《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南 V1.1》第二十九章 音频应用编程

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1）实验平台：正点原子阿尔法Linux开发板
2)  章节摘自【正点原子】《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南 V1.1》
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第二十九章 音频应用编程

ALPHA I.MX6U开发板支持音频，板上搭载了音频编解码芯片WM8960，支持播放以及录音功能！
本章我们来学习Linux下的音频应用编程，音频应用编程相比于前面几个章节所介绍的内容、其难度有所上升，但是笔者仅向大家介绍Linux音频应用编程中的基础知识，而更多细节、更加深入的内容需要大家自己去学习。
本章将会讨论如下主题内容。
Linux下ALSA框架概述；
alsa-lib库介绍；
alsa-lib库移植；
alsa-lib库的使用；
音频应用编程之播放；
音频应用编程之录音。




29.1ALSA概述
ALSA是Advanced Linux Sound Architecture（高级的Linux声音体系）的缩写，目前已经成为了linux下的主流音频体系架构，提供了音频和MIDI的支持，替代了原先旧版本中的OSS（开发声音系统）；学习过Linux音频驱动开发的读者肯定知道这个；事实上，ALSA是Linux系统下一套标准的、先进的音频驱动框架，那么这套框架的设计本身是比较复杂的，采用分离、分层思想设计而成，具体的细节便不给大家介绍了！作为音频应用编程，我们不用去研究这个。
在应用层，ALSA为我们提供了一套标准的API，应用程序只需要调用这些API就可完成对底层音频硬件设备的控制，譬如播放、录音等，这一套API称为alsa-lib。如下图所示：

图 29.1.1 alsa音频示意图

29.2alsa-lib简介
如上所述，alsa-lib是一套Linux应用层的C语言函数库，为音频应用程序开发提供了一套统一、标准的接口，应用程序只需调用这一套API即可完成对底层声卡设备的操控，譬如播放与录音。
用户空间的alsa-lib对应用程序提供了统一的API接口，这样可以隐藏驱动层的实现细节，简化了应用程序的实现难度、无需应用程序开发人员直接去读写音频设备节点。所以本章，对于我们来说，学习音频应用编程其实就是学习alsa-lib库函数的使用、如何基于alsa-lib库函数开发音频应用程序。
ALSA提供了关于alsa-lib的使用说明文档，其链接地址为：https://www.alsa-project.org/alsa-doc/alsa-lib/，进入到该链接地址后，如下所示：

图 29.2.1 alsa-lib使用参考手册

alsa-lib库支持功能比较多，提供了丰富的API接口供应用程序开发人员调用，根据函数的功能、作用将这些API进行了分类，可以点击上图中Modules按钮查看其模块划分，如下所示：

图 29.2.2 alsa-lib模块

一个分类就是一个模块（module），有些模块下可能该包含了子模块，譬如上图中，模块名称前面有三角箭头的表示该模块包含有子模块。
Global defines and functions：包括一些全局的定义，譬如函数、宏等；
Constants for Digital Audio Interfaces：数字音频接口相关的常量；
Input Interface：输入接口；
Output Interface：输出接口；
Error handling：错误处理相关接口；
Configuration Interface：配置接口；
Control Interface：控制接口；
PCM Interface：PCM设备接口；
RawMidi Interface：RawMidi接口；
Timer Interface：定时器接口；
Hardware Dependant Interface：硬件相关接口；
MIDI Sequencer：MIDI音序器；
External PCM plugin SDK：外部PCM插件SDK；
External Control Plugin SDK：外部控制插件SDK；
Mixer Interface：混音器接口；
Use Case Interface：用例接口；
Topology Interface：拓扑接口。
可以看到，alsa-lib提供的接口确实非常多、模块很多，以上所列举出来的这些模块，很多模块笔者也不是很清楚它们的具体功能、作用，但是本章我们仅涉及到三个模块下的API函数，包括：PCM Interface、Error Interface以及Mixer Interface。
PCM Interface
PCM Interface，提供了PCM设备相关的操作接口，譬如打开/关闭PCM设备、配置PCM设备硬件或软件参数、控制PCM设备（启动、暂停、恢复、写入/读取数据），该模块下还包含了一些子模块，如下所示：

图 29.2.3 PCM Interface下的子模块

点击模块名称可以查看到该模块提供的API接口有哪些以及相应的函数说明，这里就不给大家演示了！
Error Interface
该模块提供了关于错误处理相关的接口，譬如函数调用发生错误时，可调用该模块下提供的函数打印错误描述信息。
Mixer Interface
提供了关于混音器相关的一系列操作接口，譬如音量、声道控制、增益等等。
29.3sound设备节点
在Linux内核设备驱动层、基于ALSA音频驱动框架注册的sound设备会在/dev/snd目录下生成相应的设备节点文件，譬如ALPHA I.MX6U开发板出厂系统/dev/snd目录下有如下文件：

图 29.3.1 /dev/snd目录下的文件

Tips：注意，Mini I.MX6U开发板出厂系统/dev/snd目录下是没有这些文件的，因为Mini板不支持音频、没有板载音频编解码芯片，所以本章实验例程无法在Mini板上进行测试，请悉知！
从上图可以看到有如下设备文件：
controlC0：用于声卡控制的设备节点，譬如通道选择、混音器、麦克风的控制等，C0表示声卡0（card0）；
pcmC0D0c：用于录音的PCM设备节点。其中C0表示card0，也就是声卡0；而D0表示device 0，也就是设备0；最后一个字母c是capture的缩写，表示录音；所以pcmC0D0c便是系统的声卡0中的录音设备0；
pcmC0D0p：用于播放（或叫放音、回放）的PCM设备节点。其中C0表示card0，也就是声卡0；而D0表示device 0，也就是设备0；最后一个字母p是playback的缩写，表示播放；所以pcmC0D0p便是系统的声卡0中的播放设备0；
pcmC0D1c：用于录音的PCM设备节点。对应系统的声卡0中的录音设备1；
pcmC0D1p：用于播放的PCM设备节点。对应系统的声卡0中的播放设备1。
timer：定时器。
本章我们编写的应用程序，虽然是调用alsa-lib库函数去控制底层音频硬件，但最终也是落实到对sound设备节点的I/O操作，只不过alsa-lib已经帮我们封装好了。在Linux系统的/proc/asound目录下，有很多的文件，这些文件记录了系统中声卡相关的信息，如下所示：

图 29.3.2 /proc/asound目录下的文件

cards：
通过"cat /proc/asound/cards"命令、查看cards文件的内容，可列出系统中可用的、注册的声卡，如下所示：

1. cat /proc/asound/cards

复制代码

图 29.3.3 查看系统中注册的所有声卡

我们的阿尔法板子上只有一个声卡（WM8960音频编解码器），所以它的编号为0，也就是card0。系统中注册的所有声卡都会在/proc/asound/目录下存在一个相应的目录，该目录的命名方式为cardX（X表示声卡的编号），譬如图 29.3.2中的card0；card0目录下记录了声卡0相关的信息，譬如声卡的名字以及声卡注册的PCM设备，如下所示：

图 29.3.4 card0目录下的文件

devices：
列出系统中所有声卡注册的设备，包括control、pcm、timer、seq等等。如下所示：

1. cat /proc/asound/devices

复制代码

图 29.3.5 列出所有设备

pcm：
列出系统中的所有PCM设备，包括playback和capture：

1. cat /proc/asound/pcm

复制代码

图 29.3.6 列出系统中所有PCM设备

29.4alsa-lib移植
因为alsa-lib是ALSA提供的一套Linux下的C语言函数库，需要将alsa-lib移植到开发板上，这样基于alsa-lib编写的应用程序才能成功运行，除了移植alsa-lib库之外，通常还需要移植alsa-utils，alsa-utils包含了一些用于测试、配置声卡的工具。
事实上，ALPHA I.MX6U开发板出厂系统中已经移植了alsa-lib和alsa-utils，本章我们直接使用出厂系统移植好的alsa-lib和alsa-utils进行测试，笔者也就不再介绍移植过程了。其实它们的移植方法也非常简单，如果你想自己尝试移植，网上有很多参考，大家可以自己去看看。
alsa-utils提供了一些用于测试、配置声卡的工具，譬如aplay、arecord、alsactl、alsaloop、alsamixer、amixer等，在开发板出厂系统上可以直接使用这些工具，这些应用程序也都是基于alsa-lib编写的。
aplay
aplay是一个用于测试音频播放功能程序，可以使用aplay播放wav格式的音频文件，如下所示：

图 29.4.1 使用aplay播放wav音乐

程序运行之后就会开始播放音乐，因为ALPHA开发板支持喇叭和耳机自动切换，如果不插耳机默认从喇叭播放音乐，插上耳机以后喇叭就会停止播放，切换为耳机播放音乐，这个大家可以自己进行测试。
需要注意的是，aplay工具只能解析wav格式音频文件，不支持mp3格式解码，所以无法使用aplay工具播放mp3音频文件。稍后笔者会向大家介绍如何基于alsa-lib编写一个简单地音乐播放器，实现与aplay相同的效果。
alsamixer
alsamixer是一个很重要的工具，用于配置声卡的混音器，它是一个字符图形化的配置工具，直接在开发板串口终端运行alsamixer命令，打开图形化配置界面，如下所示：

图 29.4.2 alsamixer界面

alsamixer可对声卡的混音器进行配置，左上角“Card: wm8960-audio”表示当前配置的声卡为wm8960-audio，如果你的系统中注册了多个声卡，可以按F6进行选择。
按下H键可查看界面的操作说明，如下所示：

图 29.4.3 alsamixer界面操作说明

不同声卡支持的混音器配置选项是不同的，这个与具体硬件相关，需要硬件上的支持！上图展示的便是开发板WM8960声卡所支持的配置项，包括Playback播放和Capture录音，左上角View处提示：

1. View: F3:[Playback] F4: Capture  F5: All

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表示当前显示的是[Playback]的配置项，通过F4按键切换为Capture、或按F5显示所有配置项。
Tips：在终端按下F4或F5按键时，可能会直接退出配置界面，这个原因可能是F4或F5快捷键被其它程序给占用了，大家可以试试在Ubuntu系统下使用ssh远程登录开发板，然后在Ubuntu ssh终端执行alsamixer程序，笔者测试F4、F5都是正常的。
左上角Item处提示：

1. Item: Headphone [dB gain: -8.00, -8.00]

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表示当前选择的是Headphone配置项，可通过键盘上的LEFT（向左）和RIGHT（向右）按键切换到其它配置项。当用户对配置项进行修改时，只能修改被选中的配置项，而中括号[dB gain: -7.00, -7.00]中的内容显示了该配置项当前的配置值。
上图中只是列出了其中一部分，还有一部分配置项并未显示出来，可以通过左右按键移动查看到其余配置项。WM8960声卡所支持的配置项特别多，包括播放音量、耳机音量、喇叭音量、capture录音音量、通道使能、ZC、AC、DC、ALC、3D等，配置项特别多，很多配置项笔者也不懂。以下列出了其中一些配置项及其说明：
Headphone：耳机音量，使用上（音量增加）、下（音量降低）按键可以调节播放时耳机输出的音量大小，当然可以通过Q（左声道音量增加）、Z（左声道音量降低）按键单独调节左声道音量或通过E（右声道音量增加）、C（右声道音量降低）按键单独调节右声道音量。
Headphone Playback ZC：耳机播放ZC（交流），通过M键打开或关闭ZC。
Speaker：喇叭播放音量，音量调节方法与Headphon相同。
Speaker AC：喇叭ZC，通过上下按键可调节大小。
Speaker DC：喇叭DC，通过上下按键可调节大小。
Speaker Playback ZC：喇叭播放ZC，通过M键打开或关闭ZC。
Playback：播放音量，播放音量作用于喇叭、也能作用于耳机，能同时控制喇叭和耳机的输出音量。调节方法与Headphon相同。
Capture：采集音量，也就是录音时的音量大小，调节方法与Headphon相同。
其它的配置项就不再介绍了，笔者也看不懂，后面会用到时再给大家解释！
开发板出厂系统中有一个配置文件/var/lib/alsa/asound.state，这其实就是WM8960声卡的配置文件，每当开发板启动进入系统时会自动读取该文件加载声卡配置；而每次系统关机时，又会将声卡当前的配置写入到该文件中进行保存，以便下一次启动时加载。加载与保存操作其实是通过alsactl工具完成的，稍后向大家介绍。

1. alsactl

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配置好声卡之后，如果直接关机，下一次重启之后之前的设置都会消失，必须要重新设置，所以我们需要对配置进行保存，如何保存呢？可通过alsactl工具完成。
使用alsactl工具可以将当前声卡的配置保存在一个文件中，这个文件默认是/var/lib/alsa/asound.state，譬如使用alsactl工具将声卡配置保存在该文件中：

1. alsactl -f /var/lib/alsa/asound.state store

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-f选项指定保存在哪一个文件中，当然也可以不用指定，如果不指定则使用alsactl默认的配置文件/var/lib/alsa/asound.state，store表示保存配置。保存成功以后就会生成/var/lib/alsa/asound.state这个文件，asound.state文件中保存了声卡的各种设置信息，大家可以打开此文件查看里面的内容，如下所示：

图 29.4.4 asound.state文件部分内容

除了保存配置之外，还可以加载配置，譬如使用/var/lib/alsa/asound.state文件中的配置信息来配置声卡，可执行如下命令：

1. alsactl -f /var/lib/alsa/asound.state restore

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restore表示加载配置，读取/var/lib/alsa/asound.state文件中的配置信息并对声卡进行设置。关于alsactl的详细使用方法，可以执行"alsactl -h"进行查看。
开发板出厂系统每次开机启动时便会自动从/var/lib/alsa/asound.state文件中读取配置信息并配置声卡，而每次关机时（譬如执行reset或poweroff命令）又会将声卡当前的配置写入到该文件中进行保存，以便下一次启动时加载。其实也就是在系统启动（或关机）时通过alsactl工具加载（或保存）配置。

1. amixer

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amixer工具也是一个声卡配置工具，与alsamixer功能相同，区别在于，alsamixer是一个基于字符图形化的配置工具、而amixer不是图形化配置工具，直接使用命令行配置即可，详细地用法大家可以执行"amixer --help"命令查看，下面笔者简单地提一下该工具怎么用：
执行命令"amixer scontrols"可以查看到有哪些配置项，如下所示：

图 29.4.5 查看有哪些配置项

从打印信息可知，这里打印出来的配置项与alsamixer配置界面中所看到的配置项是相同的，那如何进去配置呢？不同的配置项对应的配置方法（配置值或值类型）是不一样的，可以先使用命令"amixer scontents"查看配置项的说明，如下所示：

1. amixer scontents

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图 29.4.6 每一个配置项的配置说明

“Headphone”配置项用于设置耳机音量，音量可调节范围为0-127，当前音量为115（左右声道都是115）；有些设置项是bool类型，只有on和off两种状态。
譬如将耳机音量左右声道都设置为100，可执行如下命令进行设置：

1. amixer sset Headphone 100,100

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譬如打开或关闭Headphone Playback ZC：

1. amixer sset "Headphone Playback ZC" off                #关闭ZC
   
2. amixer sset "Headphone Playback ZC" on                #打开ZC

复制代码

以上给大家举了两个例子，配置方法还是很简单地！

1. arecord

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arecord工具是一个用于录音测试的应用程序，这里笔者简单地给大家介绍一下工具的使用方法，详细的使用方法大家可以执行"arecord --help"命令查看帮助信息。譬如使用arecord录制一段10秒钟的音频，可以执行如下命令：

1. arecord -f cd -d 10 test.wav

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图 29.4.7 使用arecord工具录音

-f选项指定音频格式，cd则表示cd级别音频，也就是“16 bit little endian, 44100, stereo”；-d选项指定音频录制时间长度，单位是秒；test.wav指定音频数据保存的文件。当录制完成之后，会生成test.wav文件，接着我们可以使用aplay工具播放这一段音频。
以上给大家介绍了alsa-utils提供的几个测试音频、配置声卡的工具，当然，本文也只是进行了简单地介绍，更加详细的使用方法还需要大家自己查看帮助信息。
29.5编写一个简单地alsa-lib应用程序
本小节开始，我们来学习如何基于alsa-lib编写音频应用程序，alsa-lib提供的库函数也别多，笔者肯定不会全部给大家介绍，只介绍基础的使用方法，关于更加深入、更加详细的使用方法需要大家自己去研究、学习。
对于alsa-lib库的使用，ALSA提供了一些参考资料来帮助应用程序开发人员快速上手alsa-lib、基于alsa-lib进行应用编程，以下笔者给出了链接：
https://users.suse.com/~mana/alsa090_howto.html
https://www.alsa-project.org/alsa-doc/alsa-lib/examples.html
第一份文档向用户介绍了如何使用alsa-lib编写简单的音频应用程序，包括PCM播放音频、PCM录音等，笔者也是参考了这份文档来编写本章教程，对应初学者，建议大家看一看。
第二个链接地址是ALSA提供的一些示例代码，如下所示：

图 29.5.1 ALSA提供的参考代码

点击对应源文件即可查看源代码。
以上便是ALSA提供的帮助文档以及参考代码，链接地址已经给出了，大家有兴趣可以看一下。
本小节笔者将向大家介绍如何基于alsa-lib编写一个简单地音频应用程序，譬如播放音乐、录音等；但在此之前，首先我们需要先来了解一些基本的概念，为后面的学习打下一个坚实的基础！
29.5.1一些基本概念
主要是与音频相关的基本概念，因为在alsa-lib应用编程中会涉及到这些概念，所以先给大家进行一个简单地介绍。
样本长度（Sample）
样本是记录音频数据最基本的单元，样本长度就是采样位数，也称为位深度（Bit Depth、Sample Size、Sample Width）。是指计算机在采集和播放声音文件时，所使用数字声音信号的二进制位数，或者说每个采样样本所包含的位数（计算机对每个通道采样量化时数字比特位数），通常有8bit、16bit、24bit等。
声道数（channel）
分为单声道(Mono)和双声道/立体声(Stereo)。1表示单声道、2表示立体声。
帧（frame）
帧记录了一个声音单元，其长度为样本长度与声道数的乘积，一段音频数据就是由苦干帧组成的。
把所有声道中的数据加在一起叫做一帧，对于单声道：一帧 = 样本长度 * 1；双声道：一帧 = 样本长度 * 2。譬如对于样本长度为16bit的双声道来说，一帧的大小等于：16 * 2 / 8 = 4个字节。
采样率（Sample rate）
也叫采样频率，是指每秒钟采样次数，该次数是针对桢而言。譬如常见的采样率有：
8KHz                - 电话所用采样率
22.05KHz        - FM调频广播所用采样率
44.1KHz                - 音频 CD，也常用于MPEG-1音频（VCD、SVCD、MP3）所用采样率
48KHz                - miniDV、数字电视、DVD、DAT、电影和专业音频所用的数字声音所用采样率。
交错模式（interleaved）
交错模式是一种音频数据的记录方式，分为交错模式和非交错模式。在交错模式下，数据以连续桢的形式存放，即首先记录完桢1的左声道样本和右声道样本（假设为立体声格式），再记录桢2的左声道样本和右声道样本。而在非交错模式下，首先记录的是一个周期内所有桢的左声道样本，再记录右声道样本，数据是以连续通道的方式存储。不过多数情况下，我们一般都是使用交错模式。
周期（period）
周期是音频设备处理（读、写）数据的单位，换句话说，也就是音频设备读写数据的单位是周期，每一次读或写一个周期的数据，一个周期包含若干个帧；譬如周期的大小为1024帧，则表示音频设备进行一次读或写操作的数据量大小为1024帧，假设一帧为4个字节，那么也就是1024*4=4096个字节数据。
一个周期其实就是两次硬件中断之间的帧数，音频设备每处理（读或写）完一个周期的数据就会产生一个中断，所以两个中断之间相差一个周期，关于中断的问题，稍后再向大家介绍！
缓冲区（buffer）
数据缓冲区，一个缓冲区包含若干个周期，所以buffer是由若干个周期所组成的一块空间。下面一张图直观地表示了buffer、period、frame、sample（样本长度）之间的关系，假设一个buffer包含4个周期、而一个周包含1024帧、一帧包含两个样本（左、右两个声道）：

图 29.5.2 buffer/period/frame/sample之间的关系示例图

音频设备底层驱动程序使用DMA来搬运数据，这个buffer中有4个period，每当DMA搬运完一个period的数据就会触发一次中断，因此搬运整个buffer中的数据将产生4次中断。ALSA为什么这样做？直接把整个buffer中的数据一次性搬运过去岂不是更快？情况并非如此，我们没有考虑到一个很重要的问题，那就是延迟；如果数据缓存区buffer很大，一次传输整个buffer中的数据可能会导致不可接受的延迟，因为一次搬运的数据量越大，所花费的时间就越长，那么必然会导致数据从传输开始到发出声音（以播放为例）这个过程所经历的时间就会越长，这就是延迟。为了解决这个问题，ALSA把缓存区拆分成多个周期，以周期为传输单元进行传输数据。
所以，周期不宜设置过大，周期过大会导致延迟过高；但周期也不能太小，周期太小会导致频繁触发中断，这样会使得CPU被频繁中断而无法执行其它的任务，使得效率降低！所以，周期大小要合适，在延迟可接受的情况下，尽量设置大一些，不过这个需要根据实际应用场合而定，有些应用场合，可能要求低延迟、实时性高，但有些应用场合没有这种需求。
数据之间的传输
这里再介绍一下数据之间传输的问题，这个问题很重要，大家一定要理解，这样会更好的帮助我们理解代码、理解代码的逻辑。
&#61548CM播放情况下
在播放情况下，buffer中存放了需要播放的PCM音频数据，由应用程序向buffer中写入音频数据，buffer中的音频数据由DMA传输给音频设备进行播放，所以应用程序向buffer写入数据、音频设备从buffer读取数据，这就是buffer中数据的传输情况。
图 29.5.2中标识有read pointer和write pointer指针，write pointer指向当前应用程序写buffer的位置、read pointer指向当前音频设备读buffer的位置。在数据传输之前（播放之前），buffer缓冲区是没有数据的，此时write/read pointer均指向了buffer的起始位置，也就是第一个周期的起始位置，如下所示：

图 29.5.3 pointer指向buffer起始位置

应用程序向buffer写入多少帧数据，则write pointer指针向前移动多少帧，当应用程序向buffer中写入一个周期的数据时，write pointer指针将向前移动一个周期；接着再写入一个周期，指针再向前移动一个周期，以此类推！当write pointer移动到buffer末尾时，又会回到buffer的起始位置，以此循环！所以由此可知，这是一个环形缓冲区。
以上是应用程序写buffer的一个过程，接着再来看看音频设备读buffer（播放）的过程。在播放开始之前，read pointer指向了buffer的起始位置，也就是第一个周期的起始位置。音频设备每次只播放一个周期的数据（读取一个周期），每一次都是从read pointer所指位置开始读取；每读取一个周期，read pointer指针向前移动一个周期，同样，当read pointer指针移动到buffer末尾时，又会回到buffer的起始位置，以此构成一个循环！
应用程序需要向buffer中写入音频数据，音频设备才能读取数据进行播放，如果read pointer所指向的周期并没有填充音频数据，则无法播放！当buffer数据满时，应用程序将不能再写入数据，否则就会覆盖之前的数据，必须要等待音频设备播放完一个周期，音频设备每播放完一个周期，这个周期就变成空闲状态了，此时应用程序就可以写入一个周期的数据以填充这个空闲周期。
&#61548CM录音情况下
在录音情况下，buffer中存放了音频设备采集到的音频数据（外界模拟声音通过ADC转为数字声音），由音频设备向buffer中写入音频数据（DMA搬运），而应用程序从buffer中读取数据，所以音频设备向buffer写入数据、应用程序从buffer读取数据，这就是录音情况下buffer中数据的传输情况。
回到图 29.5.2中，此时write pointer指向音频设备写buffer的位置、read pointer指向应用程序读buffer的位置。在录音开始之前，buffer缓冲区是没有数据的，此时write/read pointer均指向了buffer的起始位置，也就是第一个周期的起始位置，如图 29.5.3中所示。
音频设备向buffer写入多少帧数据，则write pointer指针向前移动多少帧，音频设备每次只采集一个周期，将采集到的数据写入buffer中，从write pointer所指位置开始写入；当音频设备向buffer中写入一个周期的数据时，write pointer指针将向前移动一个周期；接着再写入一个周期，指针再向前移动一个周期，以此类推！当write pointer移动到buffer末尾时，又会回到buffer的起始位置，以此构成循环！
以上是音频设备写buffer的一个过程，接着再来看看应用程序读buffer的过程。在录音开始之前，read pointer指向了buffer的起始位置，也就是第一个周期的起始位置。同样，应用程序从buffer读取了多少帧数据，则read pointer指针向前移动多少帧；从read pointer所指位置开始读取，当read pointer指针移动到buffer末尾时，又会回到buffer的起始位置，以此构成一个循环！
音频设备需要向buffer中写入音频数据，应用程序才能从buffer中读取数据（录音），如果read pointer所指向的周期并没有填充音频数据，则无法读取！当buffer中没有数据时，需要等待音频设备向buffer中写入数据，音频设备每次写入一个周期，当应用程序读取完这个周期的数据后，这个周期又变成了空闲周期，需要等待音频设备写入数据。
Over and Under Run
当一个声卡处于工作状态时，环形缓冲区buffer中的数据总是连续地在音频设备和应用程序缓存区间传输，如下图所示：

图 29.5.4 buffer中数据的传输

上图展示了声卡在工作状态下，buffer中数据的传输情况，总是连续地在音频设备和应用程序缓存区间传输，但事情并不总是那么完美、也会出现有例外；譬如在录音例子中，如果应用程序读取数据不够快，环形缓冲区buffer中的数据已经被音频设备写满了、而应用程序还未来得及读走，那么数据将会被覆盖；这种数据的丢失被称为overrun。在播放例子中，如果应用程序写入数据到环形缓冲区buffer中的速度不够快，缓存区将会“饿死”（缓冲区中无数据可播放）；这样的错误被称为underrun（欠载）。在ALSA文档中，将这两种情形统称为"XRUN"，适当地设计应用程序可以最小化XRUN并且可以从中恢复过来。
29.5.2打开PCM设备
从本小节开始，将正式介绍如何编写一个音频应用程序，首先我们需要在应用程序中包含alsa-lib库的头文件<alsa/asoundlib.h>，这样才能在应用程序中调用alsa-lib库函数以及使用相关宏。
第一步需要打开PCM设备，调用函数snd_pcm_open()，该函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_open(snd_pcm_t **pcmp, const char *name, snd_pcm_stream_t stream, int mode)

复制代码

该函数一共有4个参数，如下所示：
pcmp：snd_pcm_t用于描述一个PCM设备，所以一个snd_pcm_t对象表示一个PCM设备；snd_pcm_open函数会打开参数name所指定的设备，实例化snd_pcm_t对象，并将对象的指针（也就是PCM设备的句柄）通过pcmp返回出来。
name：参数name指定PCM设备的名字。alsa-lib库函数中使用逻辑设备名而不是设备文件名，命名方式为"hw:i,j"，i表示声卡的卡号，j则表示这块声卡上的设备号；譬如"hw:0,0"表示声卡0上的PCM设备0，在播放情况下，这其实就对应/dev/snd/pcmC0D0p（如果是录音，则对应/dev/snd/pcmC0D0c）。除了使用"hw:i,j"这种方式命名之外，还有其它两种常用的命名方式，譬如"plughw:i,j"、"default"等，关于这些名字的不同，本章最后再向大家进行简单地介绍，这里暂时先不去理会这个问题。
stream：参数stream指定流类型，有两种不同类型：SND_PCM_STREAM_PLAYBACK和SND_PCM_STREAM_CAPTURE；SND_PCM_STREAM_PLAYBACK表示播放，SND_PCM_STREAM_CAPTURE则表示采集。
mode：最后一个参数mode指定了open模式，通常情况下，我们会将其设置为0，表示默认打开模式，默认情况下使用阻塞方式打开设备；当然，也可将其设置为SND_PCM_NONBLOCK，表示以非阻塞方式打开设备。
设备打开成功，snd_pcm_open函数返回0；打开失败，返回一个小于0的错误编号，可以使用alsa-lib提供的库函数snd_strerror()来得到对应的错误描述信息，该函数与C库函数strerror()用法相同。
与snd_pcm_open相对应的是snd_pcm_close()，函数snd_pcm_close()用于关闭PCM设备，函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_close(snd_pcm_t *pcm);

复制代码

使用示例：
调用snd_pcm_open()函数打开声卡0的PCM播放设备0：

1. snd_pcm_t *pcm_handle = NULL;
   
2. int ret;
   
3. 
   
