从零写一个ALSA声卡驱动学习(5)

原创已于 2025-06-23 08:47:47 修改 · 1.0k 阅读

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于 2025-06-22 17:50:04 首次发布

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Control Interface:

控制接口被广泛用于许多来自用户空间访问的开关、滑块等控件。其中最重要的用途是混音器接口。换句话说，从 ALSA 0.9.x 开始，所有混音器相关的功能都是基于内核的控制接口 API 实现的。

ALSA 提供了一个定义良好的 AC97 控制模块。如果你的芯片仅支持 AC97 且不需要其他功能，那么你可以跳过本节内容。

控制接口 API 定义在 <sound/control.h> 中。如果你希望添加自定义控制项，请包含这个头文件。

Definition of Controls:

要创建一个新的控制项，你需要定义以下三个回调函数：info、get 和 put。然后，定义一个 struct snd_kcontrol_new 结构体记录，例如：

static struct snd_kcontrol_new my_control = {
        .iface = SNDRV_CTL_ELEM_IFACE_MIXER,
        .name = "PCM Playback Switch",
        .index = 0,
        .access = SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE,
        .private_value = 0xffff,
        .info = my_control_info,
        .get = my_control_get,
        .put = my_control_put
};

iface 字段指定控制项的类型，即 SNDRV_CTL_ELEM_IFACE_XXX，通常为 MIXER。如果是全局控制项（不属于混音器逻辑部分），使用 CARD。如果控制项与声卡上的某个特定设备紧密关联，则使用 HWDEP、PCM、RAWMIDI、TIMER 或 SEQUENCER，并通过 device 和 subdevice 字段指定设备编号。
name 是控制项的名称标识字符串。从 ALSA 0.9.x 起，控制项名称非常重要，因为其作用往往通过名称进行分类。有一些预定义的标准控制名称，具体细节在“控制名称”子章节中有描述。
bindex 字段用于存储该控制项的索引号。如果存在多个同名但不同功能的控制项，可以通过索引号加以区分。常见于一张声卡上有多个编解码器（codec）的情况。如果索引为 0，可以省略该字段。
access 字段定义了该控制项的访问类型。在此处填写由 SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_XXX 位掩码组合而成的值。具体内容将在“访问标志”子章节中详细说明。
private_value 字段是一个任意的长整型数值，用于存储附加信息。在使用通用的 info、get 和 put 回调函数时，可以通过该字段传递参数。如果需要多个小数值，可以通过位运算组合；也可以将某个结构体的指针强制转换为 unsigned long 存入此字段。
tlv 字段可以用于提供该控制项的元数据；详见“元数据”子章节。
最后的三个字段就是控制回调函数（info、get 和 put）。

Control Names

在定义控制项名称时，有一些标准格式。一个控制项的名称通常由三部分组成，格式为：“SOURCE DIRECTION FUNCTION”。

第一部分 SOURCE（来源）表示该控制项控制的来源，是一个字符串，例如 “Master”（主控）、“PCM”、“CD” 和 “Line”（线路输入）等。ALSA 中预定义了许多来源名称。
第二部分 DIRECTION（方向）表示控制的方向，可取以下几种字符串之一： “Playback”（播放）、“Capture”（录音）、“Bypass Playback”（旁路播放）和 “Bypass Capture”（旁路录音）。如果省略这一部分，则表示同时适用于播放和录音方向。
第三部分 FUNCTION（功能）表示控制的功能，常见的有：“Switch”（开关）、“Volume”（音量）和 “Route”（路由）。

因此，控制项名称示例如下：

“Master Capture Switch”（主通道录音开关）或 “PCM Playback Volume”（PCM播放音量）。

也有一些例外情况：全局录音和播放控制项

用于全局录音（输入）源、开关和音量的名称为：

“Capture Source”、
“Capture Switch”、
“Capture Volume”。

用于全局输出增益（输出开关与音量）的名称为：

“Playback Switch”、
“Playback Volume”。

音调控制（Tone-controls）:音调控制的开关和音量用类似 “Tone Control - XXX” 的格式，例如：

“Tone Control - Switch”、
“Tone Control - Bass”、
“Tone Control - Center”。

3D 控制:3D 控制的开关和音量用类似 “3D Control - XXX” 的格式，例如：

“3D Control - Switch”、
“3D Control - Center”、
“3D Control - Space”。

麦克风增益（Mic Boost）: 麦克风增益开关命名为：

“Mic Boost” 或 “Mic Boost (6dB)”。

关于控制项命名的更详细信息，请参阅文档： Documentation/sound/designs/control-names.rst

Access Flags

access（访问）标志是一个位掩码（bitmask），用于指定该控制项的访问类型。默认的访问类型是 SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE，表示该控制项允许读写操作。当访问标志被省略（即设为 0）时，系统会默认将其视为 READWRITE 访问。

