关于USB-AUDIO使用ALSA编程的一点问题

转载自：http://blog.chinaunix.net/uid-25272011-id-3153434.html

 

最近在调试一款原相PAP7501摄像头中的USB的麦克风，USB层走的应该是标准的UAC协议，具体可以见USB的官网：http://www.usb.org/developers/devclass_docs#approved，而音频部分则可以跑目前Linux标准的ALSA的PCM接口，对于硬件CODEC来说，与其是完全兼容的。
     给出一份参考代码：
     这个是仿照arecord写的一个简略的测试代码，保存为wav格式的。
1、recod.c


  1. /*

  3. This example reads from the default PCM device
  4. and writes to standard output for 5 seconds of data.

  6. */

  8. /* Use the newer ALSA API */
  9. #define ALSA_PCM_NEW_HW_PARAMS_API

  11. #include <alsa/asoundlib.h>

  13. /**************************************************************/
  14. #define ID_RIFF 0x46464952
  15. #define ID_WAVE 0x45564157
  16. #define ID_FMT 0x20746d66
  17. #define ID_DATA 0x61746164

  19. typedef unsigned long uint32_t;
  20. typedef unsigned short uint16_t;

  22. #define FORMAT_PCM 1

  24. static uint32_t totle_size = 0;

  26. struct wav_header {
  27.     /* RIFF WAVE Chunk */
  28.     uint32_t riff_id;
  29.     uint32_t riff_sz;
  30.     uint32_t riff_fmt;
  31.     /* Format Chunk */
  32.     uint32_t fmt_id;
  33.     uint32_t fmt_sz;
  34.     uint16_t audio_format;
  35.     uint16_t num_channels;
  36.     uint32_t sample_rate;
  37.     uint32_t byte_rate; /* sample_rate * num_channels * bps / 8 */
  38.     uint16_t block_align; /* num_channels * bps / 8 */
  39.     uint16_t bits_per_sample;
  40.     /* Data Chunk */
  41.     uint32_t data_id;
  42.     uint32_t data_sz;
  43. }__attribute__((packed));

  45. static struct wav_header hdr;

  47. /**************************************************************/
  48. int record_file(unsigned rate, unsigned channels, int fd, unsigned count)
  49. {
  50.     long loops;
  51.     int val;
  52.     int rc;
  53.     int size;
  54.     snd_pcm_t *handle;
  55.     snd_pcm_hw_params_t *params;
  56.     int dir;
  57.     snd_pcm_uframes_t frames;
  58.     char *buffer;                    /* TODO */

  60.     /* Open PCM device for recording (capture). */
  61.     rc = snd_pcm_open(&handle, "plughw:0,0", SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0);
  62.     if (rc < 0) {
  63.         fprintf(stderr, "unable to open pcm device: %s\n", snd_strerror(rc));
  64.         exit(1);
  65.     }

  67.     /* Allocate a hardware parameters object. */
  68.     snd_pcm_hw_params_alloca(&params);

  70.     /* Fill it in with default values. */
  71.     snd_pcm_hw_params_any(handle, params);

  73.     /* Set the desired hardware parameters. */

  75.     /* Interleaved mode */
  76.     snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);

  78.     /* Signed 16-bit little-endian format */
  79.     snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);

  81.     /* Two channels (stereo) */
  82.     snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, channels);

  84.     /* rate bits/second sampling rate (CD quality) */
  85.     snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &rate, &dir);

  87.     /* Set period size to 32 frames. */
  88.     frames = 320;     /* 这边的大小也不是绝对的，可以调整 */
  89.     snd_pcm_hw_params_set_period_size_near(handle, params, &frames, &dir);

  91.     /* Write the parameters to the driver */
  92.     rc = snd_pcm_hw_params(handle, params);
  93.     if (rc < 0) {
  94.         fprintf(stderr, "unable to set hw parameters: %s\n", snd_strerror(rc));
  95.         exit(1);
  96.     }