4. ret = snd_pcm_open(&pcm_handle, "hw:0,0", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);
   
5. if (0 > ret) {
   
6.         fprintf(stderr, "snd_pcm_open error: %s\n", snd_strerror(ret));
   
7.         return -1;
   
8. }

复制代码

29.5.3设置硬件参数
打开PCM设备之后，接着我们需要对设备进行设置，包括硬件配置和软件配置。软件配置就不再介绍了，使用默认配置即可！我们主要是对硬件参数进行配置，譬如采样率、声道数、格式、访问类型、period周期大小、buffer大小等。
实例化snd_pcm_hw_params_t对象
alsa-lib使用snd_pcm_hw_params_t数据类型来描述PCM设备的硬件配置参数，在配置参数之前，我们需要实例化一个snd_pcm_hw_params_t对象，使用snd_pcm_hw_params_malloc或snd_pcm_hw_params_alloca()来实例化一个snd_pcm_hw_params_t对象，如下所示：

1. snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;
   
2. 
   
3. snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);

复制代码

或

1. snd_pcm_hw_params_alloca(&hwparams);

复制代码

它们之间的区别也就是C库函数malloc和alloca之间的区别。当然，你也可以直接使用malloc()或alloca()来分配一个snd_pcm_hw_params_t对象，亦或者直接定义全局变量或栈自动变量。与snd_pcm_hw_params_malloc/snd_pcm_hw_params_alloca相对应的是snd_pcm_hw_params_free，snd_pcm_hw_params_free()函数用于释放snd_pcm_hw_params_t对象占用的内存空间。函数原型如下所示：

1. void snd_pcm_hw_params_free(snd_pcm_hw_params_t *obj)

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初始化snd_pcm_hw_params_t对象
snd_pcm_hw_params_t对象实例化完成之后，接着我们需要对其进行初始化操作，调用snd_pcm_hw_params_any()对snd_pcm_hw_params_t对象进行初始化操作，调用该函数会使用PCM设备当前的配置参数去初始化snd_pcm_hw_params_t对象，如下所示：

1. snd_pcm_hw_params_any(pcm_handle, hwparams);

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第一个参数为PCM设备的句柄，第二个参数传入snd_pcm_hw_params_t对象的指针。
对硬件参数进行设置
alsa-lib提供了一系列的snd_pcm_hw_params_set_xxx函数用于设置PCM设备的硬件参数，同样也提供了一系列的snd_pcm_hw_params_get_xxx函数用于获取硬件参数。
(1)设置access访问类型：snd_pcm_hw_params_set_access()
调用snd_pcm_hw_params_set_access设置访问类型，其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_hw_params_set_access(snd_pcm_t *pcm,
   
2.                 snd_pcm_hw_params_t * params,
   
3.                 snd_pcm_access_t access
   
4. )

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参数access指定设备的访问类型，是一个snd_pcm_access_t类型常量，这是一个枚举类型，如下所示：

1. enum snd_pcm_access_t {
   
2.         SND_PCM_ACCESS_MMAP_INTERLEAVED = 0,        //mmap access with simple interleaved channels
   
3.         SND_PCM_ACCESS_MMAP_NONINTERLEAVED,        //mmap access with simple non interleaved channels
   
4.         SND_PCM_ACCESS_MMAP_COMPLEX,                //mmap access with complex placement
   
5.         SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED,                //snd_pcm_readi/snd_pcm_writei access
   
6.         SND_PCM_ACCESS_RW_NONINTERLEAVED,        //snd_pcm_readn/snd_pcm_writen access
   
7.         SND_PCM_ACCESS_LAST = SND_PCM_ACCESS_RW_NONINTERLEAVED
   
8. };

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通常，将访问类型设置为SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED，交错访问模式，通过snd_pcm_readi/snd_pcm_writei对PCM设备进行读/写操作。
函数调用成功返回0；失败将返回一个小于0的错误码，可通过snd_strerror()函数获取错误描述信息。
使用示例：

1. ret = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm_handle, hwparams, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_access error: %s\n", snd_strerror(ret));

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(2)设置数据格式：snd_pcm_hw_params_set_format()
调用snd_pcm_hw_params_set_format()函数设置PCM设备的数据格式，函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_hw_params_set_format(snd_pcm_t *pcm,
   
2.         snd_pcm_hw_params_t *params,
   
3.         snd_pcm_format_t format
   
4. )

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参数format指定数据格式，该参数是一个snd_pcm_format_t类型常量，这是一个枚举类型，如下所示：

1. enum snd_pcm_format_t {
   
2.   SND_PCM_FORMAT_UNKNOWN = -1,
   
3.   SND_PCM_FORMAT_S8 = 0,
   
4.   SND_PCM_FORMAT_U8,
   
5.   SND_PCM_FORMAT_S16_LE,
   
6.   SND_PCM_FORMAT_S16_BE,
   
7.   SND_PCM_FORMAT_U16_LE,
   
8.   SND_PCM_FORMAT_U16_BE,
   
9.   SND_PCM_FORMAT_S24_LE,
   
10.   SND_PCM_FORMAT_S24_BE,
    
11.   SND_PCM_FORMAT_U24_LE,
    
12.   SND_PCM_FORMAT_U24_BE,
    
13.   SND_PCM_FORMAT_S32_LE,
    
14.   SND_PCM_FORMAT_S32_BE,
    
15.   SND_PCM_FORMAT_U32_LE,
    
16.   SND_PCM_FORMAT_U32_BE,
    
17.   SND_PCM_FORMAT_FLOAT_LE,
    
18.   SND_PCM_FORMAT_FLOAT_BE,
    
19.   SND_PCM_FORMAT_FLOAT64_LE,
    
20.   SND_PCM_FORMAT_FLOAT64_BE,
    
21.   SND_PCM_FORMAT_IEC958_SUBFRAME_LE,
    
22.   SND_PCM_FORMAT_IEC958_SUBFRAME_BE,
    
23.   SND_PCM_FORMAT_MU_LAW,
    
24.   SND_PCM_FORMAT_A_LAW,
    
25.   SND_PCM_FORMAT_IMA_ADPCM,
    
26.   SND_PCM_FORMAT_MPEG,
    
27.   SND_PCM_FORMAT_GSM,
    
28.   SND_PCM_FORMAT_S20_LE,
    
29.   SND_PCM_FORMAT_S20_BE,
    
30.   SND_PCM_FORMAT_U20_LE,
    
31.   SND_PCM_FORMAT_U20_BE,
    
32.   SND_PCM_FORMAT_SPECIAL = 31,
    
33.   SND_PCM_FORMAT_S24_3LE = 32,
    
34.   SND_PCM_FORMAT_S24_3BE,
    
35.   SND_PCM_FORMAT_U24_3LE,
    
36.   SND_PCM_FORMAT_U24_3BE,
    
37.   SND_PCM_FORMAT_S20_3LE,
    
38.   SND_PCM_FORMAT_S20_3BE,
    
39.   SND_PCM_FORMAT_U20_3LE,
    
40.   SND_PCM_FORMAT_U20_3BE,
    
41.   SND_PCM_FORMAT_S18_3LE,
    
42.   SND_PCM_FORMAT_S18_3BE,
    
43.   SND_PCM_FORMAT_U18_3LE,
    
44.   SND_PCM_FORMAT_U18_3BE,
    
45.   SND_PCM_FORMAT_G723_24,
    
46.   SND_PCM_FORMAT_G723_24_1B,
    
47.   SND_PCM_FORMAT_G723_40,
    
48.   SND_PCM_FORMAT_G723_40_1B,
    
49.   SND_PCM_FORMAT_DSD_U8,
    
50.   SND_PCM_FORMAT_DSD_U16_LE,
    
51.   SND_PCM_FORMAT_DSD_U32_LE,
    
52.   SND_PCM_FORMAT_DSD_U16_BE,
    
53.   SND_PCM_FORMAT_DSD_U32_BE,
    
54.   SND_PCM_FORMAT_LAST = SND_PCM_FORMAT_DSD_U32_BE,
    
55.   SND_PCM_FORMAT_S16 = SND_PCM_FORMAT_S16_LE,
    
56.   SND_PCM_FORMAT_U16 = SND_PCM_FORMAT_U16_LE,
    
57.   SND_PCM_FORMAT_S24 = SND_PCM_FORMAT_S24_LE,
    
58.   SND_PCM_FORMAT_U24 = SND_PCM_FORMAT_U24_LE,
    
59.   SND_PCM_FORMAT_S32 = SND_PCM_FORMAT_S32_LE,
    
60.   SND_PCM_FORMAT_U32 = SND_PCM_FORMAT_U32_LE,
    
61.   SND_PCM_FORMAT_FLOAT = SND_PCM_FORMAT_FLOAT_LE,
    
62.   SND_PCM_FORMAT_FLOAT64 = SND_PCM_FORMAT_FLOAT64_LE,
    
63.   SND_PCM_FORMAT_IEC958_SUBFRAME = SND_PCM_FORMAT_IEC958_SUBFRAME_LE,
    
64.   SND_PCM_FORMAT_S20 = SND_PCM_FORMAT_S20_LE,
    
65.   SND_PCM_FORMAT_U20 = SND_PCM_FORMAT_U20_LE
    
66. };

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用的最多的格式是SND_PCM_FORMAT_S16_LE，有符号16位、小端模式。当然，音频设备不一定支持用户所指定的格式，在此之前，用户可以调用snd_pcm_hw_params_test_format()函数测试PCM设备是否支持某种格式，如下所示：

1. if (snd_pcm_hw_params_test_format(pcm_handle, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE)) {
   
2.         // 返回一个非零值 表示不支持该格式
   
3. }
   
4. else {
   
5.         // 返回0表示支持
   
6. }

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(3)设置声道数：snd_pcm_hw_params_set_channels()
调用snd_pcm_hw_params_set_channels()函数设置PCM设备的声道数，函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_hw_params_set_channels(snd_pcm_t *pcm,
   
2.         snd_pcm_hw_params_t *params,
   
3.         unsigned int val
   
4. )

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参数val指定声道数量，val=2表示双声道，也就是立体声。函数调用成功返回0，失败返回小于0的错误码。
使用示例：

1. ret = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm_handle, hwparams, 2);
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_channels error: %s\n", snd_strerror(ret));

复制代码

(4)设置采样率大小：snd_pcm_hw_params_set_rate()
调用snd_pcm_hw_params_set_rate设置采样率大小，其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_hw_params_set_rate(snd_pcm_t *pcm,
   
2.         snd_pcm_hw_params_t *params,
   
3.         unsigned int val,
   
4.         int dir
   
5. )

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参数val指定采样率大小，譬如44100；参数dir用于控制方向，若dir=-1，则实际采样率小于参数val指定的值；dir=0表示实际采样率等于参数val；dir=1表示实际采样率大于参数val。
函数调用成功返回0；失败将返回小于0的错误码。
使用示例：

1. ret = snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm_handle, hwparams, 44100, 0);
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_rate error: %s\n", snd_strerror(ret));

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(5)设置周期大小：snd_pcm_hw_params_set_period_size()
这里说的周期，也就是29.5.1小节中向大家介绍的周期，一个周期的大小使用帧来衡量，譬如一个周期1024帧；调用snd_pcm_hw_params_set_period_size()函数设置周期大小，其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_hw_params_set_period_size(snd_pcm_t *pcm,
   
2.         snd_pcm_hw_params_t *params,
   
3.         snd_pcm_uframes_t val,
   
4.         int dir
   
5. )

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alsa-lib使用snd_pcm_uframes_t类型表示帧的数量；参数dir与snd_pcm_hw_params_set_rate()函数的dir参数意义相同。
使用示例（将周期大小设置为1024帧）：

1. ret = snd_pcm_hw_params_set_period_size(pcm_handle, hwparams, 1024, 0);
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_period_size error: %s\n", snd_strerror(ret));

复制代码

注意，参数val的单位是帧、而不是字节。
(6)设置buffer大小：snd_pcm_hw_params_set_buffer_size()
调用snd_pcm_hw_params_set_buffer_size()函数设置buffer的大小，其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_hw_params_set_buffer_size(snd_pcm_t *pcm,
   
2.         snd_pcm_hw_params_t *params,
   
3.         snd_pcm_uframes_t val
   
4. )

复制代码

参数val指定buffer的大小，以帧为单位，通常buffer的大小是周期大小的整数倍，譬如16个周期；但函数snd_pcm_hw_params_set_buffer_size()是以帧为单位来表示buffer的大小，所以需要转换一下，譬如将buffer大小设置为16个周期，则参数val等于16 * 1024（假设一个周期为1024帧）=16384帧。
函数调用成功返回0；失败返回一个小于0的错误码。
使用示例：

1. ret = snd_pcm_hw_params_set_buffer_size(pcm_handle, hwparams, 16*1024);
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_buffer_size error: %s\n", snd_strerror(ret));

复制代码

除了snd_pcm_hw_params_set_buffer_size()函数之外，我们还可以调用snd_pcm_hw_params_set_periods()函数设置buffer大小，其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_hw_params_set_periods(snd_pcm_t *pcm,
   
2.         snd_pcm_hw_params_t *params,
   
3.         unsigned int val,
   
4.         int dir
   
5. )

复制代码

参数val指定了buffer的大小，该大小以周期为单位、并不是以帧为单位，注意区分！
参数dir与snd_pcm_hw_params_set_rate()函数的dir参数意义相同。
函数调用成功返回0；失败将返回一个小于0的错误码。
使用示例：

1. ret = snd_pcm_hw_params_set_periods(pcm_handle, hwparams, 16, 0);                //buffer大小为16个周期
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_periods error: %s\n", snd_strerror(ret));

复制代码

(7)安装/加载硬件配置参数：snd_pcm_hw_params()
参数设置完成之后，最后调用snd_pcm_hw_params()加载/安装配置、将配置参数写入硬件使其生效，其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_hw_params(snd_pcm_t *pcm, snd_pcm_hw_params_t *params)

复制代码

函数调用成功返回0，失败将返回一个小于0的错误码。函数snd_pcm_hw_params()调用之后，其内部会自动调用snd_pcm_prepare()函数，PCM设备的状态被更改为SND_PCM_STATE_PREPARED。
设备有多种不同的状态，SND_PCM_STATE_PREPARED为其中一种，关于状态的问题，后面在向大家介绍。调用snd_pcm_prepare()函数会使得PCM设备处于SND_PCM_STATE_PREPARED状态（也就是处于一种准备好的状态）。
使用示例：

1. ret = snd_pcm_hw_params(pcm_handle, hwparams);
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params error: %s\n", snd_strerror(ret));

复制代码

29.5.4读/写数据
接下来就可以进行读/写数据了，如果是PCM播放，则调用snd_pcm_writei()函数向播放缓冲区buffer中写入音频数据；如果是PCM录音，则调用snd_pcm_readi()函数从录音缓冲区buffer中读取数据，它们的函数原型如下所示：

1. snd_pcm_sframes_t snd_pcm_writei(snd_pcm_t *pcm,
   
2.         const void *buffer,
   
3.         snd_pcm_uframes_t size
   
4. )
   
5. 
   
6. snd_pcm_sframes_t snd_pcm_readi(snd_pcm_t *pcm,
   
7.         void *buffer,
   
8.         snd_pcm_uframes_t size
   
9. )

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参数pcm为PCM设备的句柄；调用snd_pcm_writei()函数，将参数buffer（应用程序的缓冲区）缓冲区中的数据写入到驱动层的播放环形缓冲区buffer中，参数size指定写入数据的大小，以帧为单位；通常情况下，每次调用snd_pcm_writei()写入一个周期数据。
调用snd_pcm_readi()函数，将从驱动层的录音环形缓冲区buffer中读取数据到参数buffer指定的缓冲区中（应用程序的缓冲区），参数size指定读取数据的大小，以帧为单位；通常情况下，每次调用snd_pcm_readi()读取一个周期数据。
Tips：snd_pcm_writei/snd_pcm_readi函数原型中，参数buffer指的是应用程序的缓冲区，不要与驱动层的环形缓冲区搞混了！
snd_pcm_readi/snd_pcm_writei调用成功，返回实际读取/写入的帧数；调用失败将返回一个负数错误码。即使调用成功，实际读取/写入的帧数不一定等于参数size所指定的帧数，仅当发生信号或XRUN时，返回的帧数可能会小于参数size。
阻塞与非阻塞
调用snd_pcm_open()打开设备时，若指定为阻塞方式，则调用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei以阻塞方式进行读/写。对于PCM录音来说，当buffer缓冲区中无数据可读时，调用snd_pcm_readi()函数将会阻塞，直到音频设备向buffer中写入采集到的音频数据；同理，对于PCM播放来说，当buffer缓冲区中的数据满时，调用snd_pcm_writei()函数将会阻塞，直到音频设备从buffer中读走数据进行播放。
若调用snd_pcm_open()打开设备时，指定为非阻塞方式，则调用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei以非阻塞方式进行读/写。对于PCM录音来说，当buffer缓冲区中无数据可读时，调用snd_pcm_readi()不会阻塞、而是立即以错误形式返回；同理，对于PCM播放来说，当buffer缓冲区中的数据满时，调用snd_pcm_writei()函数也不会阻塞、而是立即以错误形式返回。

1. snd_pcm_readn和snd_pcm_writen

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snd_pcm_readi/snd_pcm_writei适用于交错模式（interleaved）读/写数据，如果用户设置的访问类型并不是交错模式，而是非交错模式（non interleaved），此时便不可再使用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei进行读写操作了，而需要使用snd_pcm_readn和snd_pcm_writen进行读写。
29.5.5示例代码之PCM播放
通过上小节的一个介绍，相信大家对alsa-lib音频应用编程已经有了基本的认识和理解，本小节我们来编写一个简单地音乐播放器，可以播放WAV音频文件，代码笔者已经写好了，如下所示：
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->29_alsa-lib->pcm_playback.c。
示例代码 29.5.1 一个简单地PCM播放示例程序

1. /***************************************************************
   
2. Copyright &#169; ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
   
3. 文件名 : pcm_playback.c
   
4. 作者 : 邓涛
   
5. 版本 : V1.0
   
6. 描述 : 一个简单地PCM播放示例代码--播放WAV音频文件
   
7. 其他 : 无
   
8. 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
   
9. 日志 : 初版 V1.0 2021/7/20 邓涛创建
   
10. ***************************************************************/
    
11. 
    
12. #include <stdio.h>
    
13. #include <stdlib.h>
    
14. #include <errno.h>
    
15. #include <string.h>
    
16. #include <alsa/asoundlib.h>
    
17. 
    
18. /************************************
    
19. 宏定义
    
20. ************************************/
    
21. #define PCM_PLAYBACK_DEV    "hw:0,0"
    
22. 
    
23. /************************************
    
24. WAV音频文件解析相关数据结构申明
    
25. ************************************/
    
26. typedef struct WAV_RIFF {
    
27.     char ChunkID[4];                         /* "RIFF" */
    
28.     u_int32_t ChunkSize;                /* 从下一个地址开始到文件末尾的总字节数 */
    
29.     char Format[4];                     /* "WAVE" */
    
30. } __attribute__ ((packed)) RIFF_t;
    
31. 
    
32. typedef struct WAV_FMT {
    
33.     char Subchunk1ID[4];                 /* "fmt " */
    
34.     u_int32_t Subchunk1Size;              /* 16 for PCM */
    
35.     u_int16_t AudioFormat;                /* PCM = 1*/
    
36.     u_int16_t NumChannels;               /* Mono = 1, Stereo = 2, etc. */
    
37.     u_int32_t SampleRate;                /* 8000, 44100, etc. */
    
38.     u_int32_t ByteRate;                   /* = SampleRate * NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
39.     u_int16_t BlockAlign;                /* = NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
40.     u_int16_t BitsPerSample;              /* 8bits, 16bits, etc. */
    
41. } __attribute__ ((packed)) FMT_t;
    
42. static FMT_t wav_fmt;
    
43. 
    
44. typedef struct WAV_DATA {
    
45.     char Subchunk2ID[4];                 /* "data" */
    
46.     u_int32_t Subchunk2Size;              /* data size */
    
47. } __attribute__ ((packed)) DATA_t;
    
48. 
    
49. /************************************
    
50. static静态全局变量定义
    
51. ************************************/
    
52. static snd_pcm_t *pcm = NULL;                    //pcm句柄
    
53. static unsigned int buf_bytes;                       //应用程序缓冲区的大小（字节为单位）
    
54. static void *buf = NULL;                          //指向应用程序缓冲区的指针
    
55. static int fd = -1;                                 //指向WAV音频文件的文件描述符
    
56. static snd_pcm_uframes_t period_size = 1024;          //周期大小（单位: 帧）
    
57. static unsigned int periods = 16;                     //周期数（设备驱动层buffer的大小）
    
58. 
    
59. static int snd_pcm_init(void)
    
60. {
    
61.     snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;
    
62.     int ret;
    
63. 
    
64.     /* 打开PCM设备 */
    
65.     ret = snd_pcm_open(&pcm, PCM_PLAYBACK_DEV, SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);
    
66.     if (0 > ret) {
    
67.         fprintf(stderr, "snd_pcm_open error: %s: %s\n",
    
68.                     PCM_PLAYBACK_DEV, snd_strerror(ret));
    
69.         return -1;
    
70.     }
    
71. 
    
72.     /* 实例化hwparams对象 */
    
73.     snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);
    
74. 
    
75.     /* 获取PCM设备当前硬件配置,对hwparams进行初始化 */
    
76.     ret = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams);
    
77.     if (0 > ret) {
    
78.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_any error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
79.         goto err2;
    
80.     }
    
81. 
    