如果该控制项是只读的，应传入 SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READ。在这种情况下，无需定义 put 回调函数。
同样地，如果该控制项是只写的（虽然这种情况很少见），你可以使用 WRITE 标志，此时无需定义 get 回调函数。
如果控制值会频繁变化（例如 VU 表电平显示），应设置 VOLATILE 标志，表示该控制值可能在没有发送“变更通知”的情况下发生改变。对于这类控制项，应用程序应持续轮询其状态。
如果某个控制项的值可以更改，但当前不影响任何实际功能，那么使用 INACTIVE 标志可能更合适。例如，当没有打开 PCM 设备时，其相关控制项就可以设置为 INACTIVE。
此外，还有 LOCK 和 OWNER 标志，用于限制写操作权限。

Control Callbacks

info callback

info 回调函数用于获取该控制项的详细信息。它必须向提供的 struct snd_ctl_elem_info 结构中填充相关的值。例如，若这是一个布尔类型（boolean）的控制项，且只有一个元素，可以这样设置：

static int snd_myctl_mono_info(struct snd_kcontrol *kcontrol,
                        struct snd_ctl_elem_info *uinfo)
{
        uinfo->type = SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_BOOLEAN;
        uinfo->count = 1;
        uinfo->value.integer.min = 0;
        uinfo->value.integer.max = 1;
        return 0;
}

type 字段指定了该控制项的类型。类型包括：BOOLEAN（布尔类型）、INTEGER（整数）、ENUMERATED（枚举）、BYTES（字节流）、IEC958 和 INTEGER64（64 位整数）。
count 字段表示该控制项中元素的数量。例如，一个立体声音量控制器的 count = 2。
value 字段是一个联合体（union），其存储的值取决于 type 的类型。对于 BOOLEAN 和 INTEGER 类型，存储方式是相同的。

而 ENUMERATED（枚举）类型则与其他类型略有不同。你需要为所选条目的索引设置相应的字符串：

static int snd_myctl_enum_info(struct snd_kcontrol *kcontrol,
                        struct snd_ctl_elem_info *uinfo)
{
        static char *texts[4] = {
                "First", "Second", "Third", "Fourth"
        };
        uinfo->type = SNDRV_CTL_ELEM_TYPE_ENUMERATED;
        uinfo->count = 1;
        uinfo->value.enumerated.items = 4;
        if (uinfo->value.enumerated.item > 3)
                uinfo->value.enumerated.item = 3;
        strcpy(uinfo->value.enumerated.name,
               texts[uinfo->value.enumerated.item]);
        return 0;
}

上面的回调函数可以通过一个辅助函数 snd_ctl_enum_info() 来简化。最终的代码如下所示。（你也可以在第三个参数中传入 ARRAY_SIZE(texts) 而不是写死的 4，这取决于你的个人习惯。）

static int snd_myctl_enum_info(struct snd_kcontrol *kcontrol,
                        struct snd_ctl_elem_info *uinfo)
{
        static char *texts[4] = {
                "First", "Second", "Third", "Fourth"
        };
        return snd_ctl_enum_info(uinfo, 1, 4, texts);
}

