Linux车机平台pulseaudio多alsasink配置

https://www.freedesktop.org/wiki/Software/PulseAudio 官网上的介绍是这样的：
pulseaudio 是一个POSIX操作系统上的声音系统。是音频应用的代理。它允许你对音频数据，在从应用传递到硬件的过程中，做更多的操作。像把音频数据传递到另一台机器，更改采样率，声道，多路音频混音等。

车机平台，会包含多种声音的处理。多媒体，语音，导航等。
我要做的是，在平台中声卡驱动及alsalib接口已经就绪的状态下，提供的接口，用于不同音频类型的播放及音量控制，还有录音。
其实直接用alsa也不是不可以，但是感觉pulseaudio功能还是多一些。而且后续可以通过配置属性实现软件的 audio route 控制。

使用alsa的小工具，可以查看当前配置好的playback和record接口。下面是我开发板中的信息：

root@atlas7-arm:~# aplay -l
**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****
card 0: kasaudiocard [kas-audio-card], device 0: Music Playback (*) []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
card 0: kasaudiocard [kas-audio-card], device 1: Navigation Playback (*) []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
card 0: kasaudiocard [kas-audio-card], device 2: Alarm Playback (*) []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
...

root@atlas7-arm:~# arecord -l
**** List of CAPTURE Hardware Devices ****
card 0: kasaudiocard [kas-audio-card], device 8: Analog Capture (*) []
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
...

#不同音频类型的输出方案
pulseaudio 通过alsalib API处理音频输出的是alsa-sink对象。每个alsa-sink对象会对应一个alsa hw的输出设备(hw:0,0 hw:0,1 dmixer这些)。
所以，想法就是为不同的alsa hw设备接口，分别创建不同的alsa-sink，这样在处理不同APP的音频数据时，采用对应的alsa-sink作为输出端。
这样，需要做的就是为pulseaudio生成不同的alsa-sink，然后在处理不同类型的音频数据时，做对应的选择即可。

#Pulseaudio 的配置文件及模块加载
pulseaudio是一个守护进程，参考了官网的一些资料，把pulseaudio运行在了system-wide模式。
In some situations however, such as embedded systems where no real notion of a user exists, it makes sense to use the system-wide mode.
默认的配置文件在 /etc/pulse/daemon.conf
pulseaudio 加载模块，可以通过配置pa文件的方式（普通模式下是default.pa, system-wide模式下是system.pa）来在pulseaudio daemon启动后，自动加载
通过pa文件自动加载的话，要确保/etc/pulse/daemon.conf中的相关配置正确（load-default-script-file 和 default-script-file ）
也可以通过pacmd工具来发送命令动态加载。

#创建alsa-sink对象
有几种方式

1. 加载module-alsa-sink模块，每加载一次module-alsa-sink，会创建一个对应的alsa-sink对象。
2. 加载module-alsa-card 模块，module-alsa-card模块会根据profile set 来创建一个或者多个alsa-sink对象。
3. 加载module-udev-detect 模块，这个模块会发现alsa-card设备，然后加载module-alsa-card，然后就和方式2一样

按照前面说的，其实我是希望创建3个alsa-sink，分别对应hw:0,0 (Music Playback)，hw:0,1 (Navigation Playback)，hw:0,2(Alarm Playback)这几个alsa设备。

先看一下直接加载module-alsa-sink这种方式，从参数说明看，可以通过device和device_id来指定具体要关联打开的alsa设备。
通过阅读代码和实际测试发现：
如果设置了device_id参数的话，device参数就不会生效，而是会先生成一个默认的profile set，然后根据其中每个profile配置里的设备字串模版，把device_id值带入，然后尝试打开设备。
而这个默认的profile set内容来自于 /usr/share/pulseaudio/alsa-mixer/profile-sets/default.conf，其中配置了不同的mapping，比如这种