82.     /**************
    
83.      设置参数
    
84.     ***************/
    
85.     /* 设置访问类型: 交错模式 */
    
86.     ret = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
    
87.     if (0 > ret) {
    
88.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_access error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
89.         goto err2;
    
90.     }
    
91. 
    
92.     /* 设置数据格式: 有符号16位、小端模式 */
    
93.     ret = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
    
94.     if (0 > ret) {
    
95.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_format error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
96.         goto err2;
    
97.     }
    
98. 
    
99.     /* 设置采样率 */
    
100.     ret = snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm, hwparams, wav_fmt.SampleRate, 0);
     
101.     if (0 > ret) {
     
102.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_rate error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
103.         goto err2;
     
104.     }
     
105. 
     
106.     /* 设置声道数: 双声道 */
     
107.     ret = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams, wav_fmt.NumChannels);
     
108.     if (0 > ret) {
     
109.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_channels error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
110.         goto err2;
     
111.     }
     
112. 
     
113.     /* 设置周期大小: period_size */
     
114.     ret = snd_pcm_hw_params_set_period_size(pcm, hwparams, period_size, 0);
     
115.     if (0 > ret) {
     
116.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_period_size error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
117.         goto err2;
     
118.     }
     
119. 
     
120.     /* 设置周期数（驱动层buffer的大小）: periods */
     
121.     ret = snd_pcm_hw_params_set_periods(pcm, hwparams, periods, 0);
     
122.     if (0 > ret) {
     
123.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_periods error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
124.         goto err2;
     
125.     }
     
126. 
     
127.     /* 使配置生效 */
     
128.     ret = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams);
     
129.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放hwparams对象占用的内存
     
130.     if (0 > ret) {
     
131.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
132.         goto err1;
     
133.     }
     
134. 
     
135.     buf_bytes = period_size * wav_fmt.BlockAlign; //变量赋值，一个周期的字节大小
     
136.     return 0;
     
137. 
     
138. err2:
     
139.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放内存
     
140. err1:
     
141.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
142.     return -1;
     
143. }
     
144. 
     
145. static int open_wav_file(const char *file)
     
146. {
     
147.     RIFF_t wav_riff;
     
148.     DATA_t wav_data;
     
149.     int ret;
     
150. 
     
151.     fd = open(file, O_RDONLY);
     
152.     if (0 > fd) {
     
153.         fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", file, strerror(errno));
     
154.         return -1;
     
155.     }
     
156. 
     
157.     /* 读取RIFF chunk */
     
158.     ret = read(fd, &wav_riff, sizeof(RIFF_t));
     
159.     if (sizeof(RIFF_t) != ret) {
     
160.         if (0 > ret)
     
161.             perror("read error");
     
162.         else
     
163.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
164.         close(fd);
     
165.         return -1;
     
166.     }
     
167. 
     
168.     if (strncmp("RIFF", wav_riff.ChunkID, 4) ||//校验
     
169.         strncmp("WAVE", wav_riff.Format, 4)) {
     
170.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
171.         close(fd);
     
172.         return -1;
     
173.     }
     
174. 
     
175.     /* 读取sub-chunk-fmt */
     
176.     ret = read(fd, &wav_fmt, sizeof(FMT_t));
     
177.     if (sizeof(FMT_t) != ret) {
     
178.         if (0 > ret)
     
179.             perror("read error");
     
180.         else
     
181.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
182.         close(fd);
     
183.         return -1;
     
184.     }
     
185. 
     
186.     if (strncmp("fmt ", wav_fmt.Subchunk1ID, 4)) {//校验
     
187.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
188.         close(fd);
     
189.         return -1;
     
190.     }
     
191. 
     
192.     /* 打印音频文件的信息 */
     
193.     printf("<<<<音频文件格式信息>>>>\n\n");
     
194.     printf("  file name:     %s\n", file);
     
195.     printf("  Subchunk1Size: %u\n", wav_fmt.Subchunk1Size);
     
196.     printf("  AudioFormat:   %u\n", wav_fmt.AudioFormat);
     
197.     printf("  NumChannels:   %u\n", wav_fmt.NumChannels);
     
198.     printf("  SampleRate:    %u\n", wav_fmt.SampleRate);
     
199.     printf("  ByteRate:      %u\n", wav_fmt.ByteRate);
     
200.     printf("  BlockAlign:    %u\n", wav_fmt.BlockAlign);
     
201.     printf("  BitsPerSample: %u\n\n", wav_fmt.BitsPerSample);
     
202. 
     
203.     /* sub-chunk-data */
     
204.     if (0 > lseek(fd, sizeof(RIFF_t) + 8 + wav_fmt.Subchunk1Size,
     
205.                 SEEK_SET)) {
     
206.         perror("lseek error");
     
207.         close(fd);
     
208.         return -1;
     
209.     }
     
210. 
     
211.     while(sizeof(DATA_t) == read(fd, &wav_data, sizeof(DATA_t))) {
     
212. 
     
213.         /* 找到sub-chunk-data */
     
214.         if (!strncmp("data", wav_data.Subchunk2ID, 4))//校验
     
215.             return 0;
     
216. 
     
217.         if (0 > lseek(fd, wav_data.Subchunk2Size, SEEK_CUR)) {
     
218.             perror("lseek error");
     
219.             close(fd);
     
220.             return -1;
     
221.         }
     
222.     }
     
223. 
     
224.     fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
225.     return -1;
     
226. }
     
227. 
     
228. /************************************
     
229. main主函数
     
230. ************************************/
     
231. int main(int argc, char *argv[])
     
232. {
     
233.     int ret;
     
234. 
     
235.     if (2 != argc) {
     
236.         fprintf(stderr, "Usage: %s <audio_file>\n", argv[0]);
     
237.         exit(EXIT_FAILURE);
     
238.     }
     
239. 
     
240.     /* 打开WAV音频文件 */
     
241.     if (open_wav_file(argv[1]))
     
242.         exit(EXIT_FAILURE);
     
243. 
     
244.     /* 初始化PCM Playback设备 */
     
245.     if (snd_pcm_init())
     
246.         goto err1;
     
247. 
     
248.     /* 申请读缓冲区 */
     
249.     buf = malloc(buf_bytes);
     
250.     if (NULL == buf) {
     
251.         perror("malloc error");
     
252.         goto err2;
     
253.     }
     
254. 
     
255.     /* 播放 */
     
256.     for ( ; ; ) {
     
257. 
     
258.         memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
     
259.         ret = read(fd, buf, buf_bytes); //从音频文件中读取数据
     
260.         if (0 >= ret)   // 如果读取出错或文件读取完毕
     
261.             goto err3;
     
262. 
     
263.         ret = snd_pcm_writei(pcm, buf, period_size);
     
264.         if (0 > ret) {
     
265.             fprintf(stderr, "snd_pcm_writei error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
266.             goto err3;
     
267.         }
     
268.         else if (ret < period_size) {//实际写入的帧数小于指定的帧数
     
269.             //此时我们需要调整下音频文件的读位置
     
270.             //将读位置向后移动（往回移）(period_size-ret)*frame_bytes个字节
     
271.             //frame_bytes表示一帧的字节大小
     
272.             if (0 > lseek(fd, (ret-period_size) * wav_fmt.BlockAlign, SEEK_CUR)) {
     
273.                 perror("lseek error");
     
274.                 goto err3;
     
275.             }
     
276.         }
     
277.     }
     
278. 
     
279. err3:
     
280.     free(buf);     //释放内存
     
281. err2:
     
282.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
283. err1:
     
284.     close(fd);      //关闭打开的音频文件
     
285.     exit(EXIT_FAILURE);
     
286. }

复制代码

本应用程序实现可以播放WAV音频文件，关于WAV文件格式的解析，本文档不作说明，WAV文件格式其实非常简单，大家自己百度了解。
在main()函数中，首先对参数进行了校验，执行测试程序需要用户传入一个参数，这个参数用于指定一个需要播放的WAV音频文件。接着调用自定义函数open_wav_file()对WAV文件进行解析，其实也就是对它的头部数据进行校验、解析，获取音频格式信息以及音频数据的位置偏移量。
接着调用自定义函数snd_pcm_init()对PCM设备进行初始化，在snd_pcm_init()函数中，首先调用alsa-lib库函数snd_pcm_open()打开PCM播放设备，接着对PCM设备硬件参数进行设置，包括：访问类型、数据格式、采样率、声道数、周期大小以及buffer的大小，这些内容前面已经给大家详细介绍过，这里不再重述！
回到main()函数，调用C库函数malloc()申请分配一个缓冲区，用于存放从音频文件中读取出来的音频数据。
一切准备好之后，就可以播放音频了，在for循环中，首先调用read()函数从音频文件中读取出音频数据，每次读取一个周期，将读取到的数据存放在buf指向的缓冲区中，接着调用alsa-lib库函数snd_pcm_writei()写入数据进行播放。示例程序中调用snd_pcm_open()时使用的是阻塞方式，当驱动层环形缓冲区buffer还未满时，调用snd_pcm_writei()并不会阻塞，而是会将数据写入到环形缓冲区中、然后返回；调用一次snd_pcm_writei()写入一个周期数据、调用一次再写入一个周期；当环形缓冲区数据满时，调用snd_pcm_writei()会阻塞，直到音频设备播放完一个周期、此时会出现一个空闲周期，接着snd_pcm_writei()将数据填充到这个空闲周期后返回。
以上对示例代码进行了一个简单地介绍，代码本身非常简单，没什么难点，代码中注释信息也已经描述地比较清楚了，相信大家都可以看懂。需要注意，必须要在源码中包含alsa-lib的头文件<alsa/asoundlib.h>！
编译示例代码
接下来编译上述示例代码，编译的方法非常简单，按照以前的惯例，编译时无非是要指定两个路径（alsa-lib头文件所在路径、alsa-lib库文件所在路径）以及链接库（需要链接的库文件名称），譬如：

1. ${CC} -o testApp testApp.c -Ixxx -Lyyy -lzzz

复制代码

xxx表示头文件的路径，yyy表示库文件的路径，zzz表示链接库。
但是我们并没有自己移植alsa-lib，也就意味着我们在Ubuntu下并没有移植、安装alsa-lib，所以这些路径无法指定。其实，我们使用的交叉编译工具对应的安装目录下已经安装了alsa-lib，进入到交叉编译工具安装目录下的sysroots/cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi目录，譬如笔者使用的Ubuntu系统，交叉编译工具安装路径为/opt/fsl-imx-x11/4.1.15-2.1.0。

图 29.5.5 cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi目录下的文件夹

该目录下有两个目录，lib和usr，这两个目录其实就是Linux系统根目录下的lib和usr；所以lib目录下存放了一些链接库文件，usr目录下包含了include和lib目录，分别存放了头文件和链接库文件。usr/include/alsa目录下存放了alsa-lib的头文件，如下所示：

图 29.5.6 alsa-lib的头文件

我们需要包含的头文件asoundlib.h头文件就在该目录下。
usr/lib目录下包含了alsa-lib库文件，如下所示：

图 29.5.7 alsa-lib库文件

alsa-lib链接库libasound.so就在该目录下。那既然找到了alsa-lib的头文件路径和库文件路径，编译应用程序时直接指定这些路径即可。但我们不需要自己手动指定这些路径，交叉编译器已经把这些路径添加到它的搜索路径中了，使用echo ${CC}查看环境变量CC的内容，如下所示：

图 29.5.8 CC环境变量的内容

其中交叉编译器arm-poky-linux-gnueabi-gcc有一个选--sysroot，它指定了一个路径，这个路径就是交叉编译工具安装目录下的sysroots/cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabi目录，--sysroot选项用于设置目标平台的根目录，设置了平台根目录之后，当编译应用程序时，编译器会将根目录下的usr/include添加到头文件搜索路径中、将根目录下的lib和usr/lib添加到库文件搜索路径中。
所以由此可知，编译应用程序时，我们只需指定链接库即可，如下所示：

1. ${CC} -o testApp testApp.c -lasound

复制代码

图 29.5.9 编译应用程序

测试应用程序
将编译得到的可执行文件拷贝到开发板Linux系统/home/root目录下，并拷贝一个WAV音频文件到/home/root目录下，如下所示：

图 29.5.10 将测试程序和WAV音频文件拷贝到开发板家目录

接着进行测试，在测试之前，我们还需要对声卡混音器进行配置，当然，你也可以不配置，因为开发板出厂系统中声卡是已经配置好的。这里我们直接使用amixer工具进行配置，配置如下：

1. # 打开耳机播放ZC
   
2. amixer sset 'Headphone Playback ZC' on
   
3. 
   
4. # 打开喇叭播放ZC
   
5. amixer sset 'Speaker Playback ZC' on
   
6. amixer sset 'Speaker AC' 3
   
7. amixer sset 'Speaker DC' 3
   
8. 
   
9. # 音量设置
   
10. amixer sset Headphone 105,105                //耳机音量设置
    
11. amixer sset Playback 230,230                        //播放音量设置
    
12. amixer sset Speaker 118,118                        //喇叭音量设置
    
13. 
    
14. # 打开左右声道
    
15. amixer sset 'Right Output Mixer PCM' on                //打开右声道
    
16. amixer sset 'Left Output Mixer PCM' on                //打开左声道

复制代码

图 29.5.11 声卡设置

由于篇幅有限，打印信息不能给大家全部截取出来。声音的大小，大家根据情况进行调节。
声卡设置完成之后，接着运行测试程序，如下所示：

图 29.5.12 执行测试程序

程序运行之后，对传入的WAV文件进行解析，并将其音频格式信息打印出来。
此时开发板喇叭便会开始播放音乐，如果连接了耳机，则会通过耳机播放音乐。
29.5.6示例代码值PCM录音
本小节我们来编写一个PCM音频录制（录音）的测试程序，示例代码笔者已经给出，如下所示：
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->29_alsa-lib->pcm_capture.c。
示例代码 29.5.2 一个简单地PCM录音示例程序

1. /***************************************************************
   
2. Copyright &#169; ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
   
3. 文件名 : pcm_capture.c
   
4. 作者 : 邓涛
   
5. 版本 : V1.0
   
6. 描述 : 一个简单地PCM音频采集示例代码--录音
   
7. 其他 : 无
   
8. 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
   
9. 日志 : 初版 V1.0 2021/7/20 邓涛创建
   
10. ***************************************************************/
    
11. 
    
12. #include <stdio.h>
    
13. #include <stdlib.h>
    
14. #include <errno.h>
    
15. #include <string.h>
    
16. #include <alsa/asoundlib.h>
    
17. 
    
18. /************************************
    
19. 宏定义
    
20. ************************************/
    
21. #define PCM_CAPTURE_DEV    "hw:0,0"
    
22. 
    
23. /************************************
    
24. static静态全局变量定义
    
25. ************************************/
    
26. static snd_pcm_t *pcm = NULL;                    //pcm句柄
    
27. static snd_pcm_uframes_t period_size = 1024;         //周期大小（单位: 帧）
    
28. static unsigned int periods = 16;                     //周期数（buffer的大小）
    
29. static unsigned int rate = 44100;                     //采样率
    
30. 
    
31. static int snd_pcm_init(void)
    
32. {
    
33.     snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;
    
34.     int ret;
    
35. 
    
36.     /* 打开PCM设备 */
    
37.     ret = snd_pcm_open(&pcm, PCM_CAPTURE_DEV, SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0);
    
38.     if (0 > ret) {
    
39.         fprintf(stderr, "snd_pcm_open error: %s: %s\n",
    
40.                     PCM_CAPTURE_DEV, snd_strerror(ret));
    
41.         return -1;
    
42.     }
    
43. 
    
44.     /* 实例化hwparams对象 */
    
45.     snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);
    
46. 
    
47.     /* 获取PCM设备当前硬件配置,对hwparams进行初始化 */
    
48.     ret = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams);
    
49.     if (0 > ret) {
    
50.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_any error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
51.         goto err2;
    
52.     }
    
53. 
    
54.     /**************
    
55.      设置参数
    
56.     ***************/
    
57.     /* 设置访问类型: 交错模式 */
    
58.     ret = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
    
59.     if (0 > ret) {
    
60.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_access error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
61.         goto err2;
    
62.     }
    
63. 
    
64.     /* 设置数据格式: 有符号16位、小端模式 */
    
65.     ret = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
    
66.     if (0 > ret) {
    
67.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_format error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
68.         goto err2;
    
69.     }
    
70. 
    
71.     /* 设置采样率 */
    
72.     ret = snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm, hwparams, rate, 0);
    
73.     if (0 > ret) {
    
74.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_rate error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
75.         goto err2;
    
76.     }
    
77. 
    
78.     /* 设置声道数: 双声道 */
    
79.     ret = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams, 2);
    
80.     if (0 > ret) {
    
81.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_channels error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
82.         goto err2;
    
83.     }
    
84. 
    
85.     /* 设置周期大小: period_size */
    
86.     ret = snd_pcm_hw_params_set_period_size(pcm, hwparams, period_size, 0);
    
87.     if (0 > ret) {
    
88.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_period_size error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
89.         goto err2;
    
90.     }
    
91. 
    
92.     /* 设置周期数（buffer的大小）: periods */
    
93.     ret = snd_pcm_hw_params_set_periods(pcm, hwparams, periods, 0);
    
94.     if (0 > ret) {
    
95.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_periods error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
96.         goto err2;
    
97.     }
    
98. 
    
99.     /* 使配置生效 */
    
100.     ret = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams);
     
101.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放hwparams对象占用的内存
     
102.     if (0 > ret) {
     
103.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
104.         goto err1;
     
105.     }
     
106. 
     
107.     return 0;
     
108. 
     
109. err2:
     
110.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放内存
     
111. err1:
     
112.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
113.     return -1;
     
114. }
     
115. 
     
116. /************************************
     
117. main主函数
     
118. ************************************/
     
119. int main(int argc, char *argv[])
     
120. {
     
121.     unsigned char *buf = NULL;
     
122.     unsigned int buf_bytes;
     
123.     int fd = -1;
     
124.     int ret;
     
125. 
     
126.     if (2 != argc) {
     
127.         fprintf(stderr, "Usage: %s <output_file>\n", argv[0]);
     
128.         exit(EXIT_FAILURE);
     
129.     }
     
130. 
     
131.     /* 初始化PCM Capture设备 */
     
132.     if (snd_pcm_init())
     
133.         exit(EXIT_FAILURE);
     
134. 
     
135.     /* 申请读缓冲区 */
     
136.     buf_bytes = period_size * 4;    //字节大小 = 周期大小*帧的字节大小 16位双声道
     
137.     buf = malloc(buf_bytes);
     
138.     if (NULL == buf) {
     
139.         perror("malloc error");
     
140.         goto err1;
     
141.     }
     
142. 
     
143.     /* 打开一个新建文件 */
     
144.     fd = open(argv[1], O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL);
     
145.     if (0 > fd) {
     
146.         fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", argv[1], strerror(errno));
     
147.         goto err2;
     
148.     }
     
149. 
     
150.     /* 录音 */
     
151.     for ( ; ; ) {
     
152. 
     
153.         //memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
     
154.         ret = snd_pcm_readi(pcm, buf, period_size);//读取PCM数据 一个周期
     
155.         if (0 > ret) {
     
156.             fprintf(stderr, "snd_pcm_readi error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
157.             goto err3;
     
158.         }
     
159. 
     
160.         // snd_pcm_readi的返回值ret等于实际读取的帧数 * 4 转为字节数
     
161.         ret = write(fd, buf, ret * 4);    //将读取到的数据写入文件中
     
162.         if (0 >= ret)
     
163.             goto err3;
     
164.     }
     
165. 
     
166. err3:
     
167.     close(fd);  //关闭文件
     
168. err2:
     
169.     free(buf);     //释放内存
     
170. err1:
     
171.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
172.     exit(EXIT_FAILURE);
     
173. }

复制代码

在main()函数中，首先对参数进行了校验，执行测试程序需要用户传入一个参数，指定输出文件，因为示例程序中会将录制的音频数据保存到该文件中。
接着调用自定义函数snd_pcm_init()对PCM设备进行初始化，在snd_pcm_init()函数中，首先调用alsa-lib库函数snd_pcm_open()打开PCM录音设备，接着对PCM设备硬件参数进行设置，访问类型设置交错模式SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED、数据格式设置为SND_PCM_FORMAT_S16_LE、采样率设置为44100、双声道、周期大小设置为1024帧、buffer大小设置为16个周期。
回到main()函数，调用C库函数malloc()申请分配一个缓冲区，用于存放从驱动层环形缓冲区buffer读取出来的音频数据。并打开一个新建文件（因为使用了O_CREAT | O_EXCL标志）。
一切准备好之后，就可以进行音频录制了，在for循环中，首先调用alsa-lib库函数snd_pcm_readi()从环形缓冲区中读取音频设备采集到的音频数据，读取出来之后调用write()函数将数据写入到文件中。示例程序中调用snd_pcm_open()时使用的是阻塞方式，当环形缓冲区buffer中有数据可读时，调用snd_pcm_readi()并不会阻塞，而是读取出数据、然后返回；调用一次snd_pcm_readi()读取一个周期、调用一次再读取一个周期；当环形缓冲区为空时，调用snd_pcm_readi()会阻塞，直到音频设备采集到一个周期数据、此时被阻塞snd_pcm_readi()调用被唤醒、读取这一个周期然后返回。
编译示例代码
接下来我们编译示例代码，如下所示：

1. ${CC} -o testApp testApp.c -lasound

复制代码

图 29.5.13 编译示例代码

测试应用程序
将编译得到的可执行文件拷贝到开发板Linux系统/home/root目录下，在执行测试程序之前，我们需要对声卡进行配置，同样使用amixer工具进行配置，如下：

1. <font size="4">amixer sset Capture 58,58                //录制音量大小
   
2. amixer sset 'ADC PCM' 200,200        //PCM ADC
   
3. 
   
4. # 左声道Mixer Boost管理
   
5. amixer sset 'Left Input Mixer Boost' off
   
6. amixer sset 'Left Boost Mixer LINPUT1' off
   
7. amixer sset 'Left Input Boost Mixer LINPUT1' 0
   
8. amixer sset 'Left Boost Mixer LINPUT2' off
   
9. amixer sset 'Left Input Boost Mixer LINPUT2' 0
   
10. amixer sset 'Left Boost Mixer LINPUT3' off
    
11. amixer sset 'Left Input Boost Mixer LINPUT3' 0
    
12. 
    
13. # 右声道Mixer Boost管理
    
14. amixer sset 'Right Input Mixer Boost' on
    
15. amixer sset 'Right Boost Mixer RINPUT1' on
    
16. amixer sset 'Right Input Boost Mixer RINPUT1' 5
    
17. amixer sset 'Right Boost Mixer RINPUT2' on
    
18. amixer sset 'Right Input Boost Mixer RINPUT2' 5
    
19. amixer sset 'Right Boost Mixer RINPUT3' off
    
20. amixer sset 'Right Input Boost Mixer RINPUT3' 0
    
21. </font>

复制代码

图 29.5.14 声卡配置（录音）

左右声道的Mixer Boost（混音器增强）为什么要这样去配置？这个与硬件设计有关系，我们就不去解释这个了。具体详情可以参考《I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》文档中音频驱动章节的内容。
接下来，执行测试程序进行录音，如下所示：

图 29.5.15 录音

执行测试程序之后，就开始录音了，接着我们可以对着底板上的麦（MIC）说话，板载的MIC如下所示：

图 29.5.16 板载麦克风

程序就会把我们说的话录进去；如果想要停止录音、只能终止进程，按Ctrl+C终止应用程序；此时在当前目录下会生成cap.wav音频文件，如下所示：

图 29.5.17 生成cap.wav文件

生成的文件是一个纯音频数据的文件，并不是WAV格式的文件，因为这个文件没有头部信息，程序中如果检测到该文件不是WAV格式文件、会直接退出，所以不能直接使用上小节29.5.5的测试程序播放cap.wav文件，这里要注意！当然你可以对上小节的示例代码进行修改，也可直接使用aplay工具播放这段录制的音频，如下：

1. aplay -f cd cap.wav

复制代码

图 29.5.18 使用aplay播放录制的音频

如果录制正常，使用aplay播放出来的声音就是我们录制的声音！
LINE_IN测试
除了麦克风之外，开发板底板上还有一个LINE_IN接口，也就是线路输入，如下图所示：

图 29.5.19 LINE_IN接口

上图中左边的是耳机接口、右边的是LINE_IN接口，支持音频输入，我们通过本测试程序对LINE_IN接口进行测试，采集LINE_IN接口输入的音频。测试时我们使用一根3.5mm公对公音频线，一头连接到手机或者电脑、另外一头连接到LINE_IN接口上，然后手机或电脑端播放音乐，那么音频数据就会通过LINE_IN接口输入到开发板被我们的应用程序采集（录制）。
在测试之前，我们需要对声卡进行配置，如下所示：

1. amixer sset Capture 58,58                //录制音量大小
   
2. amixer sset 'ADC PCM' 200,200        //PCM ADC
   
3. 
   