  98.     /* Use a buffer large enough to hold one period */
  99.     snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &frames, &dir);/* 获取实际的frames */
  100.     
  101.     size = frames * 2; /* 2 bytes/sample, 1 channels */
  102.     buffer = (char *) malloc(size);

  104.     /* We want to loop for 20 seconds 时间不一定准确 */
  105.     snd_pcm_hw_params_get_period_time(params, &val, &dir);
  106.     loops = 20000000 / val;
  107.     
  108.     while (loops > 0) {
  109.         loops--;
  110.         rc = snd_pcm_readi(handle, buffer, frames);
  111.         if (rc == -EPIPE) {
  112.          /* EPIPE means overrun */
  113.          fprintf(stderr, "overrun occurred\n");
  114.          snd_pcm_prepare(handle);
  115.         } else if (rc < 0) {
  116.          fprintf(stderr, "error from read: %s\n", snd_strerror(rc));
  117.         } else if (rc != (int)frames) {
  118.          fprintf(stderr, "short read, read %d frames\n", rc);
  119.         }
  120.         rc = write(fd, buffer, size);
  121.         totle_size += rc;                        /* totle data size */
  122.         if (rc != size)
  123.          fprintf(stderr, "short write: wrote %d bytes\n", rc);
  124.     }
  125.     
  126.     lseek(fd, 0, SEEK_SET);      /* 回到文件头，重新更新音频文件大小 */
  127.     hdr.riff_sz = totle_size + 36;
  128.     hdr.data_sz = totle_size;
  129.     
  130.     if (write(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr)) {
  131.         fprintf(stderr, "arec: cannot write header\n");
  132.         return -1;
  133.     }
  134.     
  135.     snd_pcm_drain(handle);
  136.     snd_pcm_close(handle);
  137.     free(buffer);

  139.     return 0;
  140. }

  142. /**************************************************************/
  143. int rec_wav(const char *fn)
  144. {
  145.     unsigned rate, channels;
  146.     int fd;
  147.     fd = open(fn, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664);
  148.     if (fd < 0) {
  149.         fprintf(stderr, "arec: cannot open '%s'\n", fn);
  150.         return -1;
  151.     }

  153.     hdr.riff_id = ID_RIFF;
  154.     hdr.riff_fmt = ID_WAVE;
  155.     hdr.fmt_id = ID_FMT;
  156.     hdr.audio_format = FORMAT_PCM;
  157.     hdr.fmt_sz = 16;
  158.     hdr.bits_per_sample = 16;
  159.     hdr.num_channels = 1;
  160.     hdr.data_sz = 0;                        /* TODO before record over */
  161.     hdr.sample_rate = 16000;
  162.     hdr.data_id = ID_DATA;
  163.     
  164.     hdr.byte_rate = hdr.sample_rate * hdr.num_channels * hdr.bits_per_sample / 8;
  165.     hdr.block_align = hdr.num_channels * hdr.bits_per_sample / 8;
  166.     
  167.     if (write(fd, &hdr, sizeof(hdr)) != sizeof(hdr)) {
  168.         fprintf(stderr, "arec: cannot write header\n");
  169.         return -1;
  170.     }
  171.     fprintf(stderr,"arec: %d ch, %ld hz, %d bit, %s\n",
  172.             hdr.num_channels, hdr.sample_rate, hdr.bits_per_sample,
  173.             hdr.audio_format == FORMAT_PCM ? "PCM" : "unknown");
  174.     
  175.     return record_file(hdr.sample_rate, hdr.num_channels, fd, hdr.data_sz);
  176. }

  178. int main(int argc, char **argv)
  179. {
  180.     if (argc != 2) {
  181.         fprintf(stderr,"usage: arec <file>\n");
  182.         return -1;
  183.     }

