邏輯設(shè)備上下文信息，它在調(diào)用snd_register_device函數(shù)注冊聲卡邏輯設(shè)備時被初始化，在聲卡邏輯設(shè)備被使用時就可以從該結(jié)構(gòu)體中得到相應(yīng)的信息。

struct?snd_minor?{
????????int?type;???????????????????????/*?SNDRV_DEVICE_TYPE_XXX?*/
????????int?card;???????????????????????/*?card?number?*/
????????int?device;?????????????????????/*?device?number?*/
????????const?struct?file_operations?*f_ops;????/*?file?operations?*/
????????void?*private_data;?????????????/*?private?data?for?f_ops->open?*/
????????struct?device?*dev;?????????????/*?device?for?sysfs?*/
????????struct?snd_card?*card_ptr;??????/*?assigned?card?instance?*/
};

其中：

type：設(shè)備類型，取值為 SNDRV_DEVICE_TYPE_XXX；card：聲卡邏輯設(shè)備所屬的聲卡設(shè)備的編號；device：設(shè)備索引；f_ops：文件操作集。private_data：用戶提供給 f_ops->open函數(shù)的私有數(shù)據(jù)指針；dev：聲卡邏輯設(shè)備對應(yīng)的 struct device 結(jié)構(gòu)體指針；card_ptr：指向所屬聲卡設(shè)備；

每一個snd_minor的創(chuàng)建都是通過snd_register_device函數(shù)實現(xiàn)的，并被添加到全局snd_minors指針數(shù)組中；

static?struct?snd_minor?*snd_minors[SNDRV_OS_MINORS];

6. alsa數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間關(guān)系

為了更加形象的表示struct snd_card、struct snd_device、struct snd_minor 之間的關(guān)系，我們繪制了如下關(guān)系框圖：

7. 內(nèi)核中alsa幾個主要函數(shù)

1） snd_register_device()

Linux 內(nèi)核 ALSA 音頻框架的其它部分需要創(chuàng)建音頻設(shè)備文件時，調(diào)用 snd_register_device() 函數(shù)為聲卡注冊 ALSA 設(shè)備文件，該函數(shù)定義 (位于 sound/core/sound.c)

/**
?*?snd_register_device?-?Register?the?ALSA?device?file?for?the?card
?*?@type:?the?device?type,?SNDRV_DEVICE_TYPE_XXX
?*?@card:?the?card?instance
?*?@dev:?the?device?index
?*?@f_ops:?the?file?operations
?*?@private_data:?user?pointer?for?f_ops->open()
?*?@device:?the?device?to?register
?*
?*?Registers?an?ALSA?device?file?for?the?given?card.
?*?The?operators?have?to?be?set?in?reg?parameter.
?*
?*?Return:?Zero?if?successful,?or?a?negative?error?code?on?failure.
?*/
int?snd_register_device(int?type,?struct?snd_card?*card,?int?dev,
???const?struct?file_operations?*f_ops,
???void?*private_data,?struct?device?*device)
?int?minor;
?int?err?=?0;
?struct?snd_minor?*preg;

?if?(snd_BUG_ON(!device))
??return?-EINVAL;

?preg?=?kmalloc(sizeof?*preg,?GFP_KERNEL);
?if?(preg?==?NULL)
??return?-ENOMEM;
?preg->type?=?type;
?preg->card?=?card???card->number?:?-1;
?preg->device?=?dev;
?preg->f_ops?=?f_ops;
?preg->private_data?=?private_data;
?preg->card_ptr?=?card;
?mutex_lock(&sound_mutex);
?minor?=?snd_find_free_minor(type,?card,?dev);
?if?(minor?<?0)?{
??err?=?minor;
??goto?error;
?}

?preg->dev?=?device;
?device->devt?=?MKDEV(major,?minor);
?err?=?device_add(device);
?if?(err?<?0)
??goto?error;

?snd_minors[minor]?=?preg;
?error:
?mutex_unlock(&sound_mutex);
?if?(err?<?0)
??kfree(preg);
?return?err;
}
EXPORT_SYMBOL(snd_register_device);

參數(shù)說明如下

type：??設(shè)備類型
card：??聲卡實例
dev：???設(shè)備索引
f_ops：?文件操作。用戶空間程序?qū)υO(shè)備文件的各種操作，都將由這里傳入的文件操作執(zhí)行。
private_data：f_ops->open()?要用到的用戶指針
device：要注冊的設(shè)備

snd_register_device() 函數(shù)的執(zhí)行過程如下：

分配 struct snd_minor 對象，并初始化它；為要注冊的設(shè)備尋找可用的從設(shè)備號。這有兩種策略，一種是動態(tài)從設(shè)備號，另一種是靜態(tài)從設(shè)備號。無論是哪種策略，SEQUENCER 和 TIMER 類型的設(shè)備的從設(shè)備號都是固定的 1 和 33。其它類型的設(shè)備，在動態(tài)從設(shè)備號策略中，順序查找可用的從設(shè)備號；在靜態(tài)從設(shè)備號策略中，根據(jù)聲卡索引、設(shè)備類型和設(shè)備索引構(gòu)造從設(shè)備號；構(gòu)造包含主設(shè)備號和從設(shè)備號的設(shè)備號；向設(shè)備層次體系結(jié)構(gòu)添加設(shè)備；將 struct snd_minor 對象指針保存在 struct snd_minor 對象指針數(shù)組中。