[General]
auto-profiles = yes
...
[Mapping analog-stereo]
device-strings = front:%f hw:%f
channel-map = left,right
paths-output = analog-output analog-output-lineout ...
paths-input = analog-input-front-mic analog-input-rear-mic ...
priority = 10

auto-profiles 配置为yes的话，就会自动为每个mapping创建一个profile。
然后在创建alsa-sink时，就会循环的对每个profile中的device-strings带入device_id参数。比如device_id设置为1，front:1 hw:1 就会被尝试打开。
其实可以看出来，这个默认的配置并不能和咱们嵌入式开发板上的声卡配置相匹配。
在不自己重新配置的情况下，我怎么能打开hw:0,1 hw:0,2 这样的设备呢…

如果不使用device_id参数，直接配置device参数为hw:0,0或者 hw:0,1 这样，就会直接使用这个字串去打开alsa设备。
像这样 load-module module-alsa-sink device=hw:0,0
当然我们可以设置其他相关的音频参数 load-module module-alsa-sink device=hw:0,0 channels=2 rate=44100,也可以为这个alsa-sink指定名称 sink_name=Muisc-Playback
这样的话，只要在 system.pa 写入如下几行，就可以按需求配置出不同的alsa-sink对象了。

load-module module-alsa-sink device=hw:0,0 sink_name=Muisc-Playback
load-module module-alsa-sink device=hw:0,1 sink_name=Navigation-Playback
load-module module-alsa-sink device=hw:0,2 sink_name=Alarm-Playback

再来看一下加载module-alsa-card 模块这种方式，
从代码里可以发现，这种方式还是会先生成profile set，然后根据一个选中的 profile（active_profile），为其中每个output_mapping创建一个alsa-sink对象。
（input_mapping创建对应的alsa-source对象）
其实本人目前对于profile，mapping，path的概念也是一知半解。
从已知的情况来看，一个profile就是一组mapping的集合，一个mapping对应puseaudio中的一个sink或者source，而path则对应这sink或者source上的port。
path中定义了一些控制元素element，也就是和alsa mixer control element对应的。
从代码看来，alsa-sink创建后，会激活其中的一个port，会probe其中的element，pusleaudio只关注其中可以控制mute和volume的element，如果有这种类型的element，则会记录下来，在之后的volume和mute操作中，会通过这些element来使用硬件接口实现volume和mute。

如果按照默认的配置，因为 hw:0 这个设备字串可以成功打开，analog-stereo这个profile会被选中，module-alsa-card模块会用hw:0创建一个alsa-sink对象。然后probe analog-output path中指定的那些element，当然probe后也都是无效的。
前面也提到了，默认的profile和我们开发板的声卡配置是不能匹配的。而且我是希望创建多个alsa-sink的，所以参考原有的配置，并查找资料写了一个自己的配置
/usr/share/pulseaudio/alsa-mixer/profile-sets/my-default.conf（测试只写了2个mapping）

[General]
auto-profiles = no

[Profile output:Music-Playback+output:Navigation-Playback]
description = multiple-sink-profiles
output-mappings = Music-Playback Navigation-Playback
priority = 10

[Mapping Music-Playback]
device-strings = hw:%f,0
channel-map = left,right
paths-output = music-analog-output
priority = 9
direction = output

[Mapping Navigation-Playback]
device-strings = hw:%f,1
channel-map = left,right
paths-output = navi-analog-output
priority = 9
direction = output

/usr/share/pulseaudio/alsa-mixer/paths/music-analog-output.conf是这样写的，navi-analog-output.conf类似

[Element Music Stream Vol]
switch = ignore
volume = merge

[Element Music Stream Mute]
switch =mute
volume = ignore

其中 Music Stream Vol 和 Music Stream Mute 分别是 hw:0,0 这个卡的volume和mute的control element。
声卡0 的alsa mixer的控制元素，可以通过如下命令查看到

amixer -c 0 contents

这个 [Profile output:Music-Playback+output:Navigation-Playback] 是一个profile包含多个mapping的写法方式。
auto-profiles = no 是为了不给mapping在自动生成profile，不然的话，这个文件读出来会有3个profile，而且后两个自动生成的profile优先级会高于第一个。那样就不会选择第一个profile为active_profile了。(当然咱们也可以通过 module-alsa-card 的profile 指定active_profile)
通过指定自己的profile set方式来加载 module-alsa-card 模块:

load-module module-alsa-card device_id=0 profile_set=my-default.conf

会发现module-alsa-card 会根据profile的output-mappings为我们创建了对应的2个alsa-sink（加载多个的alsa-sink和alsa-source的方式都类似）