  185.     return rec_wav(argv[1]);
  186. }
对于上述代码补充说明一点，这个是设计ALSA的一点概念：

样本长度(sample)：样本是记录音频数据最基本的单位，常见的有8位和16位。

通道数(channel)：该参数为1表示单声道，2则是立体声。

桢(frame)：桢记录了一个声音单元，其长度为样本长度与通道数的乘积。

采样率(rate)：每秒钟采样次数，该次数是针对桢而言。

周期(period)：音频设备一次处理所需要的桢数，对于音频设备的数据访问以及音频数据的存储，都是以此为单位。

交错模式(interleaved)：是一种音频数据的记录方式，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），再开始桢2的记录。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，我们只需要使用交错模式就可以了。

具体可以参照：http://blog.chinaunix.net/uid-25272011-id-3151136.html

一开始我犯过一个错误就是rc = snd_pcm_readi(handle, buffer, frames)，这个函数的参数3的单位应该是帧大小，而一个帧的大小是根据你的量化位数和声道数决定的，对于本代码，是16bit单声道，自然一个帧大小是2字节，起初我将申请的buffer大小传给了这个参数，结果必然导致“卡顿”或者“快进”，“卡顿”是因为我在项目中是实时传输，会导致阻塞，毕竟数据量大了一倍，“快进”则是因为缓冲区的大小是实际读取数据的一半，有一半的数据在buffer中被自己给覆盖掉了，所以要慎重啊。


2、Makefile
  1. exe = record
  2. src = record.c
  3. CC = arm-linux-gcc
  4. INC = -I/nfs/usr/local/arm-alsa/include
  5. LDFLAGS = -lpthread -L/nfs/usr/local/arm-alsa/lib -lasound

  7. $(exe) : $(src) FORCE
  8.     $(CC) -o $@ $(src) $(LDFLAGS) $(INC)


  11. FORCE:

  13. clean:
  14.     rm -f ./*.o $(exe)

      此处的alsa-lib库就是之前介绍的安装的库的路径，编译可以引用该路径的库，而运行之后库的路径可不受限制，按照你定义的环境变量找到即可。
     对于内核的配置则在
     
  1. Device Drivers --->
  2. <*> Sound card support --->
  3. <*> Advanced Linux Sound Architecture --->
  4. [*] USB sound devices --->
  5. <*> USB Audio/MIDI driver