2） device_add()

snd_register_device() 函數(shù)調(diào)用 device_add() 函數(shù)向設(shè)備層次體系結(jié)構(gòu)添加設(shè)備，這個函數(shù)定義 (位于 drivers/base/core.c) 如下：

int?device_add(struct?device?*dev)
{
?struct?device?*parent;
?struct?kobject?*kobj;
?struct?class_interface?*class_intf;
?int?error?=?-EINVAL;
?struct?kobject?*glue_dir?=?NULL;

?dev?=?get_device(dev);
?if?(!dev)
??goto?done;

?if?(!dev->p)?{
??error?=?device_private_init(dev);
??if?(error)
???goto?done;
?}

?/*
??*?for?statically?allocated?devices,?which?should?all?be?converted
??*?some?day,?we?need?to?initialize?the?name.?We?prevent?reading?back
??*?the?name,?and?force?the?use?of?dev_name()
??*/
?if?(dev->init_name)?{
??dev_set_name(dev,?"%s",?dev->init_name);
??dev->init_name?=?NULL;
?}

?/*?subsystems?can?specify?simple?device?enumeration?*/
?if?(!dev_name(dev)?&&?dev->bus?&&?dev->bus->dev_name)
??dev_set_name(dev,?"%s%u",?dev->bus->dev_name,?dev->id);

?if?(!dev_name(dev))?{
??error?=?-EINVAL;
??goto?name_error;
?}

?pr_debug("device:?'%s':?%sn",?dev_name(dev),?__func__);

?parent?=?get_device(dev->parent);
?kobj?=?get_device_parent(dev,?parent);
?if?(IS_ERR(kobj))?{
??error?=?PTR_ERR(kobj);
??goto?parent_error;
?}
?if?(kobj)
??dev->kobj.parent?=?kobj;

?/*?use?parent?numa_node?*/
?if?(parent?&&?(dev_to_node(dev)?==?NUMA_NO_NODE))
??set_dev_node(dev,?dev_to_node(parent));

?/*?first,?register?with?generic?layer.?*/
?/*?we?require?the?name?to?be?set?before,?and?pass?NULL?*/
?error?=?kobject_add(&dev->kobj,?dev->kobj.parent,?NULL);
?if?(error)?{
??glue_dir?=?get_glue_dir(dev);
??goto?Error;
?}

?/*?notify?platform?of?device?entry?*/
?error?=?device_platform_notify(dev,?KOBJ_ADD);
?if?(error)
??goto?platform_error;

?error?=?device_create_file(dev,?&dev_attr_uevent);
?if?(error)
??goto?attrError;

?error?=?device_add_class_symlinks(dev);
?if?(error)
??goto?SymlinkError;
?error?=?device_add_attrs(dev);
?if?(error)
??goto?AttrsError;
?error?=?bus_add_device(dev);
?if?(error)
??goto?BusError;
?error?=?dpm_sysfs_add(dev);
?if?(error)
??goto?DPMError;
?device_pm_add(dev);

?if?(MAJOR(dev->devt))?{
??error?=?device_create_file(dev,?&dev_attr_dev);
??if?(error)
???goto?DevAttrError;

??error?=?device_create_sys_dev_entry(dev);
??if?(error)
???goto?SysEntryError;

??devtmpfs_create_node(dev);
?}

?/*?Notify?clients?of?device?addition.??This?call?must?come
??*?after?dpm_sysfs_add()?and?before?kobject_uevent().
??*/
?if?(dev->bus)
??blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->p->bus_notifier,
??????????BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE,?dev);

?kobject_uevent(&dev->kobj,?KOBJ_ADD);

?/*
??*?Check?if?any?of?the?other?devices?(consumers)?have?been?waiting?for
??*?this?device?(supplier)?to?be?added?so?that?they?can?create?a?device
??*?link?to?it.
??*
??*?This?needs?to?happen?after?device_pm_add()?because?device_link_add()
??*?requires?the?supplier?be?registered?before?it's?called.
??*
??*?But?this?also?needs?to?happen?before?bus_probe_device()?to?make?sure
??*?waiting?consumers?can?link?to?it?before?the?driver?is?bound?to?the
??*?device?and?the?driver?sync_state?callback?is?called?for?this?device.
??*/
?if?(dev->fwnode?&&?!dev->fwnode->dev)?{
??dev->fwnode->dev?=?dev;
??fw_devlink_link_device(dev);
?}