4. # 左声道Mixer Boost管理
   
5. amixer sset 'Left Input Mixer Boost' off
   
6. amixer sset 'Left Boost Mixer LINPUT1' off
   
7. amixer sset 'Left Input Boost Mixer LINPUT1' 0
   
8. amixer sset 'Left Boost Mixer LINPUT2' on
   
9. amixer sset 'Left Input Boost Mixer LINPUT2' 5
   
10. amixer sset 'Left Boost Mixer LINPUT3' off
    
11. amixer sset 'Left Input Boost Mixer LINPUT3' 0
    
12. 
    
13. # 右声道Mixer Boost管理
    
14. amixer sset 'Right Input Mixer Boost' on
    
15. amixer sset 'Right Boost Mixer RINPUT1' off
    
16. amixer sset 'Right Input Boost Mixer RINPUT1' 0
    
17. amixer sset 'Right Boost Mixer RINPUT2' off
    
18. amixer sset 'Right Input Boost Mixer RINPUT2' 0
    
19. amixer sset 'Right Boost Mixer RINPUT3' on
    
20. amixer sset 'Right Input Boost Mixer RINPUT3' 5

复制代码

配置好之后就可以进行测试了，执行程序之后，手机或电脑端播放音乐，开发板采集从LINE_IN接口输入的音频数据，测试方式跟MIC麦克风一样，大家自己去测试！
29.6使用异步方式
上小节中的示例代码 29.4.1和示例代码 29.4.2都是采用了同步方式进行读写，这样会使得应用程序无法做一些其它的事情，本小节我们来学习如何使用异步方式读写。
其实使用异步方式读写非常简单，只需要注册异步处理函数即可。
snd_async_add_pcm_handler()函数
alsa-lib提供了snd_async_add_pcm_handler()函数用于注册异步处理函数，其实我们只需要通过这个函数注册一个异步处理函数即可，其函数原型如下所示：

1. int snd_async_add_pcm_handler(snd_async_handler_t **handler,
   
2.         snd_pcm_t *pcm,
   
3.         snd_async_callback_t callback,
   
4.         void *private_data
   
5. )

复制代码

调用该函数需要传入4个参数：
handler：参数snd_async_handler_t用于描述一个异步处理，所以一个snd_async_handler_t对象表示一个异步处理对象；调用snd_async_add_pcm_handler()函数会实例化一个snd_async_handler_t对象，并将对象的指针（指针作为异步处理对象的句柄）通过*handler返回出来。
pcm：pcm设备的句柄。
callback：异步处理函数（或者叫回调函数），snd_async_callback_t函数指针如下所示：

1. typedef void(*snd_async_callback_t)(snd_async_handler_t *handler)

复制代码

参数handler也就是异步处理对象的句柄。
private_data：传递给异步处理函数的私有数据，私有数据的数据类型，可以由用户自己定义，调用snd_async_add_pcm_handler()函数时，参数private_date指向你的私有数据对象。在异步处理函数中便可以获取到私有数据，调用snd_async_handler_get_callback_private()函数即可，如下所示：

1. struct my_private_data *data = snd_async_handler_get_callback_private(handler);

复制代码

关于snd_async_add_pcm_handler()函数的参数介绍，就给大家说这么多。当调用该函数之后，用户传入的PCM设备将会与异步处理对象关联起来，在异步处理函数callback中可以通过异步处理对象的句柄获取到PCM设备的句柄，通过snd_async_handler_get_pcm()获取，如下所示：

1. snd_pcm_t *pcm_handle = snd_async_handler_get_pcm(handler);

复制代码

实现异步I/O，应用程序通常需要完成这三件事情：
使能异步I/O；
设置异步I/O的所有者；
注册信号处理函数（譬如SIGIO信号或其它实时信号）。
这是内容在14.3小节给大家详细介绍过，这里不再啰嗦！所以由此可知，snd_async_add_pcm_handler函数中已经帮我们完成这些事情。
使用示例：

1. static void snd_playback_async_callback(snd_async_handler_t *handler)
   
2. {
   
3.     snd_pcm_t *handle = snd_async_handler_get_pcm(handler);//获取PCM句柄
   
4. 
   
5.         ......
   
6. }
   
7. 
   
8. int main(void)
   
9. {
   
10.         ......
    
11. 
    
12.         snd_async_handler_t *async_handler = NULL;
    
13. 
    
14.         /* 注册异步处理函数 */
    
15.         ret = snd_async_add_pcm_handler(&async_handler, pcm, snd_playback_async_callback, NULL);
    
16.         if (0 > ret)
    
17.                 fprintf(stderr, "snd_async_add_pcm_handler error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
18. 
    
19.         ......
    
20. }

复制代码

调用snd_async_add_pcm_handler()注册了异步回调函数snd_playback_async_callback()，当环形缓冲区有空闲的周期可填充数据时（以播放为例），音频设备驱动程序会向应用程序发送信号（SIGIO），接着应用程序便会跳转到snd_playback_async_callback()函数执行。
而对于录音来说，当环形缓冲区中有数据可读时（譬如音频设备已经录制了一个周期、并将数据写入到了环形缓冲区），驱动程序便会向应用程序发送信号，接着应用程序跳转到回调函数执行。
在播放情况下，通常我们会先将环形缓冲区填满，当音频设备每播放完一个周期，就会产生一个空闲周期，此时应用程序会接收到信号，进而跳转到异步回调函数中执行。
snd_pcm_avail_update()函数
在异步处理函数中，我们通常会使用到这个函数，在录音情况下，应用程序调用snd_pcm_avail_update()函数用于获取当前可读取的帧数；在播放情况下，应用程序调用该函数用于获取当前可写入的帧数。换句话说，也就是驱动层环形缓冲区中当前有多少帧数据可读取（录音）或可写入多少帧数据（播放，环形缓冲区未满时、应用程序才可写入数据）。
该函数原型如下所示：

1. snd_pcm_sframes_t snd_pcm_avail_update(snd_pcm_t *pcm);

复制代码

本小节主要给大家介绍这两个函数，因为后面的示例代码中会使用到。
29.6.1PCM播放示例-异步方式
通过上面的介绍，本小节我们来编写一个使用异步方式的PCM播放示例程序，直接基于示例代码 29.5.1进行修改，代码笔者已经写好了，如下所示：
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->29_alsa-lib->pcm_playback_async.c。
示例代码 29.6.1 一个简单地PCM播放示例程序（异步方式）

1. /***************************************************************
   
2. Copyright &#169; ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
   
3. 文件名 : pcm_playback_async.c
   
4. 作者 : 邓涛
   
5. 版本 : V1.0
   
6. 描述 : 一个简单地PCM播放示例代码--使用异步方式
   
7. 其他 : 无
   
8. 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
   
9. 日志 : 初版 V1.0 2021/7/20 邓涛创建
   
10. ***************************************************************/
    
11. 
    
12. #include <stdio.h>
    
13. #include <stdlib.h>
    
14. #include <errno.h>
    
15. #include <string.h>
    
16. #include <alsa/asoundlib.h>
    
17. 
    
18. /************************************
    
19. 宏定义
    
20. ************************************/
    
21. #define PCM_PLAYBACK_DEV    "hw:0,0"
    
22. 
    
23. /************************************
    
24. WAV音频文件解析相关数据结构申明
    
25. ************************************/
    
26. typedef struct WAV_RIFF {
    
27.     char ChunkID[4];                   /* "RIFF" */
    
28.     u_int32_t ChunkSize;                 /* 从下一个地址开始到文件末尾的总字节数 */
    
29.     char Format[4];                      /* "WAVE" */
    
30. } __attribute__ ((packed)) RIFF_t;
    
31. 
    
32. typedef struct WAV_FMT {
    
33.     char Subchunk1ID[4];                 /* "fmt " */
    
34.     u_int32_t Subchunk1Size;              /* 16 for PCM */
    
35.     u_int16_t AudioFormat;               /* PCM = 1*/
    
36.     u_int16_t NumChannels;               /* Mono = 1, Stereo = 2, etc. */
    
37.     u_int32_t SampleRate;                /* 8000, 44100, etc. */
    
38.     u_int32_t ByteRate;                   /* = SampleRate * NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
39.     u_int16_t BlockAlign;                 /* = NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
40.     u_int16_t BitsPerSample;             /* 8bits, 16bits, etc. */
    
41. } __attribute__ ((packed)) FMT_t;
    
42. static FMT_t wav_fmt;
    
43. 
    
44. typedef struct WAV_DATA {
    
45.     char Subchunk2ID[4];                 /* "data" */
    
46.     u_int32_t Subchunk2Size;             /* data size */
    
47. } __attribute__ ((packed)) DATA_t;
    
48. 
    
49. /************************************
    
50. static静态全局变量定义
    
51. ************************************/
    
52. static snd_pcm_t *pcm = NULL;                    //pcm句柄
    
53. static unsigned int buf_bytes;                        //应用程序缓冲区的大小（字节为单位）
    
54. static void *buf = NULL;                          //指向应用程序缓冲区的指针
    
55. static int fd = -1;                                 //指向WAV音频文件的文件描述符
    
56. static snd_pcm_uframes_t period_size = 1024;         //周期大小（单位: 帧）
    
57. static unsigned int periods = 16;                    //周期数（设备驱动层buffer的大小）
    
58. 
    
59. /************************************
    
60. static静态函数
    
61. ************************************/
    
62. static void snd_playback_async_callback(snd_async_handler_t *handler)
    
63. {
    
64.     snd_pcm_t *handle = snd_async_handler_get_pcm(handler);//获取PCM句柄
    
65.     snd_pcm_sframes_t avail;
    
66.     int ret;
    
67. 
    
68.     avail = snd_pcm_avail_update(handle);//获取环形缓冲区中有多少帧数据需要填充
    
69.     while (avail >= period_size) {  //我们一次写入一个周期
    
70. 
    
71.         memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
    
72.         ret = read(fd, buf, buf_bytes);
    
73.         if (0 >= ret)
    
74.             goto out;
    
75. 
    
76.         ret = snd_pcm_writei(handle, buf, period_size);
    
77.         if (0 > ret) {
    
78.             fprintf(stderr, "snd_pcm_writei error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
79.             goto out;
    
80.         }
    
81.         else if (ret < period_size) {//实际写入的帧数小于指定的帧数
    
82.             //此时我们需要调整下音频文件的读位置 重新读取没有播放出去的数据
    
83.             //将读位置向后移动（往回移）(period_size-ret)*frame_bytes个字节
    
84.             //frame_bytes表示一帧的字节大小
    
85.             if (0 > lseek(fd, (ret-period_size) * wav_fmt.BlockAlign, SEEK_CUR)) {
    
86.                 perror("lseek error");
    
87.                 goto out;
    
88.             }
    
89.         }
    
90. 
    
91.         avail = snd_pcm_avail_update(handle);   //再次获取、更新avail
    
92.     }
    
93. 
    
94.     return;
    
95. out:
    
96.     snd_pcm_close(handle); //关闭pcm设备
    
97.     free(buf);
    
98.     close(fd);      //关闭打开的音频文件
    
99.     exit(EXIT_FAILURE); //退出程序
    
100. }
     
101. 
     
102. static int snd_pcm_init(void)
     
103. {
     
104.     snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;
     
105.     snd_async_handler_t *async_handler = NULL;
     
106.     int ret;
     
107. 
     
108.     /* 打开PCM设备 */
     
109.     ret = snd_pcm_open(&pcm, PCM_PLAYBACK_DEV, SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);
     
110.     if (0 > ret) {
     
111.         fprintf(stderr, "snd_pcm_open error: %s: %s\n",
     
112.                     PCM_PLAYBACK_DEV, snd_strerror(ret));
     
113.         return -1;
     
114.     }
     
115. 
     
116.     /* 实例化hwparams对象 */
     
117.     snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);
     
118. 
     
119.     /* 获取PCM设备当前硬件配置,对hwparams进行初始化 */
     
120.     ret = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams);
     
121.     if (0 > ret) {
     
122.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_any error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
123.         goto err2;
     
124.     }
     
125. 
     
126.     /**************
     
127.      设置参数
     
128.     ***************/
     
129.     /* 设置访问类型: 交错模式 */
     
130.     ret = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
     
131.     if (0 > ret) {
     
132.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_access error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
133.         goto err2;
     
134.     }
     
135. 
     
136.     /* 设置数据格式: 有符号16位、小端模式 */
     
137.     ret = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
     
138.     if (0 > ret) {
     
139.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_format error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
140.         goto err2;
     
141.     }
     
142. 
     
143.     /* 设置采样率 */
     
144.     ret = snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm, hwparams, wav_fmt.SampleRate, 0);
     
145.     if (0 > ret) {
     
146.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_rate error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
147.         goto err2;
     
148.     }
     
149. 
     
150.     /* 设置声道数: 双声道 */
     
151.     ret = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams, wav_fmt.NumChannels);
     
152.     if (0 > ret) {
     
153.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_channels error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
154.         goto err2;
     
155.     }
     
156. 
     
157.     /* 设置周期大小: period_size */
     
158.     ret = snd_pcm_hw_params_set_period_size(pcm, hwparams, period_size, 0);
     
159.     if (0 > ret) {
     
160.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_period_size error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
161.         goto err2;
     
162.     }
     
163. 
     
164.     /* 设置周期数（驱动层环形缓冲区buffer的大小）: periods */
     
165.     ret = snd_pcm_hw_params_set_periods(pcm, hwparams, periods, 0);
     
166.     if (0 > ret) {
     
167.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_periods error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
168.         goto err2;
     
169.     }
     
170. 
     
171.     /* 使配置生效 */
     
172.     ret = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams);
     
173.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放hwparams对象占用的内存
     
174.     if (0 > ret) {
     
175.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
176.         goto err1;
     
177.     }
     
178. 
     
179.     buf_bytes = period_size * wav_fmt.BlockAlign; //变量赋值，一个周期的字节大小
     
180. 
     
181.     /* 注册异步处理函数 */
     
182.     ret = snd_async_add_pcm_handler(&async_handler, pcm, snd_playback_async_callback, NULL);
     
183.     if (0 > ret) {
     
184.         fprintf(stderr, "snd_async_add_pcm_handler error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
185.         goto err1;
     
186.     }
     
187. 
     
188.     return 0;
     
189. 
     
190. err2:
     
191.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放内存
     
192. err1:
     
193.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
194.     return -1;
     
195. }
     
196. 
     
197. static int open_wav_file(const char *file)
     
198. {
     
199.     RIFF_t wav_riff;
     
200.     DATA_t wav_data;
     
201.     int ret;
     
202. 
     
203.     fd = open(file, O_RDONLY);
     
204.     if (0 > fd) {
     
205.         fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", file, strerror(errno));
     
206.         return -1;
     
207.     }
     
208. 
     
209.     /* 读取RIFF chunk */
     
210.     ret = read(fd, &wav_riff, sizeof(RIFF_t));
     
211.     if (sizeof(RIFF_t) != ret) {
     
212.         if (0 > ret)
     
213.             perror("read error");
     
214.         else
     
215.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
216.         close(fd);
     
217.         return -1;
     
218.     }
     
219. 
     
220.     if (strncmp("RIFF", wav_riff.ChunkID, 4) ||//校验
     
221.         strncmp("WAVE", wav_riff.Format, 4)) {
     
222.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
223.         close(fd);
     
224.         return -1;
     
225.     }
     
226. 
     
227.     /* 读取sub-chunk-fmt */
     
228.     ret = read(fd, &wav_fmt, sizeof(FMT_t));
     
229.     if (sizeof(FMT_t) != ret) {
     
230.         if (0 > ret)
     
231.             perror("read error");
     
232.         else
     
233.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
234.         close(fd);
     
235.         return -1;
     
236.     }
     
237. 
     
238.     if (strncmp("fmt ", wav_fmt.Subchunk1ID, 4)) {//校验
     
239.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
240.         close(fd);
     
241.         return -1;
     
242.     }
     
243. 
     
244.     /* 打印音频文件的信息 */
     
245.     printf("<<<<音频文件格式信息>>>>\n\n");
     
246.     printf("  file name:     %s\n", file);
     
247.     printf("  Subchunk1Size: %u\n", wav_fmt.Subchunk1Size);
     
248.     printf("  AudioFormat:   %u\n", wav_fmt.AudioFormat);
     
249.     printf("  NumChannels:   %u\n", wav_fmt.NumChannels);
     
250.     printf("  SampleRate:    %u\n", wav_fmt.SampleRate);
     
251.     printf("  ByteRate:      %u\n", wav_fmt.ByteRate);
     
252.     printf("  BlockAlign:    %u\n", wav_fmt.BlockAlign);
     
253.     printf("  BitsPerSample: %u\n\n", wav_fmt.BitsPerSample);
     
254. 
     
255.     /* sub-chunk-data */
     
256.     if (0 > lseek(fd, sizeof(RIFF_t) + 8 + wav_fmt.Subchunk1Size,
     
257.                 SEEK_SET)) {
     
258.         perror("lseek error");
     
259.         close(fd);
     
260.         return -1;
     
261.     }
     
262. 
     
263.     while(sizeof(DATA_t) == read(fd, &wav_data, sizeof(DATA_t))) {
     
264. 
     
265.         /* 找到sub-chunk-data */
     
266.         if (!strncmp("data", wav_data.Subchunk2ID, 4))//校验
     
267.             return 0;
     
268. 
     
269.         if (0 > lseek(fd, wav_data.Subchunk2Size, SEEK_CUR)) {
     
270.             perror("lseek error");
     
271.             close(fd);
     
272.             return -1;
     
273.         }
     
274.     }
     
275. 
     
276.     fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
277.     return -1;
     
278. }
     
279. 
     
280. /************************************
     
281. main主函数
     
282. ************************************/
     
283. int main(int argc, char *argv[])
     
284. {
     
285.     snd_pcm_sframes_t avail;
     
286.     int ret;
     
287. 
     
288.     if (2 != argc) {
     
289.         fprintf(stderr, "Usage: %s <audio_file>\n", argv[0]);
     
290.         exit(EXIT_FAILURE);
     
291.     }
     
292. 
     
293.     /* 打开WAV音频文件 */
     
294.     if (open_wav_file(argv[1]))
     
295.         exit(EXIT_FAILURE);
     
296. 
     
297.     /* 初始化PCM Playback设备 */
     
298.     if (snd_pcm_init())
     
299.         goto err1;
     
300. 
     
301.     /* 申请读缓冲区 */
     
302.     buf = malloc(buf_bytes);
     
303.     if (NULL == buf) {
     
304.         perror("malloc error");
     
305.         goto err2;
     
306.     }
     
307. 
     
308.     /* 播放：先将环形缓冲区填满数据 */
     
309.     avail = snd_pcm_avail_update(pcm);  //获取环形缓冲区中有多少帧数据需要填充
     
310.     while (avail >= period_size) {  //我们一次写入一个周期
     
311. 
     
312.         memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
     
313.         ret = read(fd, buf, buf_bytes);
     
314.         if (0 >= ret)
     
315.             goto err3;
     
316. 
     
317.         ret = snd_pcm_writei(pcm, buf, period_size);//向环形缓冲区中写入数据
     
318.         if (0 > ret) {
     
319.             fprintf(stderr, "snd_pcm_writei error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
320.             goto err3;
     
321.         }
     
322.         else if (ret < period_size) {//实际写入的帧数小于指定的帧数
     
323.             //此时我们需要调整下音频文件的读位置
     
324.             //将读位置向后移动（往回移）(period_size-ret)*frame_bytes个字节
     
325.             //frame_bytes表示一帧的字节大小
     
326.             if (0 > lseek(fd, (ret-period_size) * wav_fmt.BlockAlign, SEEK_CUR)) {
     
327.                 perror("lseek error");
     
328.                 goto err3;
     
329.             }
     
330.         }
     
331. 
     
332.         avail = snd_pcm_avail_update(pcm);  //再次获取、更新avail
     
333.     }
     
334. 
     
335.     for ( ; ; ) {
     
336.         /* 主程序可以做一些其它的事，当环形缓冲区有空闲周期需要写入数据时
     
337.          * 音频设备驱动程序会向应用程序发送SIGIO信号
     
338.          * 接着应用程序跳转到snd_playback_async_callback()函数执行 */
     
339.         //do_something();
     
340.         sleep(1);
     
341.     }
     
342. 
     
343. err3:
     
344.     free(buf);     //释放内存
     
345. err2:
     
346.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
347. err1:
     
348.     close(fd);      //关闭打开的音频文件
     
349.     exit(EXIT_FAILURE);
     
350. }

复制代码

在snd_pcm_init()函数中，我们调用了snd_async_add_pcm_handler()函数注册了异步回调函数snd_playback_async_callback()，当可写入数据时，跳转到snd_playback_async_callback()函数去执行。
在异步回调函数中，我们首先调用snd_pcm_avail_update()获取当前可写入多少帧数据，然后在while()循环中调用read()读取音频文件的数据、接着调用snd_pcm_writei()向环形缓冲区写入数据，每次循环写入一个周期，直到把缓冲区写满，然后退出回调函数。
回到main()函数中，在进入for()死循环之前，我们先将环形缓冲区填满，执行的代码与回调函数中的代码相同，这里就不再说明了！
编译示例代码
在Ubuntu系统下执行命令，编译示例代码：

1. ${CC} -o testApp testApp.c -lasound

复制代码

图 29.6.1 编译示例代码

测试应用程序
将上面编译得到的可执行文件拷贝开发板Linux系统/home/root目录下，然后在开发板上测试，大家自己去测！
29.6.2PCM录音示例-异步方式
本小节编写使用异步方式的PCM录音的示例程序，代码笔者已经写好了，如下所示：
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->29_alsa-lib->pcm_capture_async.c。
示例代码 29.6.2 一个简单地PCM录音示例程序（异步方式）

1. /***************************************************************
   
2. Copyright &#169; ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
   
3. 文件名 : pcm_capture_async.c
   
4. 作者 : 邓涛
   
5. 版本 : V1.0
   
6. 描述 : 一个简单地PCM音频采集示例代码--异步方式
   
7. 其他 : 无
   
8. 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
   
9. 日志 : 初版 V1.0 2021/7/20 邓涛创建
   
10. ***************************************************************/
    
11. 
    
12. #include <stdio.h>
    
13. #include <stdlib.h>
    
14. #include <errno.h>
    
15. #include <string.h>
    
16. #include <alsa/asoundlib.h>
    
17. 
    
18. /************************************
    
19. 宏定义
    
20. ************************************/
    
21. #define PCM_CAPTURE_DEV    "hw:0,0"
    
22. 
    
23. /************************************
    
24. static静态全局变量定义
    
25. ************************************/
    
26. static snd_pcm_t *pcm = NULL;                    //pcm句柄
    
27. static unsigned int buf_bytes;                      //应用层缓冲区的大小（字节为单位）
    
28. static void *buf = NULL;                          //指向应用层缓冲区的指针
    
29. static int fd = -1;                                 //输出文件的文件描述符
    
30. static snd_pcm_uframes_t period_size = 1024;         //周期大小（单位: 帧）
    
31. static unsigned int periods = 16;                     //周期数（驱动层环形缓冲区的大小）
    
32. static unsigned int rate = 44100;                     //采样率
    
33. 
    
34. /************************************
    
35. static静态函数
    
36. ************************************/
    
37. static void snd_capture_async_callback(snd_async_handler_t *handler)
    
38. {
    
39.     snd_pcm_t *handle = snd_async_handler_get_pcm(handler);
    
40.     snd_pcm_sframes_t avail;
    
41.     int ret;
    
42. 
    
43.     avail = snd_pcm_avail_update(handle);   //检查有多少帧数据可读
    
44.     while (avail >= period_size) {  //每次读取一个周期
    
45. 
    
46.         //memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
    
47.         ret = snd_pcm_readi(handle, buf, period_size);//读取PCM数据 一个周期
    
48.         if (0 > ret) {
    
49.             fprintf(stderr, "snd_pcm_readi error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
50.             goto out;
    
51.         }
    
52. 
    
53.         // snd_pcm_readi的返回值ret等于实际读取的帧数 * 4 转为字节数
    
54.         ret = write(fd, buf, ret * 4);    //将读取到的数据写入文件中
    
55.         if (0 >= ret)
    
56.             goto out;
    
57. 
    
58.         avail = snd_pcm_avail_update(handle);   //再次读取、更新avail
    
59.     }
    
60. 
    
61.     return;
    
62. out:
    
63.     snd_pcm_close(handle); //关闭pcm设备
    
64.     free(buf);
    
65.     close(fd);      //关闭打开的音频文件
    
66.     exit(EXIT_FAILURE); //退出程序
    
67. }
    
68. 
    
69. static int snd_pcm_init(void)
    
70. {
    
71.     snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;
    
72.     snd_async_handler_t *async_handler = NULL;
    
73.     int ret;
    
74. 
    
75.     /* 打开PCM设备 */
    
76.     ret = snd_pcm_open(&pcm, PCM_CAPTURE_DEV, SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0);
    
77.     if (0 > ret) {
    
78.         fprintf(stderr, "snd_pcm_open error: %s: %s\n",
    
79.                     PCM_CAPTURE_DEV, snd_strerror(ret));
    
80.         return -1;
    
81.     }
    
82. 
    
83.     /* 实例化hwparams对象 */
    
84.     snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);
    
85. 
    