     对于这款USB麦克风，我正常的去录音的时候，上层的直观感觉就是卡顿，这个与上面提到的是有区别的，因为同样的代码在arm上是好的，所以就怀疑是底层读慢了，（我们的应用背景是开发板实时录音，通过USB-WIFI发到上位机同步播放）很明显的是读取音频数据慢了。而同样的代码跑硬件的CODEC是很好的，不卡顿，所以很有可能问题出在USB上。我们刚好有USB的协议分析仪，我们USB是跑的全速模式，其描述符为
  1. Interface Descriptor:
  2.       bLength 9
  3.       bDescriptorType 4
  4.       bInterfaceNumber 3
  5.       bAlternateSetting 0
  6.       bNumEndpoints 0
  7.       bInterfaceClass 1
  8.       bInterfaceSubClass 2
  9.       bInterfaceProtocol 0
  10.       iInterface 0
  11.     Interface Descriptor:
  12.       bLength 9
  13.       bDescriptorType 4
  14.       bInterfaceNumber 3
  15.       bAlternateSetting 1
  16.       bNumEndpoints 1
  17.       bInterfaceClass 1
  18.       bInterfaceSubClass 2
  19.       bInterfaceProtocol 0
  20.       iInterface 0
  21.       AudioStreaming Interface Descriptor:
  22.         bLength 7
  23.         bDescriptorType 36
  24.         bDescriptorSubtype 1 (AS_GENERAL)
  25.         bTerminalLink 3
  26.         bDelay 1 frames
  27.         wFormatTag 1 PCM
  28.       AudioStreaming Interface Descriptor:
  29.         bLength 11
  30.         bDescriptorType 36
  31.         bDescriptorSubtype 2 (FORMAT_TYPE)
  32.         bFormatType 1 (FORMAT_TYPE_I)
  33.         bNrChannels 1
  34.         bSubframeSize 2
  35.         bBitResolution 16
  36.         bSamFreqType 1 Discrete
  37.         tSamFreq[ 0] 16000
  38.       Endpoint Descriptor:
  39.         bLength 9
  40.         bDescriptorType 5
  41.         bEndpointAddress 0x83 EP 3 IN
  42.         bmAttributes 5
  43.           Transfer Type Isochronous
  44.           Synch Type Asynchronous
  45.           Usage Type Data
  46.         wMaxPacketSize 0x0020 1x 32 bytes
  47.         bInterval 4
  48.         bRefresh 0
  49.         bSynchAddress 0
  50.         AudioControl Endpoint Descriptor:
  51.           bLength 7
  52.           bDescriptorType 37
  53.           bDescriptorSubtype 1 (EP_GENERAL)
  54.           bmAttributes 0x01
  55.             Sampling Frequency
  56.           bLockDelayUnits 0 Undefined
  57.           wLockDelay 0 Undefined
  58. /************************************************************************/
  59.     Interface Descriptor:
  60.       bLength 9
  61.       bDescriptorType 4
  62.       bInterfaceNumber 3
  63.       bAlternateSetting 2
  64.       bNumEndpoints 1
  65.       bInterfaceClass 1
  66.       bInterfaceSubClass 2
  67.       bInterfaceProtocol 0
  68.       iInterface 0
  69.       AudioStreaming Interface Descriptor:
  70.         bLength 7
  71.         bDescriptorType 36
  72.         bDescriptorSubtype 1 (AS_GENERAL)
  73.         bTerminalLink 3
  74.         bDelay 1 frames
  75.         wFormatTag 1 PCM
  76.       AudioStreaming Interface Descriptor:
  77.         bLength 11
  78.         bDescriptorType 36
  79.         bDescriptorSubtype 2 (FORMAT_TYPE)
  80.         bFormatType 1 (FORMAT_TYPE_I)
  81.         bNrChannels 1
  82.         bSubframeSize 2
  83.         bBitResolution 16
  84.         bSamFreqType 1 Discrete
  85.         tSamFreq[ 0] 48000
  86.       Endpoint Descriptor:
  87.         bLength 9
  88.         bDescriptorType 5
  89.         bEndpointAddress 0x83 EP 3 IN
  90.         bmAttributes 5
  91.           Transfer Type Isochronous
  92.           Synch Type Asynchronous
  93.           Usage Type Data
  94.         wMaxPacketSize 0x0060 1x 96 bytes
  95.         bInterval 4
  96.         bRefresh 0
  97.         bSynchAddress 0
  98.         AudioControl Endpoint Descriptor:
  99.           bLength 7
  100.           bDescriptorType 37
  101.           bDescriptorSubtype 1 (EP_GENERAL)
  102.           bmAttributes 0x01
  103.             Sampling Frequency
  104.           bLockDelayUnits 0 Undefined
  105.           wLockDelay 0 Undefined
   
    看到描述符，顺便插一句，对照端点大小计算一下，蓝色字体，这款USB-AUDIO只支持16K和48K的16bit单声道录音，拿16K为例，1s数据量应该是16K*16/8=32KB，对应于端点的大小32B*1000=32KB，也就是说全速模式下应该是每帧（1ms）请求一次才对，而对于图中的红色字体，说明的意思是全速模式下的ISO传输请求间隔参数是4，对应我们的USB的控制器，意思即为每8帧才发起一次ISO请求，抓包验证确实如此，这一点确实比较诡异，问题可能就出在这里：



      但是对于几乎同样的驱动版本，我们611的是2.6.32.9而arm的是2.6.32.2，其sound目录下的usbaudio.c基本是相同的，描述符又是相同的，所以上层获取描述符进行的配置应该也是相同的，唯一的区别就是USB的控制器，我们611的是musb，而arm的是OHCI，我们musb对这个bInterval的配置是