?bus_probe_device(dev);
?if?(parent)
??klist_add_tail(&dev->p->knode_parent,
??????????&parent->p->klist_children);

?if?(dev->class)?{
??mutex_lock(&dev->class->p->mutex);
??/*?tie?the?class?to?the?device?*/
??klist_add_tail(&dev->p->knode_class,
??????????&dev->class->p->klist_devices);

??/*?notify?any?interfaces?that?the?device?is?here?*/
??list_for_each_entry(class_intf,
????????&dev->class->p->interfaces,?node)
???if?(class_intf->add_dev)
????class_intf->add_dev(dev,?class_intf);
??mutex_unlock(&dev->class->p->mutex);
?}
done:
?put_device(dev);
?return?error;
?SysEntryError:
?if?(MAJOR(dev->devt))
??device_remove_file(dev,?&dev_attr_dev);
?DevAttrError:
?device_pm_remove(dev);
?dpm_sysfs_remove(dev);
?DPMError:
?bus_remove_device(dev);
?BusError:
?device_remove_attrs(dev);
?AttrsError:
?device_remove_class_symlinks(dev);
?SymlinkError:
?device_remove_file(dev,?&dev_attr_uevent);
?attrError:
?device_platform_notify(dev,?KOBJ_REMOVE);
platform_error:
?kobject_uevent(&dev->kobj,?KOBJ_REMOVE);
?glue_dir?=?get_glue_dir(dev);
?kobject_del(&dev->kobj);
?Error:
?cleanup_glue_dir(dev,?glue_dir);
parent_error:
?put_device(parent);
name_error:
?kfree(dev->p);
?dev->p?=?NULL;
?goto?done;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(device_add);

device_add() 函數(shù)調(diào)用 device_create_file() 和 devtmpfs_create_node() 等函數(shù)在 sysfs 和 devtmpfs 文件系統(tǒng)中創(chuàng)建文件。

內(nèi)核各模塊通過 devtmpfs_create_node() 函數(shù)創(chuàng)建 devtmpfs 文件，這個函數(shù)定義 (位于 drivers/base/devtmpfs.c) 如下：

static?int?devtmpfs_submit_req(struct?req?*req,?const?char?*tmp)
{
?init_completion(&req->done);

?spin_lock(&req_lock);
?req->next?=?requests;
?requests?=?req;
?spin_unlock(&req_lock);

?wake_up_process(thread);
?wait_for_completion(&req->done);

?kfree(tmp);

?return?req->err;
}

int?devtmpfs_create_node(struct?device?*dev)
{
?const?char?*tmp?=?NULL;
?struct?req?req;

?if?(!thread)
??return?0;

?req.mode?=?0;
?req.uid?=?GLOBAL_ROOT_UID;
?req.gid?=?GLOBAL_ROOT_GID;
?req.name?=?device_get_devnode(dev,?&req.mode,?&req.uid,?&req.gid,?&tmp);
?if?(!req.name)
??return?-ENOMEM;

?if?(req.mode?==?0)
??req.mode?=?0600;
?if?(is_blockdev(dev))
??req.mode?|=?S_IFBLK;
?else
??req.mode?|=?S_IFCHR;

?req.dev?=?dev;

?return?devtmpfs_submit_req(&req,?tmp);
}

這個函數(shù)通過 device_get_devnode() 函數(shù)獲得 devtmpfs 設(shè)備文件的文件名，創(chuàng)建一個 devtmpfs 設(shè)備文件創(chuàng)建請求，并提交。在 devtmpfs_submit_req() 函數(shù)中，可以看到所有的請求由單鏈表維護，新的請求被放在單鏈表的頭部。

device_get_devnode() 函數(shù)定義 (位于 drivers/base/core.c) 如下：

const?char?*device_get_devnode(struct?device?*dev,
??????????umode_t?*mode,?kuid_t?*uid,?kgid_t?*gid,
??????????const?char?**tmp)
{
?char?*s;

?*tmp?=?NULL;

?/*?the?device?type?may?provide?a?specific?name?*/
?if?(dev->type?&&?dev->type->devnode)
??*tmp?=?dev->type->devnode(dev,?mode,?uid,?gid);
?if?(*tmp)
??return?*tmp;

?/*?the?class?may?provide?a?specific?name?*/
?if?(dev->class?&&?dev->class->devnode)
??*tmp?=?dev->class->devnode(dev,?mode);
?if?(*tmp)
??return?*tmp;

