ALSA播放WAV音频¶
ALSA讲解¶
- ALSA介绍
ALSA是Advanced Linux Sound Architecture，高级Linux声音架构的简称。 它包含一组kernel驱动，一个应用编程接口(API)库以及一组工具函数。
（1）ALSA API
- Control 接口：一个通用的功能，用来管理声卡的寄存器以及查询可用设备。
- PCM 接口：管理数字audio capture和playback的接口，这是audio应用最常用的接口。
- Raw MIDI 接口：支持MIDI(Musical Instrument DIgital Interface，电子音乐设备的标准)。这个API提供了对声卡MIDI bus的访问。
- Timer 接口：提供对声卡上计时硬件的访问，用于同步声音事件。
- Sequencer 接口：一个MIPI编程和声音同步接口，比raw MIDI接口级别更高，它管理大部分MIDI协议和计时。
- Mixer 接口：控制声卡上的信号路由和音量调节的设备，它是建立在control接口之上的。
（2）设备命名
API操作的是逻辑设备名而不是设备文件，设备名可以是真正的硬件设备或者插件。 硬件设备使用hw:i,j这种格式，i是卡号而j是在这个卡上的设备。 第一个声音设备是hw:0,0，第一个sound设备的别名为defalut。
（3）编程方法
通常可以用下面的伪代码表示PCM接口编程模式：
open interface for capture or playback
set hardware parameters(access mode, data format, channels, rate, etc.)
while there is data to be processed:
read PCM data(capture) or write PCM data(playback)
close interface
- 代码讲解
指定使用最新的ALSA API：
#define ALSA_PCM_NEW_HW_PARAMS_API
头文件、宏定义：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <alsa/asoundlib.h>
#include <pthread.h>
#define u32 unsigned int
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned short
定义WAV音频格式和头部结构体：
typedef struct
{
u32 dwSize;
u16 wFormatTag;
u16 wChannels;
u32 dwSamplesPerSec;
u32 dwAvgBytesPerSec;
u16 wBlockAlign;
u16 wBitsPerSample;
} WAVEFORMAT;
typedef struct
{
u8 RiffID[4];
u32 RiffSize;
u8 WaveID[4];
u8 FmtID[4];
u32 FmtSize;
u16 wFormatTag;
u16 nChannels;
u32 nSamplesPerSec;
u32 nAvgBytesPerSec;
u16 nBlockAlign;
u16 wBitsPerSample;
u8 DataID[4];
u32 nDataBytes;
} WAVE_HEADER;
定义变量：
snd_pcm_t *gp_handle; //调用snd_pcm_open打开PCM设备返回的文件句柄，后续的操作都是使用这个句柄操作PCM设备
snd_pcm_hw_params_t *gp_params; //设置流的硬件参数
snd_pcm_uframes_t g_frames;
char *gp_buffer;
u32 g_bufsize;
char filename[30]; //音频文件全局变量
定义一个函数，打开给定的WAV文件，输出其头部信息：
FILE * open_and_print_file_params(char *file_name)
{
FILE * fp = fopen(file_name, "r");
if (fp == NULL)
{
printf("can't open wav file\n");
return NULL;
}
memset(&g_wave_header, 0, sizeof(g_wave_header));
fread(&g_wave_header, 1, sizeof(g_wave_header), fp);
printf("RiffID:%c%c%c%c\n", g_wave_header.RiffID[0], g_wave_header.RiffID[1], g_wave_header.RiffID[2], g_wave_header.RiffID[3]);
printf("RiffSize:%d\n", g_wave_header.RiffSize);
printf("WaveID:%c%c%c%c\n", g_wave_header.WaveID[0], g_wave_header.WaveID[1], g_wave_header.WaveID[2], g_wave_header.WaveID[3]);
printf("FmtID:%c%c%c%c\n", g_wave_header.FmtID[0], g_wave_header.FmtID[1], g_wave_header.FmtID[2], g_wave_header.FmtID[3]);
printf("FmtSize:%d\n", g_wave_header.FmtSize);
printf("wFormatTag:%d\n", g_wave_header.wFormatTag);
printf("nChannels:%d\n", g_wave_header.nChannels);