最后一种通过加载module-udev-detect 模块和第二种类似，只是在默认情况下，module-alsa-card 的参数没有设置profile set，那样就会使用默认的配置了。并且也没有看到有参数可以指定profile set，所以这个方式暂时不使用了。

#Puseaudio使用硬件接口控制volume和mute
pusleaudio最终还是需要通过alsa mixer 接口来控制volume和mute的，这样就需要pulseaudio知道对应的mixer control element。

如果使用直接加载 module-alsa-sink 的方式来创建alsa-sink的话，有一个control参数可以设置，代码中可以发现，通过这个control参数可以设置一个element，pulseaudio会去检测这个element的属性，看是否可以控制volume或者mute的。（代码在alsa-sink.c的find_mixer()函数中），但是如果需要volume和mute两个element，该如何设置呢，这个还不太清楚。

如果使用加载module-alsa-card 模块的方式在创建alsa-sink的话，就可以通过在path的配置中指定element。这样pulseaudio可以同时得到volume和mute的控制element。个人觉得如果需要使用硬件接口来控制volume和mute的话，还是需要这个方式吧。

#控制调试Pulseaudio
启动pulseaudio我用的这个命令，把能打印的log都打印出来。

pulseaudio --log-level=4 --daemonize=no --system --single-user --log-target=file:/skypine/pa.log --log-time &

pacmd可以通过protocal-native模块和pulseaudio交互。可以查询各种信息。用如下命令启动。启动后输入help就会有用法。

PULSE_RUNTIME_PATH=/var/run/pulse pacmd

#alsa-sink的选择
创建alsa-sink的时候，会有名称的。
使用paplay测试可以加 -d 参数，比如想用music那个alsa-sink就这样

paplay -d Muisc-Playback test.wav

如果是用API播放，pa_stream_connect_playback()第二次参数填alsa-sink的名称。

#遇到的一些问题
我的hw:0,1卡驱动里是配置固定48000采样率的。建立alsa-sink之后，如果送入44100采样率的数据发现播放没有声音了。
原因是，由于hw不支持，pulseaudio不能重新用44100参数打开设备，就会使用软件的resampler来重采样，然后默认配置的resample method是 speex-float-0。dump了一下resample的输出，发现全是0数据。后来换了一个resample方式，没问题了。板子上speex的库也是有的，resample数据的API返回值也正确，不知道为啥数据不对。暂时没继续看了。

使用自己配置的profile，创建出来的music alsa-sink，播放没有声音。
原因，从log看并没有什么不正常。仔细查了一下，发现alsa-sink在avtive port之后查询了一下 “Music Stream Mute” 这个element 的mute 状态。得到的结果是0（结果没错），然是接着通过alsa mixer API设置了mute状态为！0，alsa-sink被静音了。手动通过amixer 把这个element值设置回来就好了。但是不清楚代码逻辑为啥是这样的。
因为我这边不是一定需要用硬件控制mute啊，直接把 [Element Music Stream Mute] 中的 switch 设置为 ignore 也就不会有问题了。

alsa-sink播放的时候，经常会underrun，把log关掉或者输出到文件后会好一些，但是偶尔还是会出现。
查了一下log，发现alsa-sink线程在hw buffer数据充足，而且没有其他事件时，sleep了一个固定的时间，然后underrun了，线程又被alsa叫醒。
最简单的办法是加载 alsa-sink 时，tsched设置为0，这个值默认是1的。这样不sleep，就不会underrun，但性能上可能差一些吧。
其实看代码，sleep设置的时间是hw buffer 的数据时长 减去了一个 watermark 值（默认20ms），按道理应该可以在underrun之前结束sleep的啊。后面调整一下这个值，可能会有改善的。