?/*?return?name?without?allocation,?tmp?==?NULL?*/
?if?(strchr(dev_name(dev),?'!')?==?NULL)
??return?dev_name(dev);

?/*?replace?'!'?in?the?name?with?'/'?*/
?s?=?kstrdup(dev_name(dev),?GFP_KERNEL);
?if?(!s)
??return?NULL;
?strreplace(s,?'!',?'/');
?return?*tmp?=?s;
}

device_get_devnode() 函數(shù)按照一定的優(yōu)先級，嘗試從幾個地方獲得設(shè)備文件名：

設(shè)備的設(shè)備類型 struct device_type 的 devnode 操作；設(shè)備的總線 struct class 的 devnode 操作；設(shè)備名字。對于音頻設(shè)備，我們在 sound/sound_core.c 文件中看到，其總線 struct class 的 devnode 操作定義如下：

static?char?*sound_devnode(struct?device?*dev,?umode_t?*mode)
{
?if?(MAJOR(dev->devt)?==?SOUND_MAJOR)
??return?NULL;
?return?kasprintf(GFP_KERNEL,?"snd/%s",?dev_name(dev));
}

3） snd_unregister_device()

注銷 ALSA 設(shè)備文件
當(dāng)不再需要某個 ALSA 設(shè)備文件時，可以注銷它，這通過 snd_unregister_device() 函數(shù)完成。snd_unregister_device() 函數(shù)定義 (位于 sound/core/sound.c)

int?snd_unregister_device(struct?device?*dev)
{
?int?minor;
?struct?snd_minor?*preg;

?mutex_lock(&sound_mutex);
?for?(minor?=?0;?minor?<?ARRAY_SIZE(snd_minors);?++minor)?{
??preg?=?snd_minors[minor];
??if?(preg?&&?preg->dev?==?dev)?{
???snd_minors[minor]?=?NULL;
???device_del(dev);
???kfree(preg);
???break;
??}
?}
?mutex_unlock(&sound_mutex);
?if?(minor?>=?ARRAY_SIZE(snd_minors))
??return?-ENOENT;
?return?0;
}
EXPORT_SYMBOL(snd_unregister_device);

這個函數(shù)根據(jù)傳入的設(shè)備，查找對應(yīng)的 struct snd_minor 對象，找到時，則從系統(tǒng)中刪除設(shè)備，這包括刪除 devtmpfs 文件系統(tǒng)中的設(shè)備文件等，并釋放 struct snd_minor 對象。

在 snd_register_device() 函數(shù)中可以看到，是給設(shè)備計算了設(shè)備號的，這里不能獲取設(shè)備號，并根據(jù)設(shè)備號在 struct snd_minor 對象指針數(shù)組中快速查找么？

音頻設(shè)備文件的文件操作
注冊音頻字符設(shè)備時，綁定的文件操作是 snd_fops，這個文件操作只定義了 open 和 llseek 兩個操作，其中 llseek 操作 noop_llseek 的定義 (位于 fs/read_write.c) 如下：

loff_t?noop_llseek(struct?file?*file,?loff_t?offset,?int?whence)
{
?return?file->f_pos;
}
EXPORT_SYMBOL(noop_llseek);

這個操作基本上什么也沒做。

open 操作 snd_open 的定義 (位于 sound/core/sound.c) 如下：

static?int?snd_open(struct?inode?*inode,?struct?file?*file)
{
?unsigned?int?minor?=?iminor(inode);
?struct?snd_minor?*mptr?=?NULL;
?const?struct?file_operations?*new_fops;
?int?err?=?0;

?if?(minor?>=?ARRAY_SIZE(snd_minors))
??return?-ENODEV;
?mutex_lock(&sound_mutex);
?mptr?=?snd_minors[minor];
?if?(mptr?==?NULL)?{
??mptr?=?autoload_device(minor);
??if?(!mptr)?{
???mutex_unlock(&sound_mutex);
???return?-ENODEV;
??}
?}
?new_fops?=?fops_get(mptr->f_ops);
?mutex_unlock(&sound_mutex);
?if?(!new_fops)
??return?-ENODEV;
?replace_fops(file,?new_fops);

?if?(file->f_op->open)
??err?=?file->f_op->open(inode,?file);
?return?err;
}

這個函數(shù)：

從 struct inode 中獲得音頻設(shè)備文件的從設(shè)備號；根據(jù)從設(shè)備號，在 struct snd_minor 對象指針數(shù)組中，找到對應(yīng)的 struct snd_minor 對象；從 struct snd_minor 對象獲得它的文件操作，即注冊 ALSA 設(shè)備文件時傳入的文件操作；將 struct file 的文件操作替換為獲得的文件操作；執(zhí)行新的文件操作的 open 操作。

具體詳細的函數(shù)，后面驅(qū)動分析章節(jié)會繼續(xù)分析討論。