86.     /* 获取PCM设备当前硬件配置,对hwparams进行初始化 */
    
87.     ret = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams);
    
88.     if (0 > ret) {
    
89.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_any error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
90.         goto err2;
    
91.     }
    
92. 
    
93.     /**************
    
94.      设置参数
    
95.     ***************/
    
96.     /* 设置访问类型: 交错模式 */
    
97.     ret = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
    
98.     if (0 > ret) {
    
99.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_access error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
100.         goto err2;
     
101.     }
     
102. 
     
103.     /* 设置数据格式: 有符号16位、小端模式 */
     
104.     ret = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
     
105.     if (0 > ret) {
     
106.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_format error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
107.         goto err2;
     
108.     }
     
109. 
     
110.     /* 设置采样率 */
     
111.     ret = snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm, hwparams, rate, 0);
     
112.     if (0 > ret) {
     
113.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_rate error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
114.         goto err2;
     
115.     }
     
116. 
     
117.     /* 设置声道数: 双声道 */
     
118.     ret = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams, 2);
     
119.     if (0 > ret) {
     
120.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_channels error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
121.         goto err2;
     
122.     }
     
123. 
     
124.     /* 设置周期大小: period_size */
     
125.     ret = snd_pcm_hw_params_set_period_size(pcm, hwparams, period_size, 0);
     
126.     if (0 > ret) {
     
127.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_period_size error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
128.         goto err2;
     
129.     }
     
130. 
     
131.     /* 设置周期数（buffer的大小）: periods */
     
132.     ret = snd_pcm_hw_params_set_periods(pcm, hwparams, periods, 0);
     
133.     if (0 > ret) {
     
134.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_periods error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
135.         goto err2;
     
136.     }
     
137. 
     
138.     /* 使配置生效 */
     
139.     ret = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams);
     
140.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放hwparams对象占用的内存
     
141.     if (0 > ret) {
     
142.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
143.         goto err1;
     
144.     }
     
145. 
     
146.     /* 注册异步处理函数 */
     
147.     ret = snd_async_add_pcm_handler(&async_handler, pcm, snd_capture_async_callback, NULL);
     
148.     if (0 > ret) {
     
149.         fprintf(stderr, "snd_async_add_pcm_handler error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
150.         goto err1;
     
151.     }
     
152. 
     
153.     return 0;
     
154. 
     
155. err2:
     
156.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放内存
     
157. err1:
     
158.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
159.     return -1;
     
160. }
     
161. 
     
162. /************************************
     
163. main主函数
     
164. ************************************/
     
165. int main(int argc, char *argv[])
     
166. {
     
167.     int ret;
     
168. 
     
169.     if (2 != argc) {
     
170.         fprintf(stderr, "Usage: %s <output_file>\n", argv[0]);
     
171.         exit(EXIT_FAILURE);
     
172.     }
     
173. 
     
174.     /* 初始化PCM Capture设备 */
     
175.     if (snd_pcm_init())
     
176.         exit(EXIT_FAILURE);
     
177. 
     
178.     /* 申请读缓冲区 */
     
179.     buf_bytes = period_size * 4;    //字节大小 = 周期大小*帧的字节大小 16位双声道
     
180.     buf = malloc(buf_bytes);
     
181.     if (NULL == buf) {
     
182.         perror("malloc error");
     
183.         goto err1;
     
184.     }
     
185. 
     
186.     /* 打开一个新建文件 */
     
187.     fd = open(argv[1], O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL);
     
188.     if (0 > fd) {
     
189.         fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", argv[1], strerror(errno));
     
190.         goto err2;
     
191.     }
     
192. 
     
193.     /* 录音 */
     
194.     ret = snd_pcm_start(pcm);       //开始录音
     
195.     if (0 > ret) {
     
196.         fprintf(stderr, "snd_pcm_start error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
197.         goto err3;
     
198.     }
     
199. 
     
200.     for ( ; ; ) {
     
201.         /* 主程序可以做一些其它的事，当环形缓冲区有数据可读时
     
202.          * 音频设备驱动程序会向应用程序发送SIGIO信号
     
203.          * 接着应用程序跳转到snd_capture_async_callback()函数执行、读取数据 */
     
204.         //do_something();
     
205.         sleep(1);
     
206.     }
     
207. 
     
208. err3:
     
209.     close(fd);  //关闭文件
     
210. err2:
     
211.     free(buf);     //释放内存
     
212. err1:
     
213.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
214.     exit(EXIT_FAILURE);
     
215. }

复制代码

这份代码基于示例代码 29.5.2改写，使用异步方式读取录制的音频数据。
代码不再解释了，值得注意的是，在main()函数中我们调用了snd_pcm_start()函数，这个函数前面没给大家介绍过，该函数的作用其实如它命名那般，用于启动PCM设备，譬如在录音情况下，调用该函数开始录音；在播放情况下，调用该函数开始播放。
前面的几个示例代码中，为啥没有调用该函数呢？这个问题我们先留着、稍后再给大家介绍！
编译示例代码
执行命令编译示例代码：

1. ${CC} -o testApp testApp.c -lasound

复制代码

测试应用程序
将编译得到的可执行文件拷贝到开发板Linux系统/home/root目录下，然后进行测试，测试方法与示例代码 29.5.2对应的测试程序相同，这里不再重述，大家自己去测！
29.7使用poll()函数
上小节我们使用了异步I/O方式读写PCM设备，本小节我们来学习如何使用poll I/O多路复用来实现读写数据。
29.7.1使用poll I/O多路复用实现读写
I/O多路复用是一种高级I/O，在第一篇14.2小节给大家进行了详细地介绍，可通过select()或poll()函数来实现I/O多路复用，本小节我们使用poll()函数来实现I/O多路复用，接下来将向大家介绍！
获取计数：snd_pcm_poll_descriptors_count
该函数用于获取PCM句柄的轮询描述符计数，其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_poll_descriptors_count(snd_pcm_t *pcm);

复制代码

调用该函数返回PCM句柄的轮询描述符计数。
分配struct pollfd对象
为每一个轮询描述符分配一个struct pollfd对象，譬如：

1. struct pollfd *pfds = NULL;
   
2. int count;
   
3. 
   
4. /* 获取PCM句柄的轮询描述符计数 */
   
5. count = snd_pcm_poll_descriptors_count(pcm);
   
6. if (0 >= count) {
   
7.         fprintf(stderr, "Invalid poll descriptors count\n");
   
8.         return -1;
   
9. }
   
10. 
    
11. /* 分配内存 */
    
12. pfds = calloc(count, sizeof(struct pollfd));
    
13. if (NULL == pfds) {
    
14.         perror("calloc error");
    
15.         return -1;

复制代码

}
填充struct pollfd：snd_pcm_poll_descriptors
接下来调用snd_pcm_poll_descriptors()函数对struct pollfd对象进行填充（初始化），其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_poll_descriptors(
   
2.         snd_pcm_t *pcm,
   
3.         struct pollfd *pfds,
   
4.         unsigned int space
   
5. );

复制代码

参数space表示pfds数组中的元素个数。
/

1. * 填充pfds */
   
2. ret = snd_pcm_poll_descriptors(pcm, pfds, count);
   
3. if (0 > ret)
   
4.         return -1;
   
5. poll+snd_pcm_poll_descriptors_revents

复制代码

一切准备完成之后，就可以调用poll()函数来监视PCM设备是否有数据可读或可写，当有数据可读或可写时，poll()函数返回，此时我们可以调用snd_pcm_poll_descriptors_revents()函数获取文件描述符中返回的事件类型，并与poll的events标志进行比较，以确定是否可读或可写，snd_pcm_poll_descriptors_revents()函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_poll_descriptors_revents(
   
2. snd_pcm_t *pcm,
   
3. struct pollfd *pfds,
   
4. unsigned int nfds,
   
5. unsigned short *revents
   
6. )

复制代码

参数nfds表示pfds数组中元素的个数，调用该函数获取文件描述符中返回的事件，通过参数revents返回出来；注意，不要直接读取struct pollfd对象中的revents成员变量，因为snd_pcm_poll_descriptors_revents()函数会对poll()系统调用返回的revents掩码进行“分解”以纠正语义（POLLIN = 读取，POLLOUT = 写入）。
使用示例：

1. for ( ; ; ) {
   
2. 
   
3.         ret = poll(pfds, count, -1);//调用poll
   
4.         if (0 > ret) {
   
5.                 perror("poll error");
   
6.                 return -1;
   
7.         }
   
8. 
   
9.         ret = snd_pcm_poll_descriptors_revents(pcm, pfds, count, &revents);
   
10.         if (0 > ret)
    
11.                 return -1;
    
12.         if (revents & POLLERR)        //发生I/O错误
    
13.                 return -1;
    
14.         if (revents & POLLIN) {//表示可读取数据
    
15.                 // 从PCM设备读取数据
    
16.         }
    
17.         if (revents & POLLOUT) {//表示可写入数据
    
18.                 // 将数据写入PCM设备
    
19.         }
    
20. }

复制代码

29.7.2PCM播放示例代码
对示例代码 29.5.1进行修改，使用poll I/O多路复用，示例代码如下所示：
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->29_alsa-lib->pcm_playback_poll.c。
示例代码 29.7.1 PCM播放示例程序—poll

1. /***************************************************************
   
2. Copyright &#169; ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
   
3. 文件名 : pcm_playback_poll.c
   
4. 作者 : 邓涛
   
5. 版本 : V1.0
   
6. 描述 : 一个简单地PCM播放示例代码--使用I/O多路复用（poll）写数据
   
7. 其他 : 无
   
8. 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
   
9. 日志 : 初版 V1.0 2021/7/20 邓涛创建
   
10. ***************************************************************/
    
11. 
    
12. #include <stdio.h>
    
13. #include <stdlib.h>
    
14. #include <errno.h>
    
15. #include <string.h>
    
16. #include <poll.h>
    
17. #include <alsa/asoundlib.h>
    
18. 
    
19. /************************************
    
20. 宏定义
    
21. ************************************/
    
22. #define PCM_PLAYBACK_DEV    "hw:0,0"
    
23. 
    
24. /************************************
    
25. WAV音频文件解析相关数据结构申明
    
26. ************************************/
    
27. typedef struct WAV_RIFF {
    
28.     char ChunkID[4];                /* "RIFF" */
    
29.     u_int32_t ChunkSize;            /* 从下一个地址开始到文件末尾的总字节数 */
    
30.     char Format[4];                 /* "WAVE" */
    
31. } __attribute__ ((packed)) RIFF_t;
    
32. 
    
33. typedef struct WAV_FMT {
    
34.     char Subchunk1ID[4];            /* "fmt " */
    
35.     u_int32_t Subchunk1Size;        /* 16 for PCM */
    
36.     u_int16_t AudioFormat;          /* PCM = 1*/
    
37.     u_int16_t NumChannels;          /* Mono = 1, Stereo = 2, etc. */
    
38.     u_int32_t SampleRate;           /* 8000, 44100, etc. */
    
39.     u_int32_t ByteRate;             /* = SampleRate * NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
40.     u_int16_t BlockAlign;           /* = NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
41.     u_int16_t BitsPerSample;        /* 8bits, 16bits, etc. */
    
42. } __attribute__ ((packed)) FMT_t;
    
43. static FMT_t wav_fmt;
    
44. 
    
45. typedef struct WAV_DATA {
    
46.     char Subchunk2ID[4];            /* "data" */
    
47.     u_int32_t Subchunk2Size;        /* data size */
    
48. } __attribute__ ((packed)) DATA_t;
    
49. 
    
50. /************************************
    
51. static静态全局变量定义
    
52. ************************************/
    
53. static snd_pcm_t *pcm = NULL;               //pcm句柄
    
54. static unsigned int buf_bytes;                  //应用程序缓冲区的大小（字节为单位）
    
55. static void *buf = NULL;                    //指向应用程序缓冲区的指针
    
56. static int fd = -1;                             //指向WAV音频文件的文件描述符
    
57. static snd_pcm_uframes_t period_size = 1024;    //周期大小（单位: 帧）
    
58. static unsigned int periods = 16;               //周期数（设备驱动层buffer的大小）
    
59. 
    
60. static struct pollfd *pfds = NULL;
    
61. static int count;
    
62. 
    
63. static int snd_pcm_init(void)
    
64. {
    
65.     snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;
    
66.     int ret;
    
67. 
    
68.     /* 打开PCM设备 */
    
69.     ret = snd_pcm_open(&pcm, PCM_PLAYBACK_DEV, SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);
    
70.     if (0 > ret) {
    
71.         fprintf(stderr, "snd_pcm_open error: %s: %s\n",
    
72.                     PCM_PLAYBACK_DEV, snd_strerror(ret));
    
73.         return -1;
    
74.     }
    
75. 
    
76.     /* 实例化hwparams对象 */
    
77.     snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);
    
78. 
    
79.     /* 获取PCM设备当前硬件配置,对hwparams进行初始化 */
    
80.     ret = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams);
    
81.     if (0 > ret) {
    
82.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_any error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
83.         goto err2;
    
84.     }
    
85. 
    
86.     /**************
    
87.      设置参数
    
88.     ***************/
    
89.     /* 设置访问类型: 交错模式 */
    
90.     ret = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
    
91.     if (0 > ret) {
    
92.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_access error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
93.         goto err2;
    
94.     }
    
95. 
    
96.     /* 设置数据格式: 有符号16位、小端模式 */
    
97.     ret = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
    
98.     if (0 > ret) {
    
99.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_format error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
100.         goto err2;
     
101.     }
     
102. 
     
103.     /* 设置采样率 */
     
104.     ret = snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm, hwparams, wav_fmt.SampleRate, 0);
     
105.     if (0 > ret) {
     
106.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_rate error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
107.         goto err2;
     
108.     }
     
109. 
     
110.     /* 设置声道数: 双声道 */
     
111.     ret = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams, wav_fmt.NumChannels);
     
112.     if (0 > ret) {
     
113.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_channels error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
114.         goto err2;
     
115.     }
     
116. 
     
117.     /* 设置周期大小: period_size */
     
118.     ret = snd_pcm_hw_params_set_period_size(pcm, hwparams, period_size, 0);
     
119.     if (0 > ret) {
     
120.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_period_size error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
121.         goto err2;
     
122.     }
     
123. 
     
124.     /* 设置周期数（驱动层buffer的大小）: periods */
     
125.     ret = snd_pcm_hw_params_set_periods(pcm, hwparams, periods, 0);
     
126.     if (0 > ret) {
     
127.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_periods error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
128.         goto err2;
     
129.     }
     
130. 
     
131.     /* 使配置生效 */
     
132.     ret = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams);
     
133.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放hwparams对象占用的内存
     
134.     if (0 > ret) {
     
135.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
136.         goto err1;
     
137.     }
     
138. 
     
139.     buf_bytes = period_size * wav_fmt.BlockAlign; //变量赋值，一个周期的字节大小
     
140.     return 0;
     
141. 
     
142. err2:
     
143.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放内存
     
144. err1:
     
145.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
146.     return -1;
     
147. }
     
148. 
     
149. static int open_wav_file(const char *file)
     
150. {
     
151.     RIFF_t wav_riff;
     
152.     DATA_t wav_data;
     
153.     int ret;
     
154. 
     
155.     fd = open(file, O_RDONLY);
     
156.     if (0 > fd) {
     
157.         fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", file, strerror(errno));
     
158.         return -1;
     
159.     }
     
160. 
     
161.     /* 读取RIFF chunk */
     
162.     ret = read(fd, &wav_riff, sizeof(RIFF_t));
     
163.     if (sizeof(RIFF_t) != ret) {
     
164.         if (0 > ret)
     
165.             perror("read error");
     
166.         else
     
167.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
168.         close(fd);
     
169.         return -1;
     
170.     }
     
171. 
     
172.     if (strncmp("RIFF", wav_riff.ChunkID, 4) ||//校验
     
173.         strncmp("WAVE", wav_riff.Format, 4)) {
     
174.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
175.         close(fd);
     
176.         return -1;
     
177.     }
     
178. 
     
179.     /* 读取sub-chunk-fmt */
     
180.     ret = read(fd, &wav_fmt, sizeof(FMT_t));
     
181.     if (sizeof(FMT_t) != ret) {
     
182.         if (0 > ret)
     
183.             perror("read error");
     
184.         else
     
185.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
186.         close(fd);
     
187.         return -1;
     
188.     }
     
189. 
     
190.     if (strncmp("fmt ", wav_fmt.Subchunk1ID, 4)) {//校验
     
191.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
192.         close(fd);
     
193.         return -1;
     
194.     }
     
195. 
     
196.     /* 打印音频文件的信息 */
     
197.     printf("<<<<音频文件格式信息>>>>\n\n");
     
198.     printf("  file name:     %s\n", file);
     
199.     printf("  Subchunk1Size: %u\n", wav_fmt.Subchunk1Size);
     
200.     printf("  AudioFormat:   %u\n", wav_fmt.AudioFormat);
     
201.     printf("  NumChannels:   %u\n", wav_fmt.NumChannels);
     
202.     printf("  SampleRate:    %u\n", wav_fmt.SampleRate);
     
203.     printf("  ByteRate:      %u\n", wav_fmt.ByteRate);
     
204.     printf("  BlockAlign:    %u\n", wav_fmt.BlockAlign);
     
205.     printf("  BitsPerSample: %u\n\n", wav_fmt.BitsPerSample);
     
206. 
     
207.     /* sub-chunk-data */
     
208.     if (0 > lseek(fd, sizeof(RIFF_t) + 8 + wav_fmt.Subchunk1Size,
     
209.                 SEEK_SET)) {
     
210.         perror("lseek error");
     
211.         close(fd);
     
212.         return -1;
     
213.     }
     
214. 
     
215.     while(sizeof(DATA_t) == read(fd, &wav_data, sizeof(DATA_t))) {
     
216. 
     
217.         /* 找到sub-chunk-data */
     
218.         if (!strncmp("data", wav_data.Subchunk2ID, 4))//校验
     
219.             return 0;
     
220. 
     
221.         if (0 > lseek(fd, wav_data.Subchunk2Size, SEEK_CUR)) {
     
222.             perror("lseek error");
     
223.             close(fd);
     
224.             return -1;
     
225.         }
     
226.     }
     
227. 
     
228.     fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
229.     return -1;
     
230. }
     
231. 
     
232. static int snd_pcm_poll_init(void)
     
233. {
     
234.     int ret;
     
235. 
     
236.     /* 获取PCM句柄的轮询描述符计数 */
     
237.     count = snd_pcm_poll_descriptors_count(pcm);
     
238.     if (0 >= count) {
     
239.         fprintf(stderr, "Invalid poll descriptors count\n");
     
240.         return -1;
     
241.     }
     
242. 
     
243.     /* 分配内存 */
     
244.     pfds = calloc(count, sizeof(struct pollfd));
     
245.     if (NULL == pfds) {
     
246.         perror("calloc error");
     
247.         return -1;
     
248.     }
     
249. 
     
250.     /* 填充pfds */
     
251.     ret = snd_pcm_poll_descriptors(pcm, pfds, count);
     
252.     if (0 > ret)
     
253.         return -1;
     
254. 
     
255.     return 0;
     
256. }
     
257. 
     
258. /************************************
     
259. main主函数
     
260. ************************************/
     
261. int main(int argc, char *argv[])
     
262. {
     
263.     unsigned short revents;
     
264.     snd_pcm_sframes_t avail;
     
265.     int ret;
     
266. 
     
267.     if (2 != argc) {
     
268.         fprintf(stderr, "Usage: %s <audio_file>\n", argv[0]);
     
269.         exit(EXIT_FAILURE);
     
270.     }
     
271. 
     
272.     /* 打开WAV音频文件 */
     
273.     if (open_wav_file(argv[1]))
     
274.         exit(EXIT_FAILURE);
     
275. 
     
276.     /* 初始化PCM Playback设备 */
     
277.     if (snd_pcm_init())
     
278.         goto err1;
     
279. 
     
280.     /* 申请读缓冲区 */
     
281.     buf = malloc(buf_bytes);
     
282.     if (NULL == buf) {
     
283.         perror("malloc error");
     
284.         goto err2;
     
285.     }
     
286. 
     
287.     /* I/O多路复用poll初始化 */
     
288.     if (snd_pcm_poll_init())
     
289.         goto err3;
     
290. 
     
291.     for (;;) {
     
292. 
     
293.         ret = poll(pfds, count, -1);//调用poll
     
294.         if (0 > ret) {
     
295.             perror("poll error");
     
296.             goto err3;
     
297.         }
     
298. 
     
299.         ret = snd_pcm_poll_descriptors_revents(pcm, pfds, count, &revents);
     
300.         if (0 > ret)
     
301.             goto err3;
     
302.         if (revents & POLLERR)
     
303.             goto err3;
     
304.         if (revents & POLLOUT) {    //可写数据
     
305.             avail = snd_pcm_avail_update(pcm);//获取环形缓冲区中有多少帧数据需要填充
     
306.             while (avail >= period_size) {  //我们一次写入一个周期
     
307. 
     
308.                 memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
     
309.                 ret = read(fd, buf, buf_bytes);
     
310.                 if (0 >= ret)
     
311.                     goto err3;
     
312. 
     
313.                 ret = snd_pcm_writei(pcm, buf, period_size);
     
314.                 if (0 > ret) {
     
315.                     fprintf(stderr, "snd_pcm_writei error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
316.                     goto err3;
     
317.                 }
     
318.                 else if (ret < period_size) {
     
319.                     if (0 > lseek(fd, (ret-period_size) * wav_fmt.BlockAlign, SEEK_CUR)) {
     
320.                         perror("lseek error");
     
321.                         goto err3;
     
322.                     }
     
323.                 }
     
324. 
     
325.                 avail = snd_pcm_avail_update(pcm);   //再次获取、更新avail
     
326.             }
     
327.         }
     
328.     }
     
329. 
     
330. err3:
     
331.     free(buf);     //释放内存
     
332. err2:
     
333.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
334. err1:
     
335.     close(fd);      //关闭打开的音频文件
     
336.     exit(EXIT_FAILURE);
     
337. }

复制代码

29.7.3PCM录音示例代码
对示例代码 29.5.2进行修改，使用poll I/O多路复用，示例代码如下所示：
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->29_alsa-lib->pcm_capture_poll.c。
示例代码 29.7.2 PCM录音示例程序—poll

1. /***************************************************************
   
2. Copyright &#169; ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
   
3. 文件名 : pcm_capture_poll.c
   
4. 作者 : 邓涛
   
5. 版本 : V1.0
   
6. 描述 : 一个简单地PCM音频采集示例代码--使用I/O多路复用（poll）读数据
   
7. 其他 : 无
   
8. 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
   
9. 日志 : 初版 V1.0 2021/7/20 邓涛创建
   
10. ***************************************************************/
    
11. 
    
12. #include <stdio.h>
    
13. #include <stdlib.h>
    
14. #include <errno.h>
    
15. #include <string.h>
    
16. #include <poll.h>
    
17. #include <alsa/asoundlib.h>
    
18. 
    
19. /************************************
    
20. 宏定义
    
21. ************************************/
    
22. #define PCM_CAPTURE_DEV    "hw:0,0"
    
23. 
    
24. /************************************
    
25. static静态全局变量定义
    
26. ************************************/
    
27. static snd_pcm_t *pcm = NULL;               //pcm句柄
    
28. static snd_pcm_uframes_t period_size = 1024;    //周期大小（单位: 帧）
    
29. static unsigned int periods = 16;               //周期数（buffer的大小）
    
30. static unsigned int rate = 44100;               //采样率
    
31. 
    
32. static struct pollfd *pfds = NULL;
    
33. static int count;
    
34. 
    
35. static int snd_pcm_init(void)
    
36. {
    
37.     snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;
    
38.     int ret;
    
39. 
    
40.     /* 打开PCM设备 */
    
41.     ret = snd_pcm_open(&pcm, PCM_CAPTURE_DEV, SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0);
    
42.     if (0 > ret) {
    
43.         fprintf(stderr, "snd_pcm_open error: %s: %s\n",
    
44.                     PCM_CAPTURE_DEV, snd_strerror(ret));
    
45.         return -1;
    
46.     }
    
47. 
    
48.     /* 实例化hwparams对象 */
    
49.     snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);
    
50. 
    
51.     /* 获取PCM设备当前硬件配置,对hwparams进行初始化 */
    
52.     ret = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams);
    
53.     if (0 > ret) {
    
54.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_any error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
55.         goto err2;
    
56.     }
    
57. 
    
58.     /**************
    
59.      设置参数
    
60.     ***************/
    
61.     /* 设置访问类型: 交错模式 */
    
62.     ret = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
    
63.     if (0 > ret) {
    
64.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_access error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
65.         goto err2;
    
66.     }
    
67. 
    
68.     /* 设置数据格式: 有符号16位、小端模式 */
    
69.     ret = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
    
70.     if (0 > ret) {
    
71.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_format error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
72.         goto err2;
    
73.     }
    
74. 
    
75.     /* 设置采样率 */
    
76.     ret = snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm, hwparams, rate, 0);
    
77.     if (0 > ret) {
    
78.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_rate error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
79.         goto err2;
    
80.     }
    
81. 
    