printf("nSamplesPerSec:%d\n", g_wave_header.nSamplesPerSec);
printf("nAvgBytesPerSec:%d\n", g_wave_header.nAvgBytesPerSec);
printf("nBlockAlign:%d\n", g_wave_header.nBlockAlign);
printf("wBitsPerSample:%d\n", g_wave_header.wBitsPerSample);
printf("DataID:%c%c%c%c\n", g_wave_header.DataID[0], g_wave_header.DataID[1], g_wave_header.DataID[2], g_wave_header.DataID[3]);
printf("nDataBytes:%d\n", g_wave_header.nDataBytes);
return fp;
}
定义一个函数，设置PCM硬件参数：
int set_hardware_params()
{
int rc;
/* Open PCM device for playback */
rc = snd_pcm_open(&gp_handle, "default", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);
if (rc < 0)
{
printf("unable to open pcm device\n");
return -1;
}
/* Allocate a hardware parameters object */
snd_pcm_hw_params_alloca(&gp_params);
/* Fill it in with default values. */
rc = snd_pcm_hw_params_any(gp_handle, gp_params);
if (rc < 0)
{
printf("unable to Fill it in with default values.\n");
goto err1;
}
/* Interleaved mode */
rc = snd_pcm_hw_params_set_access(gp_handle, gp_params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
if (rc < 0)
{
printf("unable to Interleaved mode.\n");
goto err1;
}
snd_pcm_format_t format;
if (8 == g_wave_header.FmtSize)
{
format = SND_PCM_FORMAT_U8;
}
else if (16 == g_wave_header.FmtSize)
{
format = SND_PCM_FORMAT_S16_LE;
}
else if (24 == g_wave_header.FmtSize)
{
format = SND_PCM_FORMAT_U24_LE;
}
else if (32 == g_wave_header.FmtSize)
{
format = SND_PCM_FORMAT_U32_LE;
}
else
{
printf("SND_PCM_FORMAT_UNKNOWN.\n");
format = SND_PCM_FORMAT_UNKNOWN;
goto err1;
}
/* set format */
rc = snd_pcm_hw_params_set_format(gp_handle, gp_params, format);
if (rc < 0)
{
printf("unable to set format.\n");
goto err1;
}
/* set channels (stero) */
snd_pcm_hw_params_set_channels(gp_handle, gp_params, g_wave_header.nChannels);
if (rc < 0)
{
printf("unable to set channels (stero).\n");
goto err1;
}
/* set sampling rate */
u32 dir, rate = g_wave_header.nSamplesPerSec;
rc = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(gp_handle, gp_params, &rate, &dir);
if (rc < 0)
{
printf("unable to set sampling rate.\n");
goto err1;
}
/* Write the parameters to the dirver */
rc = snd_pcm_hw_params(gp_handle, gp_params);
if (rc < 0)
{
printf("unable to set hw parameters: %s\n", snd_strerror(rc));
goto err1;
}
snd_pcm_hw_params_get_period_size(gp_params, &g_frames, &dir);
g_bufsize = g_frames * 4;
gp_buffer = (u8 *)malloc(g_bufsize);
if (gp_buffer == NULL)
{
printf("malloc failed\n");
goto err1;
}
return 0;
err1:
snd_pcm_close(gp_handle);
return -1;
}
定义播放函数，播放指定的WAV音频：
int play_wav(char *file)
{