一些常用的 info 回调函数已经为你提供，方便使用：snd_ctl_boolean_mono_info() 和 snd_ctl_boolean_stereo_info()。很显然，前者是用于单声道布尔类型控制项的 info 回调函数，就像上面提到的 snd_myctl_mono_info() 一样；而后者则用于立体声通道的布尔类型控制项。

get callback

这个回调函数用于读取控制项的当前值，以便将其返回给用户空间。例如：

static int snd_myctl_get(struct snd_kcontrol *kcontrol,
                         struct snd_ctl_elem_value *ucontrol)
{
        struct mychip *chip = snd_kcontrol_chip(kcontrol);
        ucontrol->value.integer.value[0] = get_some_value(chip);
        return 0;
}

value 字段的内容取决于控制项的类型以及 info 回调函数的设置。例如，sb 驱动使用该字段来存储寄存器偏移量、位移量（bit-shift）以及位掩码（bit-mask）。private_value 字段的设置如下所示：

.private_value = reg | (shift << 16) | (mask << 24)

并且可以在如下回调函数中获取该值：

static int snd_sbmixer_get_single(struct snd_kcontrol *kcontrol,
                                  struct snd_ctl_elem_value *ucontrol)
{
        int reg = kcontrol->private_value & 0xff;
        int shift = (kcontrol->private_value >> 16) & 0xff;
        int mask = (kcontrol->private_value >> 24) & 0xff;
        ....
}

在 get 回调函数中，如果该控件包含多个元素（即 count > 1），你必须填写所有元素。在上面的示例中，我们只填写了一个元素（value.integer.value[0]），这是因为假设 count = 1。

put callback

该回调函数用于写入来自用户空间的值。例如：

static int snd_myctl_put(struct snd_kcontrol *kcontrol,
                         struct snd_ctl_elem_value *ucontrol)
{
        struct mychip *chip = snd_kcontrol_chip(kcontrol);
        int changed = 0;
        if (chip->current_value !=
             ucontrol->value.integer.value[0]) {
                change_current_value(chip,
                            ucontrol->value.integer.value[0]);
                changed = 1;
        }
        return changed;
}

如下所示，如果值发生了变化，你必须返回 1；如果值没有变化，则返回 0。如果发生了严重错误，则像往常一样返回一个负的错误码。

与 get 回调一样，如果该控件包含多个元素，那么在 put 回调中也必须处理所有元素。

回调函数不是原子操作,以上这三个回调函数（info、get、put）都不是原子操作。

Control Constructor

当一切准备就绪后，最后我们就可以创建一个新的控件了。要创建一个控件，需要调用两个函数：snd_ctl_new1() 和 snd_ctl_add()。

最简单的方式如下所示：你可以像这样完成控件的创建：

err = snd_ctl_add(card, snd_ctl_new1(&my_control, chip));
if (err < 0)
        return err;

其中，my_control 是前面定义的 struct snd_kcontrol_new 对象，chip 是一个对象指针，它会被赋值给 kcontrol->private_data，以便在回调函数中使用。

snd_ctl_new1() 会分配一个新的 struct snd_kcontrol 实例，而 snd_ctl_add() 则将指定的控件组件添加到声卡（card）中。

Change Notification

如果你需要在中断处理程序中更改并更新一个控件，可以调用 snd_ctl_notify()。例如：

snd_ctl_notify(card, SNDRV_CTL_EVENT_MASK_VALUE, id_pointer);

这个函数接受三个参数：声卡指针、事件掩码（event-mask）和用于通知的控件 ID 指针。事件掩码指定了通知的类型，例如在上述例子中，表示控件数值的改变需要被通知。ID 指针是指向 struct snd_ctl_elem_id 的指针，用于指定需要通知的控件。你可以在 es1938.c 或 es1968.c 中找到一些硬件音量中断的示例代码。

Metadata

为了提供关于混音器控件的分贝（dB）值信息，需要使用 <sound/tlv.h> 头文件中提供的 DECLARE_TLV_xxx 宏之一来定义一个包含该信息的变量。然后，将控件结构体中的 tlv.p 字段指向这个变量，并在 access 字段中加入 SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_TLV_READ 标志。示例如下所示：

static DECLARE_TLV_DB_SCALE(db_scale_my_control, -4050, 150, 0);

static struct snd_kcontrol_new my_control = {
        ...
        .access = SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_READWRITE |
                  SNDRV_CTL_ELEM_ACCESS_TLV_READ,
        ...
        .tlv.p = db_scale_my_control,
};

DECLARE_TLV_DB_SCALE() 宏用于定义一个混音器控件的分贝（dB）信息，其中控件的每一步数值变化对应一个固定的 dB 变化量。