82.     /* 设置声道数: 双声道 */
    
83.     ret = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams, 2);
    
84.     if (0 > ret) {
    
85.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_channels error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
86.         goto err2;
    
87.     }
    
88. 
    
89.     /* 设置周期大小: period_size */
    
90.     ret = snd_pcm_hw_params_set_period_size(pcm, hwparams, period_size, 0);
    
91.     if (0 > ret) {
    
92.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_period_size error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
93.         goto err2;
    
94.     }
    
95. 
    
96.     /* 设置周期数（buffer的大小）: periods */
    
97.     ret = snd_pcm_hw_params_set_periods(pcm, hwparams, periods, 0);
    
98.     if (0 > ret) {
    
99.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_periods error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
100.         goto err2;
     
101.     }
     
102. 
     
103.     /* 使配置生效 */
     
104.     ret = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams);
     
105.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放hwparams对象占用的内存
     
106.     if (0 > ret) {
     
107.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
108.         goto err1;
     
109.     }
     
110. 
     
111.     return 0;
     
112. 
     
113. err2:
     
114.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放内存
     
115. err1:
     
116.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
117.     return -1;
     
118. }
     
119. 
     
120. static int snd_pcm_poll_init(void)
     
121. {
     
122.     int ret;
     
123. 
     
124.     /* 获取PCM句柄的轮询描述符计数 */
     
125.     count = snd_pcm_poll_descriptors_count(pcm);
     
126.     if (0 >= count) {
     
127.         fprintf(stderr, "Invalid poll descriptors count\n");
     
128.         return -1;
     
129.     }
     
130. 
     
131.     /* 分配内存 */
     
132.     pfds = calloc(count, sizeof(struct pollfd));
     
133.     if (NULL == pfds) {
     
134.         perror("calloc error");
     
135.         return -1;
     
136.     }
     
137. 
     
138.     /* 填充pfds */
     
139.     ret = snd_pcm_poll_descriptors(pcm, pfds, count);
     
140.     if (0 > ret)
     
141.         return -1;
     
142. 
     
143.     return 0;
     
144. }
     
145. 
     
146. /************************************
     
147. main主函数
     
148. ************************************/
     
149. int main(int argc, char *argv[])
     
150. {
     
151.     unsigned char *buf = NULL;
     
152.     unsigned int buf_bytes;
     
153.     unsigned short revents;
     
154.     snd_pcm_sframes_t avail;
     
155.     int fd = -1;
     
156.     int ret;
     
157. 
     
158.     if (2 != argc) {
     
159.         fprintf(stderr, "Usage: %s <output_file>\n", argv[0]);
     
160.         exit(EXIT_FAILURE);
     
161.     }
     
162. 
     
163.     /* 初始化PCM Capture设备 */
     
164.     if (snd_pcm_init())
     
165.         exit(EXIT_FAILURE);
     
166. 
     
167.     /* 申请读缓冲区 */
     
168.     buf_bytes = period_size * 4;    //字节大小 = 周期大小*帧的字节大小 16位双声道
     
169.     buf = malloc(buf_bytes);
     
170.     if (NULL == buf) {
     
171.         perror("malloc error");
     
172.         goto err1;
     
173.     }
     
174. 
     
175.     /* 打开一个新建文件 */
     
176.     fd = open(argv[1], O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL);
     
177.     if (0 > fd) {
     
178.         fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", argv[1], strerror(errno));
     
179.         goto err2;
     
180.     }
     
181. 
     
182.     /* I/O多路复用poll初始化 */
     
183.     if (snd_pcm_poll_init())
     
184.         goto err3;
     
185. 
     
186.     /* 开始录音 */
     
187.     ret = snd_pcm_start(pcm);
     
188.     if (0 > ret) {
     
189.         fprintf(stderr, "snd_pcm_start error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
190.         goto err3;
     
191.     }
     
192. 
     
193.     for (;;) {
     
194. 
     
195.         ret = poll(pfds, count, -1);//调用poll
     
196.         if (0 > ret) {
     
197.             perror("poll error");
     
198.             goto err3;
     
199.         }
     
200. 
     
201.         ret = snd_pcm_poll_descriptors_revents(pcm, pfds, count, &revents);
     
202.         if (0 > ret)
     
203.             goto err3;
     
204.         if (revents & POLLERR)
     
205.             goto err3;
     
206.         if (revents & POLLIN) { //可读数据
     
207.             avail = snd_pcm_avail_update(pcm);   //检查有多少帧数据可读
     
208.             while (avail >= period_size) {  //每次读取一个周期
     
209. 
     
210.                 ret = snd_pcm_readi(pcm, buf, period_size);//读取PCM数据 一个周期
     
211.                 if (0 > ret) {
     
212.                     fprintf(stderr, "snd_pcm_readi error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
213.                     goto err3;
     
214.                 }
     
215. 
     
216.                 ret = write(fd, buf, ret * 4);    //将读取到的数据写入文件中
     
217.                 if (0 >= ret)
     
218.                     goto err3;
     
219. 
     
220.                 avail = snd_pcm_avail_update(pcm);   //再次读取、更新avail
     
221.             }
     
222.         }
     
223.     }
     
224. 
     
225. err3:
     
226.     close(fd);  //关闭文件
     
227. err2:
     
228.     free(buf);     //释放内存
     
229. err1:
     
230.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
231.     exit(EXIT_FAILURE);
     
232. }

复制代码

29.8PCM设备的状态
本小节向大家介绍PCM设备的状态有哪些，alsa-lib提供了函数snd_pcm_state()用于获取PCM设备当前的状态，其函数原型如下所示：

1. snd_pcm_state_t snd_pcm_state(snd_pcm_t *pcm);

复制代码

可以看到它的返回值是一个snd_pcm_state_t类型的变量，snd_pcm_state_t其实是一个枚举类型，描述了PCM设备包含的所有状态，如下所示：

1. enum snd_pcm_state_t {
   
2.         SND_PCM_STATE_OPEN = 0,
   
3.         SND_PCM_STATE_SETUP,
   
4.         SND_PCM_STATE_PREPARED,
   
5.         SND_PCM_STATE_RUNNING,
   
6.         SND_PCM_STATE_XRUN,
   
7.         SND_PCM_STATE_DRAINING,
   
8.         SND_PCM_STATE_PAUSED,
   
9.         SND_PCM_STATE_SUSPENDED,
   
10.         SND_PCM_STATE_DISCONNECTED,
    
11.         SND_PCM_STATE_LAST = SND_PCM_STATE_DISCONNECTED,
    
12.         SND_PCM_STATE_PRIVATE1 = 1024
    
13. }
    
14. SND_PCM_STATE_OPEN

复制代码

该状态表示PCM设备处于打开状态，譬如当调用snd_pcm_open()后，PCM设备就处于该状态。

1. SND_PCM_STATE_SETUP

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alsa-lib文档中的解释为“Setup installed”！该状态表示设备已经初始化完成了，参数已经配置好了。

1. SND_PCM_STATE_PREPARED

复制代码

该状态表示设备已经准备好了，可以开始了“Ready to start”！譬如可以开始播放了、可以开始录音了。
前面提到了这个状态，当应用程序调用snd_pcm_hw_params()函数之后，设备就处于SND_PCM_STATE_PREPARED状态了。应用程序中，可以调用snd_pcm_prepare()函数使设备处于SND_PCM_STATE_PREPARED状态，该函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_prepare(snd_pcm_t *pcm);

复制代码

该行数调用成功返回0，失败将返回一个负数错误码。
函数调用成功，PCM设备将处于SND_PCM_STATE_PREPARED状态。事实上，应用程序调用时snd_pcm_hw_params()时，函数内部会自动调用snd_pcm_prepare()，所以为什么调用snd_pcm_hw_params()之后设备就已经处于SND_PCM_STATE_PREPARED状态了；调用snd_pcm_hw_params()函数，其实应该发生了两种状态的转变为：首先由SND_PCM_STATE_OPEN变为SND_PCM_STATE_SETUP状态、再由SND_PCM_STATE_SETUP变为SND_PCM_STATE_PREPARED状态。

1. SND_PCM_STATE_RUNNING

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该状态表示设备正在运行，譬如正在播放、正在录音。
上小节我们提到，应用程序可以调用snd_pcm_start()函数以启动PCM设备，启动成功之后，设备开始播放或采集，此时设备处于SND_PCM_STATE_RUNNING状态。
此外，当设备处于SND_PCM_STATE_PREPARED状态时，应用程序调用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei进行读写数据时，这些函数内部会自动调用snd_pcm_start()函数；譬如播放模式下，调用snd_pcm_writei写入数据后，会自动开启PCM设备进行播放，这里要注意，一定是在数据写入到环形缓冲区之后、才开启PCM设备播放音频，因为一旦开启之后，环形缓冲区中必须要有至少一个周期的数据可供音频设备播放，否则将会发生欠载（underrun）、函数调用以错误形式返回；在录音模式下，调用snd_pcm_readi()函数后，自动开启PCM进行音频采集。
所以这就是为什么示例代码 29.5.1、示例代码 29.5.2、示例代码 29.6.3这几个示例中并没有调用snd_pcm_start()函数的原因。
当设备处于运行状态时，应用程序可调用snd_pcm_drop()或snd_pcm_drain()函数使设备停止运行，譬如停止播放、停止音频采集；它们的函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_drain(snd_pcm_t *pcm);
   
2. int snd_pcm_drop(snd_pcm_t *pcm);

复制代码

函数调用成功返回0；失败返回负值错误码。
这两个函数都可使设备停止运行，它们的区别如下：
snd_pcm_drop()函数将立即停止PCM，丢弃挂起的帧；
snd_pcm_drain()函数并不会立即停止PCM，而是处理完挂起的帧之后再停止PCM；对于播放，会等待所有待播放的帧播放完毕（应该就是环形缓冲区中的待播放数据），然后停止PCM；对于录音，停止PCM之前会检索残留帧。
当调用snd_pcm_drop()或snd_pcm_drain()停止PCM设备后，设备将回到SND_PCM_STATE_SETUP状态。

1. SND_PCM_STATE_XRUN

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当发生XRUN时，设备会处于SND_PCM_STATE_XRUN状态，XRUN前面给大家解释过了，这里不再重述！当处于SND_PCM_STATE_XRUN状态时，应用程序可以调用snd_pcm_prepare()使设备恢复，使其回到SND_PCM_STATE_PREPARED状态。

1. SND_PCM_STATE_DRAINING

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这个状态笔者没弄清楚，alsa-lib文档中的解释为“Draining: running (playback) or stopped (capture)”。
SND_PCM_STATE_PAUSED
pause就是暂停的意思，所以该状态表示设备处于暂停状态。譬如当设备正在运行时（也就是处于SND_PCM_STATE_RUNNING状态），应用程序调用snd_pcm_pause()函数可让设备暂停，其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_pause(snd_pcm_t *pcm, int enable);

复制代码

函数snd_pcm_pause()既可以使的设备暂停、同样也可使其恢复（从暂停恢复运行，即SND_PCM_STATE_RUNNING--->SND_PCM_STATE_RUNNING），通过参数enable控制；当enable等于1，表示使设备暂停；enable等于0表示使设备恢复运行。
snd_pcm_pause()函数调用成功返回0；失败返回一个负值错误码。
这里有个问题需要注意，并不是所有的音频设备硬件上支持暂停的功能，可以通过snd_pcm_hw_params_can_pause()函数来判断设备是否支持暂停，其函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_hw_params_can_pause(const snd_pcm_hw_params_t *params);

复制代码

函数返回1表示硬件支持暂停；返回0表示硬件不支持暂停。

1. SND_PCM_STATE_SUSPENDED

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该状态表示硬件已经挂起suspended，如果硬件发生了挂起，应用程序可以调用snd_pcm_resume()函数从挂起中恢复，并确保不会丢失样本数据（精细恢复）。snd_pcm_resume()函数原型如下所示：

1. int snd_pcm_resume(snd_pcm_t *pcm);

复制代码

函数调用成功返回0；失败返回一个负值错误码。
当然，并非所有硬件都支持此功能，可以调用snd_pcm_hw_params_can_resume()函数判断硬件是否支持从挂起中恢复，其函数原型如下所示：
int snd_pcm_hw_params_can_resume(const snd_pcm_hw_params_t *params);
函数调用返回1表示支持，返回0表示不支持。

1. SND_PCM_STATE_DISCONNECTED

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该状态表示硬件已经断开连接。
状态之间的转换
通过上面的介绍，我们已经知道了PCM设备的几种不同的状态、以及它们的一个转换关系，为了能够加深大家的印象，笔者对其进行了整理，主要整理了SND_PCM_STATE_OPEN、SND_PCM_STATE_SETUP、SND_PCM_STATE_PREPARED、SND_PCM_STATE_RUNNING、SND_PCM_STATE_XRUN以及SND_PCM_STATE_PAUSED这6种状态之间的转换关系，如下图所示：

图 29.8.1 PCM设备状态之间的转换关系示意图

笔者尽力了！这图画的还是有点乱，不过没关系，状态转换还是描述清楚了。其实这个状态之间的转换关系不难理解，哪种状态能转哪种状态、哪种状态不能转哪种状态，这个还是很容易理解的。这里笔者就不再多说了。
29.8.1PCM播放示例代码-加入状态控制
通过上面的介绍，我们已经知道了PCM设备不同状态之间转换，譬如播放音乐时，如何暂停、如何停止、又如何恢复。本小节我们来编写一个PCM播放程序，在示例代码 29.6.3的基础上，加入对播放过程的控制，譬如用户按下空格键可以暂停播放、再次按下空格则恢复播放。
示例代码笔者已经写好，如下所示。
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->29_alsa-lib->pcm_playback_ctl.c。
示例代码 29.8.1 PCM播放示例程序（加入状态控制）

1. /***************************************************************
   
2. Copyright &#169; ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
   
3. 文件名 : pcm_playback_ctl.c
   
4. 作者 : 邓涛
   
5. 版本 : V1.0
   
6. 描述 : 一个简单地PCM播放示例代码--使用异步方式、用户可通过按键
   
7.         对播放过程进行控制。
   
8. 其他 : 无
   
9. 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
   
10. 日志 : 初版 V1.0 2021/7/20 邓涛创建
    
11. ***************************************************************/
    
12. 
    
13. #include <stdio.h>
    
14. #include <stdlib.h>
    
15. #include <errno.h>
    
16. #include <string.h>
    
17. #include <termios.h>
    
18. #include <signal.h>
    
19. #include <alsa/asoundlib.h>
    
20. 
    
21. /************************************
    
22. 宏定义
    
23. ************************************/
    
24. #define PCM_PLAYBACK_DEV    "hw:0,0"
    
25. 
    
26. /************************************
    
27. WAV音频文件解析相关数据结构申明
    
28. ************************************/
    
29. typedef struct WAV_RIFF {
    
30.     char ChunkID[4];                    /* "RIFF" */
    
31.     u_int32_t ChunkSize;                 /* 从下一个地址开始到文件末尾的总字节数 */
    
32.     char Format[4];                     /* "WAVE" */
    
33. } __attribute__ ((packed)) RIFF_t;
    
34. 
    
35. typedef struct WAV_FMT {
    
36.     char Subchunk1ID[4];                    /* "fmt " */
    
37.     u_int32_t Subchunk1Size;                     /* 16 for PCM */
    
38.     u_int16_t AudioFormat;                  /* PCM = 1*/
    
39.     u_int16_t NumChannels;                  /* Mono = 1, Stereo = 2, etc. */
    
40.     u_int32_t SampleRate;                   /* 8000, 44100, etc. */
    
41.     u_int32_t ByteRate;                     /* = SampleRate * NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
42.     u_int16_t BlockAlign;                   /* = NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
43.     u_int16_t BitsPerSample;                /* 8bits, 16bits, etc. */
    
44. } __attribute__ ((packed)) FMT_t;
    
45. static FMT_t wav_fmt;
    
46. 
    
47. typedef struct WAV_DATA {
    
48.     char Subchunk2ID[4];                    /* "data" */
    
49.     u_int32_t Subchunk2Size;                /* data size */
    
50. } __attribute__ ((packed)) DATA_t;
    
51. 
    
52. /************************************
    
53. static静态全局变量定义
    
54. ************************************/
    
55. static snd_pcm_t *pcm = NULL;                       //pcm句柄
    
56. static unsigned int buf_bytes;                          //应用程序缓冲区的大小（字节为单位）
    
57. static void *buf = NULL;                            //指向应用程序缓冲区的指针
    
58. static int fd = -1;                                     //指向WAV音频文件的文件描述符
    
59. static snd_pcm_uframes_t period_size = 1024;                 //周期大小（单位: 帧）
    
60. static unsigned int periods = 16;                       //周期数（设备驱动层buffer的大小）
    
61. static struct termios old_cfg;                          //用于保存终端当前的配置参数
    
62. 
    
63. /************************************
    
64. static静态函数
    
65. ************************************/
    
66. static void snd_playback_async_callback(snd_async_handler_t *handler)
    
67. {
    
68.     snd_pcm_t *handle = snd_async_handler_get_pcm(handler);//获取PCM句柄
    
69.     snd_pcm_sframes_t avail;
    
70.     int ret;
    
71. 
    
72.     avail = snd_pcm_avail_update(handle);//获取环形缓冲区中有多少帧数据需要填充
    
73.     while (avail >= period_size) {  //我们一次写入一个周期
    
74. 
    
75.         memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
    
76.         ret = read(fd, buf, buf_bytes);
    
77.         if (0 >= ret)
    
78.             goto out;
    
79. 
    
80.         ret = snd_pcm_writei(handle, buf, period_size);
    
81.         if (0 > ret) {
    
82.             fprintf(stderr, "snd_pcm_writei error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
83.             goto out;
    
84.         }
    
85.         else if (ret < period_size) {//实际写入的帧数小于指定的帧数
    
86.             //此时我们需要调整下音频文件的读位置
    
87.             //将读位置向后移动（往回移）(period_size-ret)*frame_bytes个字节
    
88.             //frame_bytes表示一帧的字节大小
    
89.             if (0 > lseek(fd, (ret-period_size) * wav_fmt.BlockAlign, SEEK_CUR)) {
    
90.                 perror("lseek error");
    
91.                 goto out;
    
92.             }
    
93.         }
    
94. 
    
95.         avail = snd_pcm_avail_update(handle);   //再次获取、更新avail
    
96.     }
    
97. 
    
98.     return;
    
99. out:
    
100.     snd_pcm_drain(pcm); //停止PCM
     
101.     snd_pcm_close(handle); //关闭pcm设备
     
102.     tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &old_cfg); //退出前恢复终端的状态
     
103.     free(buf);
     
104.     close(fd);      //关闭打开的音频文件
     
105.     exit(EXIT_FAILURE); //退出程序
     
106. }
     
107. 
     
108. static int snd_pcm_init(void)
     
109. {
     
110.     snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;
     
111.     snd_async_handler_t *async_handler = NULL;
     
112.     int ret;
     
113. 
     
114.     /* 打开PCM设备 */
     
115.     ret = snd_pcm_open(&pcm, PCM_PLAYBACK_DEV, SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);
     
116.     if (0 > ret) {
     
117.         fprintf(stderr, "snd_pcm_open error: %s: %s\n",
     
118.                     PCM_PLAYBACK_DEV, snd_strerror(ret));
     
119.         return -1;
     
120.     }
     
121. 
     
122.     /* 实例化hwparams对象 */
     
123.     snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);
     
124. 
     
125.     /* 获取PCM设备当前硬件配置,对hwparams进行初始化 */
     
126.     ret = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams);
     
127.     if (0 > ret) {
     
128.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_any error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
129.         goto err2;
     
130.     }
     
131. 
     
132.     /**************
     
133.      设置参数
     
134.     ***************/
     
135.     /* 设置访问类型: 交错模式 */
     
136.     ret = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
     
137.     if (0 > ret) {
     
138.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_access error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
139.         goto err2;
     
140.     }
     
141. 
     
142.     /* 设置数据格式: 有符号16位、小端模式 */
     
143.     ret = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
     
144.     if (0 > ret) {
     
145.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_format error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
146.         goto err2;
     
147.     }
     
148. 
     
149.     /* 设置采样率 */
     
150.     ret = snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm, hwparams, wav_fmt.SampleRate, 0);
     
151.     if (0 > ret) {
     
152.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_rate error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
153.         goto err2;
     
154.     }
     
155. 
     
156.     /* 设置声道数: 双声道 */
     
157.     ret = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams, wav_fmt.NumChannels);
     
158.     if (0 > ret) {
     
159.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_channels error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
160.         goto err2;
     
161.     }
     
162. 
     
163.     /* 设置周期大小: period_size */
     
164.     ret = snd_pcm_hw_params_set_period_size(pcm, hwparams, period_size, 0);
     
165.     if (0 > ret) {
     
166.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_period_size error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
167.         goto err2;
     
168.     }
     
169. 
     
170.     /* 设置周期数（驱动层环形缓冲区buffer的大小）: periods */
     
171.     ret = snd_pcm_hw_params_set_periods(pcm, hwparams, periods, 0);
     
172.     if (0 > ret) {
     
173.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_periods error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
174.         goto err2;
     
175.     }
     
176. 
     
177.     /* 使配置生效 */
     
178.     ret = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams);
     
179.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放hwparams对象占用的内存
     
180.     if (0 > ret) {
     
181.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
182.         goto err1;
     
183.     }
     
184. 
     
185.     buf_bytes = period_size * wav_fmt.BlockAlign; //变量赋值，一个周期的字节大小
     
186. 
     
187.     /* 注册异步处理函数 */
     
188.     ret = snd_async_add_pcm_handler(&async_handler, pcm, snd_playback_async_callback, NULL);
     
189.     if (0 > ret) {
     
190.         fprintf(stderr, "snd_async_add_pcm_handler error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
191.         goto err1;
     
192.     }
     
193. 
     
194.     return 0;
     
195. 
     
196. err2:
     
197.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放内存
     
198. err1:
     
199.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
200.     return -1;
     
201. }
     
202. 
     
203. static int open_wav_file(const char *file)
     
204. {
     
205.     RIFF_t wav_riff;
     
206.     DATA_t wav_data;
     
207.     int ret;
     
208. 
     
209.     fd = open(file, O_RDONLY);
     
210.     if (0 > fd) {
     
211.         fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", file, strerror(errno));
     
212.         return -1;
     
213.     }
     
214. 
     
215.     /* 读取RIFF chunk */
     
216.     ret = read(fd, &wav_riff, sizeof(RIFF_t));
     
217.     if (sizeof(RIFF_t) != ret) {
     
218.         if (0 > ret)
     
219.             perror("read error");
     
220.         else
     
221.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
222.         close(fd);
     
223.         return -1;
     
224.     }
     
225. 
     
226.     if (strncmp("RIFF", wav_riff.ChunkID, 4) ||//校验
     
227.         strncmp("WAVE", wav_riff.Format, 4)) {
     
228.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
229.         close(fd);
     
230.         return -1;
     
231.     }
     
232. 
     
233.     /* 读取sub-chunk-fmt */
     
234.     ret = read(fd, &wav_fmt, sizeof(FMT_t));
     
235.     if (sizeof(FMT_t) != ret) {
     
236.         if (0 > ret)
     
237.             perror("read error");
     
238.         else
     
239.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
240.         close(fd);
     
241.         return -1;
     
242.     }
     
243. 
     
244.     if (strncmp("fmt ", wav_fmt.Subchunk1ID, 4)) {//校验
     
245.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
246.         close(fd);
     
247.         return -1;
     
248.     }
     
249. 
     
250.     /* 打印音频文件的信息 */
     
251.     printf("<<<<音频文件格式信息>>>>\n\n");
     
252.     printf("  file name:     %s\n", file);
     
253.     printf("  Subchunk1Size: %u\n", wav_fmt.Subchunk1Size);
     
254.     printf("  AudioFormat:   %u\n", wav_fmt.AudioFormat);
     
255.     printf("  NumChannels:   %u\n", wav_fmt.NumChannels);
     
256.     printf("  SampleRate:    %u\n", wav_fmt.SampleRate);
     
257.     printf("  ByteRate:      %u\n", wav_fmt.ByteRate);
     
258.     printf("  BlockAlign:    %u\n", wav_fmt.BlockAlign);
     
259.     printf("  BitsPerSample: %u\n\n", wav_fmt.BitsPerSample);
     
260. 
     
261.     /* sub-chunk-data */
     
262.     if (0 > lseek(fd, sizeof(RIFF_t) + 8 + wav_fmt.Subchunk1Size,
     
263.                 SEEK_SET)) {
     
264.         perror("lseek error");
     
265.         close(fd);
     
266.         return -1;
     
267.     }
     
268. 
     
269.     while(sizeof(DATA_t) == read(fd, &wav_data, sizeof(DATA_t))) {
     
270. 
     
271.         /* 找到sub-chunk-data */
     
272.         if (!strncmp("data", wav_data.Subchunk2ID, 4))//校验
     
273.             return 0;
     
274. 
     
275.         if (0 > lseek(fd, wav_data.Subchunk2Size, SEEK_CUR)) {
     
276.             perror("lseek error");
     
277.             close(fd);
     
278.             return -1;
     
279.         }
     
280.     }
     
281. 
     