FILE * fp = open_and_print_file_params(file);
if (fp == NULL)
{
printf("open_and_print_file_params error\n");
return -1;
}
int ret = set_hardware_params();
if (ret < 0)
{
printf("set_hardware_params error\n");
return -1;
}
size_t rc;
while (1)
{
rc = fread(gp_buffer, g_bufsize, 1, fp);
if (rc <1)
{
break;
}
while ((ret = snd_pcm_writei(gp_handle, gp_buffer, g_frames)) < 0)
{
snd_pcm_prepare(gp_handle);
fprintf(stderr, "buffer underrun occured\n");
}
}
/* 将handle冲刷干净，关闭流，释放buffer */
snd_pcm_drain(gp_handle);
snd_pcm_close(gp_handle);
free(gp_buffer);
fclose(fp);
return 1;
}
定义播放线程函数，播放一次WAV音频：
void *play_thread()
{
play_wav(filename);
}
主函数中定义一个播放线程，播放指定的WAV音频，并等待线程结束：
int main()
{
char audio1[] = "low.wav";
char audio2[] = "middle.wav";
char audio3[] = "high.wav";
strcpy(filename, audio2);
pthread_t player;
if(pthread_create(&player, NULL, play_thread, NULL) == -1)
printf("fail to create a player pthread\n");
else
printf("succeed to create a player pthread\n");
pthread_join(player, NULL);
printf("the player pthread is over\n");
return 0;
}
直接编译¶
- PC环境安装
从ALSA官网（https://www.alsa-project.org/main/index.php/Main_Page）下载alsa-lib，这里以alsa-lib-1.1.5为例。 解压下载下来的ALSA库压缩包，并进入解压后的文件目录：
tar -xjf alsa-lib-1.1.5.tar.bz2
cd alsa-lib-1.1.5
配置、编译、安装：
sudo ./configure
sudo make
sudo make install
- 直接编译
在PC（Linux操作系统）上，打开终端，进入到c源文件所在的目录，编译时连接ALSA库和线程库：
gcc wavplayer.c -o wavplayer -lasound -lpthread
然后把wav音频文件（high.wav，middle.wav，low.wav）拷贝到当前目录下，运行刚刚生成的可执行文件：
./wavplaye
在PC的音响中就可以听到播放出的wav音频。
交叉编译¶
- PC环境安装
在这里要使用arm-linux-gnueabihf工具链来交叉编译c源文件，生成的可执行文件才可以移植到blurr板上运行。 首先在Linux系统上安装工具链：
sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf
为避免一些错误，再执行下面这条命令：
sudo apt-get install build-essential gcc
然后安装ALSA库：
sudo rpm2cpio alsa-lib-dev-1.1.0-r0.cortexa9hf_neon_mx6qdl.rpm | cpio -idv
sudo cp usr/* -a /usr/arm-linux-gnueabihf
注：如果该rpm包/usr/lib中缺少“libasound.so.2.0.0”文件，再将该文件拷贝进去：
sudo cp libasound.so.2.0.0 /usr/arm-linux-gnueabihf/lib
- 交叉编译
交叉编译时，同样需要连接lasound和lpthread库：
arm-linux-gnueabihf-gcc wavplayer.c -o wavplayer -lasound -lpthread
- Blurr启动与环境安装
按照以下连接方式将blurr板通过USB线连接至电脑，并插上电源为其供电。
然后查找blurr板连接的端口号（这里是/dev/ttyUSB0），使用picocom命令连接：
sudo picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0
再在blurr板上按下reset键，就可以看到一下启动信息：
启动加载完后，输入登录名root即可进入blurr板文件系统中：
在blurr板上也需要安装ALSA库：
rpm -ivh alsa-lib-dev-1.1.0-r0.cortexa9hf_neon_mx6qdl.rpm
- 运行
先将交叉编译好的可执行文件wavplayer和三个wav音频文件拷贝到U盘中， 然后把U盘插在blurr板的USB口上：
再将U盘挂载进来：
mount /dev/sda1 /mnt
拷贝可执行文件、音频文件到用户目录下（alsa为自己创建的文件夹）：
cd /mnt
cp wavplayer ~/alsa
cp *.wav ~/alsa
运行：
cd ~/alsa
./wavplayer
将耳机插入blurr板绿色耳机孔中，就可以听到播放出的wav音频。