282.     fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
283.     return -1;
     
284. }
     
285. 
     
286. /************************************
     
287. main主函数
     
288. ************************************/
     
289. int main(int argc, char *argv[])
     
290. {
     
291.     snd_pcm_sframes_t avail;
     
292.     struct termios new_cfg;
     
293.     sigset_t sset;
     
294.     int ret;
     
295. 
     
296.     if (2 != argc) {
     
297.         fprintf(stderr, "Usage: %s <audio_file>\n", argv[0]);
     
298.         exit(EXIT_FAILURE);
     
299.     }
     
300. 
     
301.     /* 屏蔽SIGIO信号 */
     
302.     sigemptyset(&sset);
     
303.     sigaddset(&sset, SIGIO);
     
304.     sigprocmask(SIG_BLOCK, &sset, NULL);
     
305. 
     
306.     /* 打开WAV音频文件 */
     
307.     if (open_wav_file(argv[1]))
     
308.         exit(EXIT_FAILURE);
     
309. 
     
310.     /* 初始化PCM Playback设备 */
     
311.     if (snd_pcm_init())
     
312.         goto err1;
     
313. 
     
314.     /* 申请读缓冲区 */
     
315.     buf = malloc(buf_bytes);
     
316.     if (NULL == buf) {
     
317.         perror("malloc error");
     
318.         goto err2;
     
319.     }
     
320. 
     
321.     /* 终端配置 */
     
322.     tcgetattr(STDIN_FILENO, &old_cfg);  //获取终端<标准输入-标准输出构成了一套终端>
     
323.     memcpy(&new_cfg, &old_cfg, sizeof(struct termios));//备份
     
324.     new_cfg.c_lflag &= ~ICANON; //将终端设置为非规范模式
     
325.     new_cfg.c_lflag &= ~ECHO;   //禁用回显
     
326.     tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &new_cfg);//使配置生效
     
327. 
     
328.     /* 播放：先将环形缓冲区填满数据 */
     
329.     avail = snd_pcm_avail_update(pcm);  //获取环形缓冲区中有多少帧数据需要填充
     
330.     while (avail >= period_size) {  //我们一次写入一个周期
     
331. 
     
332.         memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
     
333.         ret = read(fd, buf, buf_bytes);
     
334.         if (0 >= ret)
     
335.             goto err3;
     
336. 
     
337.         ret = snd_pcm_writei(pcm, buf, period_size);//向环形缓冲区中写入数据
     
338.         if (0 > ret) {
     
339.             fprintf(stderr, "snd_pcm_writei error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
340.             goto err3;
     
341.         }
     
342.         else if (ret < period_size) {//实际写入的帧数小于指定的帧数
     
343.             //此时我们需要调整下音频文件的读位置
     
344.             //将读位置向后移动（往回移）(period_size-ret)*frame_bytes个字节
     
345.             //frame_bytes表示一帧的字节大小
     
346.             if (0 > lseek(fd, (ret-period_size) * wav_fmt.BlockAlign, SEEK_CUR)) {
     
347.                 perror("lseek error");
     
348.                 goto err3;
     
349.             }
     
350.         }
     
351. 
     
352.         avail = snd_pcm_avail_update(pcm);  //再次获取、更新avail
     
353.     }
     
354. 
     
355.     sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &sset, NULL);  //取消SIGIO信号屏蔽
     
356. 
     
357.     char ch;
     
358.     for ( ; ; ) {
     
359. 
     
360.         ch = getchar(); //获取用户输入的控制字符
     
361.         switch (ch) {
     
362.         case 'q':   //Q键退出程序
     
363.             sigprocmask(SIG_BLOCK, &sset, NULL);//屏蔽SIGIO信号
     
364.             goto err3;
     
365.         case ' ':   //空格暂停/恢复
     
366.             switch (snd_pcm_state(pcm)) {
     
367. 
     
368.             case SND_PCM_STATE_PAUSED:  //如果是暂停状态则恢复运行
     
369.                 ret = snd_pcm_pause(pcm, 0);
     
370.                 if (0 > ret)
     
371.                     fprintf(stderr, "snd_pcm_pause error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
372.                 break;
     
373.             case SND_PCM_STATE_RUNNING: //如果是运行状态则暂停
     
374.                 ret = snd_pcm_pause(pcm, 1);
     
375.                 if (0 > ret)
     
376.                     fprintf(stderr, "snd_pcm_pause error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
377.                 break;
     
378.             }
     
379.             break;
     
380.         }
     
381.     }
     
382. 
     
383. err3:
     
384.     snd_pcm_drop(pcm); //停止PCM
     
385.     tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &old_cfg); //退出前恢复终端的状态
     
386.     free(buf);     //释放内存
     
387. err2:
     
388.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
389. err1:
     
390.     close(fd);      //关闭打开的音频文件
     
391.     exit(EXIT_FAILURE);
     
392. }

复制代码

上述示例程序是在示例代码 29.6.1基础上进行修改了，加入了用户控制单元，程序设定：
q：在终端按下q键退出应用程序；
终端按下空格键暂停播放，再次按下恢复播放。
下面给大家简单地介绍下上述示例代码的设计，在main()函数中，我们首先屏蔽了SIGIO信号，如下：

1. /* 屏蔽SIGIO信号 */
   
2. sigemptyset(&sset);
   
3. sigaddset(&sset, SIGIO);
   
4. sigprocmask(SIG_BLOCK, &sset, NULL);

复制代码

这主要是为了程序设计上的安全考虑，等把环形缓冲区填满数据之后，再取消SIGIO信号屏蔽。当然，你也可以不这样做。
接着打开用户传入的音频文件、初始化PCM播放设备、申请应用程序所需的缓冲区：

1. /* 打开WAV音频文件 */
   
2. if (open_wav_file(argv[1]))
   
3.     exit(EXIT_FAILURE);
   
4. 
   
5. /* 初始化PCM Playback设备 */
   
6. if (snd_pcm_init())
   
7.     goto err1;
   
8. 
   
9. /* 申请读缓冲区 */
   
10. buf = malloc(buf_bytes);
    
11. if (NULL == buf) {
    
12.     perror("malloc error");
    
13.     goto err2;
    
14. }

复制代码

接着对终端进行设置，将终端配置为非规范模式、取消回显，配置为非规范模式之后，用户输入的字符会直接被应用程序读取到，而无需按下回车键；取消回显，意味着用户输入的字符，在终端不会显示出来，这些内容在串口应用编程章节给大家详细介绍过，这里就不再啰嗦！

1. /* 终端配置 */
   
2. tcgetattr(STDIN_FILENO, &old_cfg);        //获取终端<标准输入-标准输出构成了一套终端>
   
3. memcpy(&new_cfg, &old_cfg, sizeof(struct termios));//备份
   
4. new_cfg.c_lflag &= ~ICANON; //将终端设置为非规范模式
   
5. new_cfg.c_lflag &= ~ECHO;   //禁用回显
   
6. tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &new_cfg);//使配置生效

复制代码

接下来将数据写入环形缓冲区，开始播放。
取消SIGIO信号信号屏蔽。
最后进入for()循环中，通过getchar()读取用户输入的字符，用户输入q时退出程序，这里需要注意，退出程序时需要调用tcsetattr()将终端配置参数恢复到之前的状态，否则你的终端将可能会出现下面这种情况：

这个时候你就只能重启了。
用户输入空格暂停或恢复，调用snd_pcm_pause()实现暂停/恢复。
代码比较简单，笔者也就不再多说了！
编译示例代码
执行命令编译应用程序：

1. ${CC} -o testApp testApp.c -lasound

复制代码

测试应用程序
将编译得到的可执行文件拷贝到开发板Linux系统/home/root目录下，并准备一个WAV音频文件，接着我们执行测试程序：

图 29.8.2 运行测试程序

运行之后，开始播放音乐，此时我们可以通过空格键来暂停播放、再按空格键恢复播放，按q键退出程序，大家自己去测试。
Tips：本测试程序不能放在后台运行，一旦放入后台，程序将停止（不是终止、是暂停运行），因为这个程序在设计逻辑上就不符合放置在后台，因为程序中会读取用户从终端（标准输入）输入的字符，如果放入后台，那用户输入的字符就不可能被该程序所读取到，这是其一；其二，程序中修改了终端的配置。
29.8.2snd_pcm_readi/snd_pcm_writei错误处理
当snd_pcm_readi/snd_pcm_writei调用出错时，会返回一个小于0（负值）的错误码，可调用snd_strerror()函数获取对应的错误描述信息。前面的示例代码中我们并没有对snd_pcm_readi/snd_pcm_writei的错误返回做过多、细节的处理，而是简单地在出错之后退出。
事实上，当调用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei出错时，可根据不同的情况作进一步的处理，在alsa-lib文档中有介绍到，snd_pcm_readi/snd_pcm_writei函数的不同错误返回值，表示不同的含义，如下所示：

图 29.8.3 snd_pcm_writei函数的错误返回值描述

snd_pcm_readi()函数与它相同。
当返回值等于-EBADFD，表示PCM设备的状态不对，因为执行snd_pcm_readi/snd_pcm_writei读取/写入数据需要PCM设备处于SND_PCM_STATE_PREPARED或SND_PCM_STATE_RUNNING状态，前面已经详细地给大家介绍了PCM设备的状态间转换问题。
当返回值等于-EPIPE，表示发生了XRUN，此时可以怎么做呢？这个可以根据自己的实际需要进行处理，譬如调用snd_pcm_drop()停止PCM设备，或者调用snd_pcm_prepare()使设备恢复进入准备状态。
当返回值等于-ESTRPIPE，表示硬件发生了挂起，此时PCM设备处于SND_PCM_STATE_SUSPENDED状态，譬如你可以调用snd_pcm_resume()函数从挂起中精确恢复，如果硬件不支持，还可调用snd_pcm_prepare()函数使设备进入准备状态，或者执行其它的处理，根据应用需求的进行相应的处理。
以上给大家介绍了调用snd_pcm_readi/snd_pcm_writei函数出错时的一些情况以及可以采取的一些措施！
29.9混音器设置
前面给大家介绍了alsa-utils提供的两个声卡配置工具：alsamixer和amixer。这两个工具同样是基于alsa-lib库函数编写的，本小节我们来学习如何在自己的应用程序中通过调用alsa-lib库函数对声卡混音器进行配置，譬如音量调节。
混音器相关的接口在alsa-lib的Mixer Interface模块中有介绍，点击图 29.2.2中“Mixer Interface”可查看混音器相关接口的介绍，如下所示：

图 29.9.1 Mixer Interface模块

大家可以简单地浏览下该模块下提供了那些函数，点击函数名可以查看该函数的简单介绍信息。
29.9.1打开混音器：snd_mixer_open
在使用混音器之后，需要打开混音器，调用snd_mixer_open()函数打开一个空的混音器，其函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_open(snd_mixer_t **mixerp, int mode);

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alsa-lib使用snd_mixer_t数据结构描述混音器，调用snd_mixer_open()函数会实例化一个snd_mixer_t对象，并将对象的指针（也就是混音器的句柄）通过mixerp返回出来。参数mode指定了打开模式，通常设置为0使用默认模式即可！
函数调用成功返回0；失败返回一个小于0的错误码。
使用示例：

1. snd_mixer_t *mixer = NULL;
   
2. int ret;
   
3. 
   
4. ret = snd_mixer_open(&mixer, 0);
   
5. if (0 > ret)
   
6.         fprintf(stderr, "snd_mixer_open error: %s\n", snd_strerror(ret));

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29.9.2Attach关联设备：snd_mixer_attach
调用snd_mixer_open()函数打开并实例化了一个空的混音器，接下来我们要去关联声卡控制设备，调用snd_mixer_attach()函数进行关联，其函数原型如下所示：
int snd_mixer_attach(snd_mixer_t *mixer, const char *name);
参数mixer对应的是混音器的句柄，参数name指定了声卡控制设备的名字，同样这里使用的也是逻辑设备名，而非设备节点的名字，命名方式为"hw:i"，i表示声卡的卡号，通常一个声卡对应一个控制设备；譬如"hw:0"表示声卡0的控制设备，这其实就对应/dev/snd/controlC0设备。与snd_pcm_open()函数中PCM设备的命名一样，snd_mixer_attach()函数中声卡控制设备的命名也有其它方式，这里暂时先不管这个问题。
调用snd_mixer_open()函数会将参数name所指定的控制设备与混音器mixer进行关联。
函数调用成功返回0；失败返回一个小于0的错误码。
使用示例：

1. ret = snd_mixer_attach(mixer, "hw:0");
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_mixer_attach error: %s\n", snd_strerror(ret));

复制代码

29.9.3注册：snd_mixer_selem_register
调用snd_mixer_selem_register()函数注册混音器，其函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_selem_register(
   
2.         snd_mixer_t *mixer,
   
3.         struct snd_mixer_selem_regopt *options,
   
4.         snd_mixer_class_t **classp);

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参数options和参数classp直接设置为NULL即可。
函数调用成功返回0；失败返回一个小于0的错误码。
使用示例：

1. ret = snd_mixer_selem_register(mixer, NULL, NULL);
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_mixer_selem_register error: %s\n", snd_strerror(ret));

复制代码

29.9.4加载：snd_mixer_load
最后需要加载混音器，调用snd_mixer_load()函数完成加载，函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_load(snd_mixer_t * mixer);

复制代码

函数调用成功返回0；失败返回小于0的错误码。
使用示例：

1. ret = snd_mixer_load(mixer);
   
2. if (0 > ret)
   
3.         fprintf(stderr, "snd_mixer_load error: %s\n", snd_strerror(ret));

复制代码

29.9.5查找元素
经过上面一系列步骤之后，接下来就可以使用混音器了，alsa-lib中把混音器的配置项称为元素（element），譬如耳机音量调节Headphone是一个元素、'Headphone Playback ZC'是一个元素、'Right Output Mixer PCM'也是一个元素。

1. snd_mixer_first_elem和snd_mixer_last_elem

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alsa-lib使用数据结构snd_mixer_elem_t来描述一个元素，所以一个snd_mixer_elem_t对象就是一个元素。混音器有很多的元素（也就是有很多配置项），通过snd_mixer_first_elem()函数可以找到混音器的第一个元素，其函数原型如下所示：

1. snd_mixer_elem_t *snd_mixer_first_elem(snd_mixer_t *mixer);

复制代码

通过snd_mixer_last_elem()函数可找到混音器的最后一个元素，如下：

1. snd_mixer_elem_t *snd_mixer_last_elem(snd_mixer_t *mixer);

复制代码

snd_mixer_elem_next和snd_mixer_elem_prev
调用snd_mixer_elem_next()和snd_mixer_elem_prev()函数可获取指定元素的下一个元素和上一个元素：

1. snd_mixer_elem_t *snd_mixer_elem_next(snd_mixer_elem_t *elem);
   
2. snd_mixer_elem_t *snd_mixer_elem_prev(snd_mixer_elem_t *elem);

复制代码

所以通过snd_mixer_first_elem和snd_mixer_elem_next()或者snd_mixer_last_elem()和snd_mixer_elem_prev()就可以遍历整个混音器中的所有元素，如下所示：

1. snd_mixer_elem_t *elem = NULL;
   
2. 
   
3. elem = snd_mixer_first_elem(mixer);//找到第一个元素
   
4. while (elem) {
   
5. 
   
6.         ......
   
7.         ......
   
8. 
   
9.         snd_mixer_elem_next(elem);        //找到下一个元素
   
10. }
    
11. snd_mixer_selem_get_name

复制代码

调用snd_mixer_selem_get_name()函数可获取指定元素的名字，如下所示：

1. const char *snd_mixer_selem_get_name(snd_mixer_elem_t *elem);

复制代码

获取元素的名字之后，进行对比，以确定是否是我们要找的元素：

1. const char *name = snd_mixer_selem_get_name(elem);
   
2. if (!strcmp(name, "Headphone")) {
   
3.         //该配置项是"Headphone"
   
4. }
   
5. else {
   
6.         //该配置项不是"Headphone"
   
7. }

复制代码

29.9.6获取/更改元素的配置值
前面给大家提到了混音器的配置值有两种类型，第一种它的配置值是在一个范围内的数值，譬如音量大小的调节；另一种则是bool类型，用于控制开启或关闭，譬如0表示关闭配置、1表示使能配置。

1. snd_mixer_selem_has_playback_volume/snd_mixer_selem_has_capture_volume

复制代码

我们可以调用snd_mixer_selem_has_playback_volume（播放）或snd_mixer_selem_has_capture_volume（录音）函数来判断一个指定元素的配置值是否是volume类型，也就是上面说的第一种情况。函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_selem_has_playback_volume(snd_mixer_elem_t *elem);
   
2. int snd_mixer_selem_has_capture_volume(snd_mixer_elem_t *elem);

复制代码

函数返回0表示不是volume类型；返回1表示是volume类型。

1. snd_mixer_selem_has_playback_switch/snd_mixer_selem_has_capture_switch

复制代码

调用snd_mixer_selem_has_playback_switch（播放）snd_mixer_selem_has_capture_switch（录音）函数判断一个指定元素的配置值是否是switch类型，也就是上面说的第二种情况。函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_selem_has_playback_switch(snd_mixer_elem_t *elem);
   
2. int snd_mixer_selem_has_capture_switch(snd_mixer_elem_t *elem);

复制代码

函数返回0表示不是switch类型；返回1表示是switch类型。

1. snd_mixer_selem_has_playback_channel/snd_mixer_selem_has_capture_channel

复制代码

通过snd_mixer_selem_has_playback_channel（播放）或snd_mixer_selem_has_capture_channel（录音）函数可判断指定元素是否包含指定通道，其函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_selem_has_playback_channel(
   
2.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
3.         snd_mixer_selem_channel_id_t channel
   
4. );
   
5. 
   
6. int snd_mixer_selem_has_capture_channel(
   
7.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
8.         snd_mixer_selem_channel_id_t channel
   
9. );

复制代码

参数channel用于指定一个通道，snd_mixer_selem_channel_id_t是一个枚举类型，如下所示：

1. enum snd_mixer_selem_channel_id_t {
   
2.         SND_MIXER_SCHN_UNKNOWN = -1,
   
3.         SND_MIXER_SCHN_FRONT_LEFT = 0,                        //左前
   
4.         SND_MIXER_SCHN_FRONT_RIGHT,                        //右前
   
5.         SND_MIXER_SCHN_REAR_LEFT,                                //左后
   
6.         SND_MIXER_SCHN_REAR_RIGHT,                                //右后
   
7.         SND_MIXER_SCHN_FRONT_CENTER,                        //前中
   
8.         SND_MIXER_SCHN_WOOFER,                                        //低音喇叭
   
9.         SND_MIXER_SCHN_SIDE_LEFT,                                //左侧
   
10.         SND_MIXER_SCHN_SIDE_RIGHT,                                //右侧
    
11.         SND_MIXER_SCHN_REAR_CENTER,                        //后中
    
12.         SND_MIXER_SCHN_LAST = 31,
    
13.         SND_MIXER_SCHN_MONO = SND_MIXER_SCHN_FRONT_LEFT        //单声道
    
14. };

复制代码

如果元素是双声道元素，通常只包含左前（SND_MIXER_SCHN_FRONT_LEFT）和右前（SND_MIXER_SCHN_FRONT_RIGHT）两个声道。如果是单声道设备，通常只包含SND_MIXER_SCHN_MONO，其数值等于

1. SND_MIXER_SCHN_FRONT_LEFT。

复制代码

可以调用snd_mixer_selem_is_playback_mono（播放）或snd_mixer_selem_is_capture_mono（录音）函数判断一个指定的元素是否是单声道元素，其函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_selem_is_playback_mono(snd_mixer_elem_t *elem);
   
2. int snd_mixer_selem_is_capture_mono(snd_mixer_elem_t *elem);
   
3. snd_mixer_selem_get_playback_volume/snd_mixer_selem_get_capture_volume

复制代码

调用snd_mixer_selem_get_playback_volume（播放）或snd_mixer_selem_get_capture_volume（录音）获取指定元素的音量大小，其函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_selem_get_playback_volume(
   
2.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
3.         snd_mixer_selem_channel_id_t channel,
   
4.         long *value
   
5. );
   
6. 
   
7. int snd_mixer_selem_get_capture_volume(
   
8.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
9.         snd_mixer_selem_channel_id_t channel,
   
10.         long *value
    
11. );

复制代码

参数elem指定对应的元素，参数channel指定该元素的某个声道。调用snd_mixer_selem_get_playback_volume()函数可获取elem元素的channel声道对应的音量大小，并将获取到的音量值通过value返回出来。
函数调用成功返回0，失败返回一个小于0的错误码。
譬如，获取左前声道的音量（播放）：

1. long value;
   
2. 
   
3. snd_mixer_selem_get_playback_volume(elem, SND_MIXER_SCHN_FRONT_LEFT, &value);
   
4. snd_mixer_selem_set_playback_volume/snd_mixer_selem_set_capture_volume

复制代码

设置指定元素的音量值，其函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_selem_set_playback_volume(
   
2.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
3.         snd_mixer_selem_channel_id_t channel,
   
4.         long value
   
5. );
   
6. 
   
7. int snd_mixer_selem_set_capture_volume(
   
8.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
9.         snd_mixer_selem_channel_id_t channel,
   
10.         long value
    
11. );

复制代码

调用snd_mixer_selem_set_playback_volume（播放）或snd_mixer_selem_set_capture_volume（录音）设置元素的某个声道的音量，参数elem指定元素、参数channel指定该元素的某个声道，参数value指定音量值。
调用snd_mixer_selem_set_playback_volume_all/snd_mixer_selem_set_capture_volume_all可一次性设置指定元素所有声道的音量，函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_selem_set_playback_volume_all(
   
2.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
3.         long value
   
4. );
   
5. 
   
6. int snd_mixer_selem_set_capture_volume_all(
   
7.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
8.         long value
   
9. );

复制代码

snd_mixer_selem_get_playback_volume_range/snd_mixer_selem_get_capture_volume_range
获取指定元素的音量范围，其函数原型如下所示：

1. int snd_mixer_selem_get_playback_volume_range(
   
2.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
3.         long *min,
   
4.         long *max
   
5. );
   
6. 
   
7. int snd_mixer_selem_get_capture_volume_range(
   
8.         snd_mixer_elem_t *elem,
   
9.         long *min,
   
10.         long *max
    
11. );

复制代码

29.9.7示例程序
本小节我们将对示例代码 29.7.1进行修改，添加音量控制，示例代码如下所示：
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->29_alsa-lib->pcm_playback_mixer.c。
示例代码 29.9.1 PCM播放示例程序（加入状态控制）

1. /***************************************************************
   
2. Copyright &#169; ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2021. All rights reserved.
   
3. 文件名 : pcm_playback_mixer.c
   
4. 作者 : 邓涛
   
5. 版本 : V1.0
   
6. 描述 : 一个简单地PCM播放示例代码--使用异步方式、加入混音器设置
   
7. 其他 : 无
   
8. 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
   
9. 日志 : 初版 V1.0 2021/7/20 邓涛创建
   
10. ***************************************************************/
    
11. 
    
12. #include <stdio.h>
    
13. #include <stdlib.h>
    
14. #include <errno.h>
    
15. #include <string.h>
    
16. #include <termios.h>
    
17. #include <signal.h>
    
18. #include <alsa/asoundlib.h>
    
19. 
    
20. /************************************
    
21. 宏定义
    
22. ************************************/
    
23. #define PCM_PLAYBACK_DEV    "hw:0,0"
    
24. #define MIXER_DEV           "hw:0"
    
25. 
    
26. /************************************
    
27. WAV音频文件解析相关数据结构申明
    
28. ************************************/
    
29. typedef struct WAV_RIFF {
    
30.     char ChunkID[4];                        /* "RIFF" */
    
31.     u_int32_t ChunkSize;                    /* 从下一个地址开始到文件末尾的总字节数 */
    
32.     char Format[4];                         /* "WAVE" */
    
33. } __attribute__ ((packed)) RIFF_t;
    
34. 
    
35. typedef struct WAV_FMT {
    
36.     char Subchunk1ID[4];                     /* "fmt " */
    
37.     u_int32_t Subchunk1Size;                  /* 16 for PCM */
    
38.     u_int16_t AudioFormat;                    /* PCM = 1*/
    
39.     u_int16_t NumChannels;                   /* Mono = 1, Stereo = 2, etc. */
    
40.     u_int32_t SampleRate;                     /* 8000, 44100, etc. */
    
41.     u_int32_t ByteRate;                       /* = SampleRate * NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
42.     u_int16_t BlockAlign;                     /* = NumChannels * BitsPerSample/8 */
    
43.     u_int16_t BitsPerSample;                  /* 8bits, 16bits, etc. */
    
44. } __attribute__ ((packed)) FMT_t;
    
45. static FMT_t wav_fmt;
    
46. 
    
47. typedef struct WAV_DATA {
    
48.     char Subchunk2ID[4];                     /* "data" */
    
49.     u_int32_t Subchunk2Size;                  /* data size */
    
50. } __attribute__ ((packed)) DATA_t;
    
51. 
    
52. /************************************
    
53. static静态全局变量定义
    
54. ************************************/
    
55. static snd_pcm_t *pcm = NULL;                           //pcm句柄
    
56. static snd_mixer_t *mixer = NULL;                          //混音器句柄
    
57. static snd_mixer_elem_t *playback_vol_elem = NULL;         //播放<音量控制>元素
    
58. static unsigned int buf_bytes;                              //应用程序缓冲区的大小（字节为单位）
    
59. static void *buf = NULL;                                //指向应用程序缓冲区的指针
    
60. static int fd = -1;                                         //指向WAV音频文件的文件描述符
    
61. static snd_pcm_uframes_t period_size = 1024;                //周期大小（单位: 帧）
    
62. static unsigned int periods = 16;                           //周期数（设备驱动层buffer的大小）
    
63. static struct termios old_cfg;                              //用于保存终端当前的配置参数
    
64. 
    
65. /************************************
    
66. static静态函数
    
67. ************************************/
    
68. static void snd_playback_async_callback(snd_async_handler_t *handler)
    
69. {
    
70.     snd_pcm_t *handle = snd_async_handler_get_pcm(handler);//获取PCM句柄
    
71.     snd_pcm_sframes_t avail;
    
72.     int ret;
    
73. 
    
74.     avail = snd_pcm_avail_update(handle);//获取环形缓冲区中有多少帧数据需要填充
    
75.     while (avail >= period_size) {  //我们一次写入一个周期
    
76. 
    
77.         memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
    
78.         ret = read(fd, buf, buf_bytes);
    
79.         if (0 >= ret)
    
80.             goto out;
    
81. 
    
82.         ret = snd_pcm_writei(handle, buf, period_size);
    
83.         if (0 > ret) {
    
84.             fprintf(stderr, "snd_pcm_writei error: %s\n", snd_strerror(ret));
    
85.             goto out;
    
86.         }
    
87.         else if (ret < period_size) {//实际写入的帧数小于指定的帧数
    
88.             //此时我们需要调整下音频文件的读位置
    
89.             //将读位置向后移动（往回移）(period_size-ret)*frame_bytes个字节
    
90.             //frame_bytes表示一帧的字节大小
    
91.             if (0 > lseek(fd, (ret-period_size) * wav_fmt.BlockAlign, SEEK_CUR)) {
    
92.                 perror("lseek error");
    
93.                 goto out;
    
94.             }
    
95.         }
    
96. 
    
97.         avail = snd_pcm_avail_update(handle);   //再次获取、更新avail
    
98.     }
    
99. 
    
100.     return;
     
101. out:
     
102.     snd_pcm_drain(pcm); //停止PCM
     
103.     snd_mixer_close(mixer); //关闭混音器
     
104.     snd_pcm_close(handle); //关闭pcm设备
     
105.     tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &old_cfg); //退出前恢复终端的状态
     
106.     free(buf);
     
107.     close(fd);      //关闭打开的音频文件
     
108.     exit(EXIT_FAILURE); //退出程序
     
109. }
     
110. 
     
111. static int snd_pcm_init(void)
     
112. {
     
113.     snd_pcm_hw_params_t *hwparams = NULL;
     
114.     snd_async_handler_t *async_handler = NULL;
     
115.     int ret;
     
116. 
     
117.     /* 打开PCM设备 */
     
118.     ret = snd_pcm_open(&pcm, PCM_PLAYBACK_DEV, SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);
     
119.     if (0 > ret) {
     
120.         fprintf(stderr, "snd_pcm_open error: %s: %s\n",
     
121.                     PCM_PLAYBACK_DEV, snd_strerror(ret));
     
122.         return -1;
     
123.     }
     
124. 
     
125.     /* 实例化hwparams对象 */
     
126.     snd_pcm_hw_params_malloc(&hwparams);
     
127. 
     
128.     /* 获取PCM设备当前硬件配置,对hwparams进行初始化 */
     
129.     ret = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams);
     
130.     if (0 > ret) {
     
131.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_any error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
132.         goto err2;
     
133.     }
     
134. 
     
135.     /**************
     
136.      设置参数
     
137.     ***************/
     
138.     /* 设置访问类型: 交错模式 */
     
139.     ret = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
     
140.     if (0 > ret) {
     
141.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_access error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
142.         goto err2;
     
143.     }
     
144. 
     
145.     /* 设置数据格式: 有符号16位、小端模式 */
     
146.     ret = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
     
147.     if (0 > ret) {
     
148.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_format error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
149.         goto err2;
     
150.     }
     
151. 
     
152.     /* 设置采样率 */
     
153.     ret = snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm, hwparams, wav_fmt.SampleRate, 0);
     
154.     if (0 > ret) {
     
155.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_rate error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
156.         goto err2;
     
157.     }
     
158. 
     
159.     /* 设置声道数: 双声道 */
     
160.     ret = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams, wav_fmt.NumChannels);
     
161.     if (0 > ret) {
     
162.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_channels error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
163.         goto err2;
     
164.     }
     
165. 
     
166.     /* 设置周期大小: period_size */
     
167.     ret = snd_pcm_hw_params_set_period_size(pcm, hwparams, period_size, 0);
     
168.     if (0 > ret) {
     
169.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_period_size error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
170.         goto err2;
     
171.     }
     
172. 
     
173.     /* 设置周期数（驱动层环形缓冲区buffer的大小）: periods */
     
174.     ret = snd_pcm_hw_params_set_periods(pcm, hwparams, periods, 0);
     
175.     if (0 > ret) {
     
176.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params_set_periods error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
177.         goto err2;
     
178.     }
     
179. 
     
180.     /* 使配置生效 */
     
181.     ret = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams);
     
182.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放hwparams对象占用的内存
     
183.     if (0 > ret) {
     
184.         fprintf(stderr, "snd_pcm_hw_params error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
185.         goto err1;
     
186.     }
     
187. 
     
188.     buf_bytes = period_size * wav_fmt.BlockAlign; //变量赋值，一个周期的字节大小
     
189. 
     
190.     /* 注册异步处理函数 */
     
191.     ret = snd_async_add_pcm_handler(&async_handler, pcm, snd_playback_async_callback, NULL);
     
192.     if (0 > ret) {
     
193.         fprintf(stderr, "snd_async_add_pcm_handler error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
194.         goto err1;
     
195.     }
     
196. 
     
197.     return 0;
     
198. 
     
199. err2:
     
200.     snd_pcm_hw_params_free(hwparams);   //释放内存
     
201. err1:
     
202.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
203.     return -1;
     
204. }
     
205. 
     
206. static int snd_mixer_init(void)
     
207. {
     
208.     snd_mixer_elem_t *elem = NULL;
     
209.     const char *elem_name;
     
210.     long minvol, maxvol;
     
211.     int ret;
     
212. 
     
213.     /* 打开混音器 */
     
214.     ret = snd_mixer_open(&mixer, 0);
     
215.     if (0 > ret) {
     
216.         fprintf(stderr, "snd_mixer_open error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
217.         return -1;
     
218.     }
     
219. 
     
220.     /* 关联一个声卡控制设备 */
     
221.     ret = snd_mixer_attach(mixer, MIXER_DEV);
     
222.     if (0 > ret) {
     
223.         fprintf(stderr, "snd_mixer_attach error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
224.         goto err;
     
225.     }
     
226. 
     
227.     /* 注册混音器 */
     
228.     ret = snd_mixer_selem_register(mixer, NULL, NULL);
     
229.     if (0 > ret) {
     
230.         fprintf(stderr, "snd_mixer_selem_register error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
231.         goto err;
     
232.     }
     
233. 
     
234.     /* 加载混音器 */
     
235.     ret = snd_mixer_load(mixer);
     
236.     if (0 > ret) {
     
237.         fprintf(stderr, "snd_mixer_load error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
238.         goto err;
     
239.     }
     
240. 
     
241.     /* 遍历混音器中的元素 */
     
242.     elem = snd_mixer_first_elem(mixer);//找到第一个元素
     
243.     while (elem) {
     
244. 
     
245.         elem_name = snd_mixer_selem_get_name(elem);//获取元素的名称
     
246.         /* 针对开发板出厂系统：WM8960声卡设备 */
     
247.         if(!strcmp("Speaker", elem_name) ||  //耳机音量<对喇叭外音输出有效>
     
248.            !strcmp("Headphone", elem_name) ||//喇叭音量<对耳机输出有效>
     
249.            !strcmp("Playback", elem_name)) {//播放音量<总的音量控制，对喇叭和耳机输出都有效>
     
250.             if (snd_mixer_selem_has_playback_volume(elem)) {//是否是音量控制元素
     
251.                 snd_mixer_selem_get_playback_volume_range(elem, &minvol, &maxvol);//获取音量可设置范围
     
252.                 snd_mixer_selem_set_playback_volume_all(elem, (maxvol-minvol)*0.9 + minvol);//全部设置为90%
     
253. 
     
254.                 if (!strcmp("Playback", elem_name))
     
255.                     playback_vol_elem = elem;
     
256.             }
     
257.         }
     
258. 
     
259.         elem = snd_mixer_elem_next(elem);
     
260.     }
     
261. 
     
262.     return 0;
     
263. 
     
264. err:
     
265.     snd_mixer_close(mixer);
     
266.     return -1;
     
267. }
     
268. 
     
269. static int open_wav_file(const char *file)
     
270. {
     
271.     RIFF_t wav_riff;
     
272.     DATA_t wav_data;
     
273.     int ret;
     
274. 
     
275.     fd = open(file, O_RDONLY);
     
276.     if (0 > fd) {
     
277.         fprintf(stderr, "open error: %s: %s\n", file, strerror(errno));
     
278.         return -1;
     
279.     }
     
280. 
     
281.     /* 读取RIFF chunk */
     
282.     ret = read(fd, &wav_riff, sizeof(RIFF_t));
     
283.     if (sizeof(RIFF_t) != ret) {
     
284.         if (0 > ret)
     
285.             perror("read error");
     
286.         else
     
287.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
288.         close(fd);
     
289.         return -1;
     
290.     }
     
291. 
     
292.     if (strncmp("RIFF", wav_riff.ChunkID, 4) ||//校验
     
293.         strncmp("WAVE", wav_riff.Format, 4)) {
     
294.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
295.         close(fd);
     
296.         return -1;
     
297.     }
     
298. 
     
299.     /* 读取sub-chunk-fmt */
     
300.     ret = read(fd, &wav_fmt, sizeof(FMT_t));
     
301.     if (sizeof(FMT_t) != ret) {
     
302.         if (0 > ret)
     
303.             perror("read error");
     
304.         else
     
305.             fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
306.         close(fd);
     
307.         return -1;
     
308.     }
     
309. 
     
310.     if (strncmp("fmt ", wav_fmt.Subchunk1ID, 4)) {//校验
     
311.         fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
312.         close(fd);
     
313.         return -1;
     
314.     }
     
315. 
     
316.     /* 打印音频文件的信息 */
     
317.     printf("<<<<音频文件格式信息>>>>\n\n");
     
318.     printf("  file name:     %s\n", file);
     
319.     printf("  Subchunk1Size: %u\n", wav_fmt.Subchunk1Size);
     
320.     printf("  AudioFormat:   %u\n", wav_fmt.AudioFormat);
     
321.     printf("  NumChannels:   %u\n", wav_fmt.NumChannels);
     
322.     printf("  SampleRate:    %u\n", wav_fmt.SampleRate);
     
323.     printf("  ByteRate:      %u\n", wav_fmt.ByteRate);
     
324.     printf("  BlockAlign:    %u\n", wav_fmt.BlockAlign);
     
325.     printf("  BitsPerSample: %u\n\n", wav_fmt.BitsPerSample);
     
326. 
     
327.     /* sub-chunk-data */
     
328.     if (0 > lseek(fd, sizeof(RIFF_t) + 8 + wav_fmt.Subchunk1Size,
     
329.                 SEEK_SET)) {
     
330.         perror("lseek error");
     
331.         close(fd);
     
332.         return -1;
     
333.     }
     
334. 
     
335.     while(sizeof(DATA_t) == read(fd, &wav_data, sizeof(DATA_t))) {
     
336. 
     
337.         /* 找到sub-chunk-data */
     
338.         if (!strncmp("data", wav_data.Subchunk2ID, 4))//校验
     
339.             return 0;
     
340. 
     
341.         if (0 > lseek(fd, wav_data.Subchunk2Size, SEEK_CUR)) {
     
342.             perror("lseek error");
     
343.             close(fd);
     
344.             return -1;
     
345.         }
     
346.     }
     
347. 
     
348.     fprintf(stderr, "check error: %s\n", file);
     
349.     return -1;
     
350. }
     
351. 
     
352. static void show_help(void)
     
353. {
     
354.     printf("<<<<<<<基于alsa-lib音乐播放器>>>>>>>>>\n\n"
     
355.            "操作菜单:\n"
     
356.            "  q             退出程序\n"
     
357.            "  space<空格>   暂停播放/恢复播放\n"
     
358.            "  w             音量增加++\n"
     
359.            "  s             音量减小--\n\n");
     
360. }
     
361. 
     
362. /************************************
     
363. main主函数
     
364. ************************************/
     
365. int main(int argc, char *argv[])
     
366. {
     
367.     snd_pcm_sframes_t avail;
     
368.     struct termios new_cfg;
     
369.     sigset_t sset;
     
370.     int ret;
     
371. 
     
372.     if (2 != argc) {
     
373.         fprintf(stderr, "Usage: %s <audio_file>\n", argv[0]);
     
374.         exit(EXIT_FAILURE);
     
375.     }
     
376. 
     
377.     /* 屏蔽SIGIO信号 */
     
378.     sigemptyset(&sset);
     
379.     sigaddset(&sset, SIGIO);
     
380.     sigprocmask(SIG_BLOCK, &sset, NULL);
     
381. 
     
382.     /* 打开WAV音频文件 */
     
383.     if (open_wav_file(argv[1]))
     
384.         exit(EXIT_FAILURE);
     
385. 
     
386.     /* 初始化PCM Playback设备 */
     
387.     if (snd_pcm_init())
     
388.         goto err1;
     
389. 
     
390.     /* 初始化混音器 */
     
391.     if (snd_mixer_init())
     
392.         goto err2;
     
393. 
     
394.     /* 申请读缓冲区 */
     
395.     buf = malloc(buf_bytes);
     
396.     if (NULL == buf) {
     
397.         perror("malloc error");
     
398.         goto err3;
     
399.     }
     
400. 
     
401.     /* 终端配置 */
     
402.     tcgetattr(STDIN_FILENO, &old_cfg);  //获取终端<标准输入-标准输出构成了一套终端>
     
403.     memcpy(&new_cfg, &old_cfg, sizeof(struct termios));//备份
     
404.     new_cfg.c_lflag &= ~ICANON; //将终端设置为非规范模式
     
405.     new_cfg.c_lflag &= ~ECHO;   //禁用回显
     
406.     tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &new_cfg);//使配置生效
     
407. 
     
408.     /* 播放：先将环形缓冲区填满数据 */
     
409.     avail = snd_pcm_avail_update(pcm);  //获取环形缓冲区中有多少帧数据需要填充
     
410.     while (avail >= period_size) {  //我们一次写入一个周期
     
411. 
     
412.         memset(buf, 0x00, buf_bytes);   //buf清零
     
413.         ret = read(fd, buf, buf_bytes);
     
414.         if (0 >= ret)
     
415.             goto err4;
     
416. 
     
417.         ret = snd_pcm_writei(pcm, buf, period_size);//向环形缓冲区中写入数据
     
418.         if (0 > ret) {
     
419.             fprintf(stderr, "snd_pcm_writei error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
420.             goto err4;
     
421.         }
     
422.         else if (ret < period_size) {//实际写入的帧数小于指定的帧数
     
423.             //此时我们需要调整下音频文件的读位置
     
424.             //将读位置向后移动（往回移）(period_size-ret)*frame_bytes个字节
     
425.             //frame_bytes表示一帧的字节大小
     
426.             if (0 > lseek(fd, (ret-period_size) * wav_fmt.BlockAlign, SEEK_CUR)) {
     
427.                 perror("lseek error");
     
428.                 goto err4;
     
429.             }
     
430.         }
     
431. 
     
432.         avail = snd_pcm_avail_update(pcm);  //再次获取、更新avail
     
433.     }
     
434. 
     
435.     sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &sset, NULL);  //取消SIGIO信号屏蔽
     
436. 
     
437.     /* 显示帮助信息 */
     
438.     show_help();
     
439. 
     
440.     /* 等待获取用户输入 */
     
441.     char ch;
     
442.     long vol;
     
443.     for ( ; ; ) {
     
444. 
     
445.         ch = getchar(); //获取用户输入的控制字符
     
446.         switch (ch) {
     
447.         case 'q':   //Q键退出程序
     
448.             sigprocmask(SIG_BLOCK, &sset, NULL);//屏蔽SIGIO信号
     
449.             goto err4;
     
450.         case ' ':   //空格暂停/恢复
     
451.             switch (snd_pcm_state(pcm)) {
     
452. 
     
453.             case SND_PCM_STATE_PAUSED:  //如果是暂停状态则恢复运行
     
454.                 ret = snd_pcm_pause(pcm, 0);
     
455.                 if (0 > ret)
     
456.                     fprintf(stderr, "snd_pcm_pause error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
457.                 break;
     
458.             case SND_PCM_STATE_RUNNING: //如果是运行状态则暂停
     
459.                 ret = snd_pcm_pause(pcm, 1);
     
460.                 if (0 > ret)
     
461.                     fprintf(stderr, "snd_pcm_pause error: %s\n", snd_strerror(ret));
     
462.                 break;
     
463.             }
     
464.             break;
     
465.         case 'w':           //音量增加
     
466.             if (playback_vol_elem) {
     
467.                 //获取音量
     
468.                 snd_mixer_selem_get_playback_volume(playback_vol_elem,
     
469.                         SND_MIXER_SCHN_FRONT_LEFT, &vol);
     
470.                 vol++;
     
471.                 //设置音量
     
472.                 snd_mixer_selem_set_playback_volume_all(playback_vol_elem, vol);
     
473.             }
     
474.             break;
     
475.         case 's':           //音量降低
     
476.             if (playback_vol_elem) {
     
477.                 //获取音量
     
478.                 snd_mixer_selem_get_playback_volume(playback_vol_elem,
     
479.                         SND_MIXER_SCHN_FRONT_LEFT, &vol);
     
480.                 vol--;
     
481.                 //设置音量
     
482.                 snd_mixer_selem_set_playback_volume_all(playback_vol_elem, vol);
     
483.             }
     
484.             break;
     
485.         }
     
486.     }
     
487. 
     
488. err4:
     
489.     snd_pcm_drop(pcm); //停止PCM
     
490.     tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &old_cfg); //退出前恢复终端的状态
     
491.     free(buf);     //释放内存
     
492. err3:
     
493.     snd_mixer_close(mixer); //关闭混音器
     
494. err2:
     
495.     snd_pcm_close(pcm); //关闭pcm设备
     
496. err1:
     
497.     close(fd);      //关闭打开的音频文件
     
498.     exit(EXIT_FAILURE);
     
499. }

复制代码

main()函数中调用了自定义函数snd_mixer_init()对声卡混音器进行了初始化，snd_mixer_init()函数中做的事情，也就是上面给大家所介绍的流程：首先打开一个空的混音器、attach关联一个声卡控制设备、注册混音器、加载混音器，整个这一套操作完成之后，就可以去使用混音器了；查找混音器中的元素，对元素进行配置。
在snd_mixer_init()函数中，我们对WM8960声卡的"Speaker"元素（喇叭输出音量）、"Headphone"元素（耳机输出音量）以及"layback"元素（播放音量）进行了配置，将它们都设置为90%；之后将"layback"元素的句柄赋值给全局静态变量playback_vol_elem。
回到main()函数，在for循环中，获取用户输入的控制字符，在这里我们添加了w和s，当用户按下w键时增加音量、按下s键时降低音量，这里控制的音量是WM8960的"layback"音量（播放音量）。
编译应用程序
编译上述示例代码：

1. ${CC} -o testApp testApp.c -lasound

复制代码

图 29.9.2 编译示例代码

测试应用程序
将编译得到的可执行文件拷贝到开发板Linux系统的/home/root目录下，准备一个WAV格式的音频文件，执行测试程序：

1. ./testApp ./EXO-Overdose.wav

复制代码

图 29.9.3 执行测试程序

命令执行之后会显示操作方式，大家可以根据提示自己测试！
29.10回环测试例程
alsa-utils提供了一个用于回环测试的工具alsaloop，可以实现边录音、边播放，该程序用法比较简单，执行"alsaloop --help"可以查看alsaloop测试程序的使用帮助信息，如下所示：

图 29.10.1 alsaloop工具使用帮助信息

譬如直接运行"alsaloop -t 1000"可以进行测试，大家可以自己亲自测试下。
回环测试原理上很简单，录制音频、然后再播放出来，但是事实上并不如此，还需要考虑到很多的因素，因为对于录音和播放来说，录制一个周期和播放一个周期，硬件上处理这一个周期所花费的时间并不相同，一个是ADC过程、而一个是DAC过程，所以往往很容易出现XRUN，所以如何有效合理地设计你的应用程序将变得很重要、以最大限度降低XRUN情况的发生。
笔者测试过alsaloop工具，虽然也会出现XRUN，但比较少；如果对此有兴趣的读者，可以参考alsaloop程序的源代码，直接下载alsa-util源码包，在alsa-util源码包中就可以找到alsaloop程序的源码，如下所示：

图 29.10.2 alsaloop源码

除了alsaloop的源码之外，还包括前面所介绍的aplay、alsamixer、amixer、alsactl等这些工具的源码都在这里，有兴趣的读者可以看看。
29.11总结
本章我们学习了Linux下的音频应用编程，应用程序基于alsa-lib库实现播放、录音等功能，本章并没有做过多深入的学习，仅仅只是给大家介绍了alsa-lib库函数中一些基本的API接口，其中还有绝大部分的接口并没有给大家介绍，如果大家有兴趣，可以自己深入研究、学习！
本小节我们来聊一聊ALSA插件。
29.11.1ALSA插件（plugin）
ALSA提供了一些PCM插件，以扩展PCM设备的功能和特性，插件负责各种样本转换、通道之间的样本复制等。
调用snd_pcm_open()函数时，需要填写PCM设备名，alsa-lib库使用逻辑设备名而不是设备节点名。前面编写的示例程序中，我们使用了"hw:i,j"这种格式的名字，这其实指定的是一个名为hw的插件，而冒号后面的两个数字i和j表示两个参数，也就是使用该插件时传入的两个参数（第一个参数表示声卡号，第二个参数表示设备号）。
开发板Linux系统的/usr/share/alsa/目录下有一个名为alsa.conf的文件，如下所示：

图 29.11.1 alsa.conf文件

该文件是alsa-lib库的配置文件，调用snd_pcm_open()函数时会加载/usr/share/alsa/alsa.conf文件并解析，从上图中可知，/usr/share/alsa/alsa.conf文件中会加载并解析/etc/asound.conf和~/.asoundrc这两个配置文件，在我们的开发板出厂系统中，有/etc/asound.conf配置文件、但并没有~/.asoundrc文件。
/usr/share/alsa/alsa.conf配置文件作为alsa-lib库函数的主要入口点，对alsa-lib进行了配置并定义了一些基本、通用的PCM插件；而.asoundrc和asound.conf文件的引入提供用户定制化需求，用户可以在这两个文件中根据自己的需求定义插件。
关于插件的定义以及相关的解释说明，大家可以参考以下两份ALSA提供的文档：
https://www.alsa-project.org/main/index.php/Asoundrc
https://www.alsa-project.org/alsa-doc/alsa-lib/pcm_plugins.html
譬如开发板出厂系统/etc/asound.conf文件中定义很多的PCM插件，如下所示：

图 29.11.2 /etc/asound.conf文件中定义的插件

上图中的每一个pcm.name { }就定义了一个插件，name表示插件的名字，譬如dmix_48000、dmix_44100、dmix_32000等；而点号前面的pcm表示name是一个PCM插件，用于PCM设备；中括号{ }里边的内容则是对插件的属性定义。
中括号{ }中，type字段指定了插件的类型，alsa-lib支持多种不同的插件类型，譬如hw、plughw、mmap_emul、shm、linear、plug、multi、share、dmix、dsnoop、softvol等等，不同的类型的插件支持不同的功能、特性，下面给大家简单地进行介绍。
hw插件
该插件直接与ALSA内核驱动程序通信，这是一种没有任何转换的原始通信。应用程序调用alsa-lib库函数直接操作了底层音频硬件设置，譬如对PCM设备的配置、直接作用于硬件。
plughw插件
该插件能够提供诸如采样率转换这样的软件特性，硬件本身并不支持这样的特性。譬如，应用程序播放的音频文件是48000采样率，但是底层音频硬件本身并不支持这种采样率，所以调用snd_pcm_hw_params_set_rate()函数将PCM设备的采样率设置为48000时会导致错误！
这时可以使用plughw插件，它支持采样率转换这样的软件特性。
dmix插件
该支持混音，将多个应用程序的音频数据进行混合。
softvol插件
支持软件音量。
关于这些插件更加的详细地介绍说明，请查看ALSA提供的文档。

watsonxia

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