因此驱动固然是8帧请求一次。我在OHCI的控制器中未找到类似的寄存器，猜想可能是OHCI默认的就是ISO传输每一帧会保证一次，其抓包图如下：



所以只好强制去修改musb的驱动配置，/drivers/usb/musb/musb_host.c
  1. 2013 /* precompute rxtype/txtype/type0 register */
  2. 2014 type_reg = (qh->type << 4) | qh->epnum;
  3. 2015 switch (urb->dev->speed) {
  4. 2016 case USB_SPEED_LOW:
  5. 2017 type_reg |= 0xc0;
  6. 2018 break;
  7. 2019 case USB_SPEED_FULL:
  8. 2020 type_reg |= 0x80;
  9. 2021 break;
  10. 2022 default:
  11. 2023 type_reg |= 0x40;
  12. 2024 }
  13. 2025 qh->type_reg = type_reg;
  14. 2026
  15. 2027 /* Precompute RXINTERVAL/TXINTERVAL register */
  16. 2028 switch (qh->type) {
  17. 2029 case USB_ENDPOINT_XFER_INT:
  18. 2030 /*
  19. 2031 * Full/low speeds use the linear encoding,
  20. 2032 * high speed uses the logarithmic encoding.
  21. 2033 */
  22. 2034 if (urb->dev->speed <= USB_SPEED_FULL) {
  23. 2035 interval = max_t(u8, epd->bInterval, 1);
  24. 2036 break;
  25. 2037 }
  26. 2038 /* FALLTHROUGH */
  27. 2039 case USB_ENDPOINT_XFER_ISOC:
  28. 2040 /* ISO always uses logarithmic encoding */
  29. 2041 //interval = min_t(u8, epd->bInterval, 16);
  30. 2042 interval = min_t(u8, epd->bInterval, 1); //JGF
  31. 2043 break;
  32. 2044 default:

这样USB就是每帧请求一次，同样的代码，效果和2440的也一样了。

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[BZOJ] 1620: [Usaco2008 Nov]Time Management 时间管理

[BZOJ] 1620: [Usaco2008 Nov]Time Management 时间管理

1620: [Usaco2008 Nov]Time Management 时间管理 Time Limit: 5 Sec Memory Limit: 64 MBSubmit: 850 Solved: 539[Submit][Status][Discuss]Description Ever the maturing businessman, Farmer John realizes that he must manage his time effectively. He has N jobs con…
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DDR工作原理

DDR工作原理

DDR SDRAM全称为Double Data Rate SDRAM&#xff0c;中文名为“双倍数据流SDRAM”。DDR SDRAM在原有的SDRAM的基础上改进而来。也正因为如此&#xff0c;DDR能够凭借着转产成本优势来打败昔日的对手RDRAM&#xff0c;成为当今的主流。本文只着重讲讲DDR的原理和DDR SDRAM相对于…
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智能故事机方案简介

智能故事机方案简介

智能故事机&#xff0c;又叫WiFi故事机&#xff0c;AI故事机&#xff0c;通过WiFi联网&#xff0c;用户语音就可以跟它进行问答、点歌等互动&#xff1b;由于联网所以可以播放云端海量的儿童音频内容&#xff1b;手机端在微信公众号或者专属APP上操作&#xff0c;可以点播相应内…
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weui-switch开关控件，表单提交后如何取值

weui-switch开关控件，表单提交后如何取值

最近在学习weui这个框架&#xff0c;做了一些小的试验&#xff0c;发现weui-switch控件直接提交不能获取到表单信息&#xff0c;在segmentfault上发现也有人提了这个问题&#xff0c;有人说可以设置一个隐含标签来捕获开关的状态&#xff0c;试了一下&#xff0c;确实可以&…
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麦克风设计指导与选型参考

麦克风设计指导与选型参考

随着语音识别技术的成熟&#xff0c;智能音箱类产品的火爆&#xff0c;越来越多的产品可以升级为语音交互产品&#xff1b; 下面简单介绍下此类产品的语音前端--麦克风阵列设计相关注意事项&#xff1a; 线性四麦阵列构型&#xff1a;如上图所示&#xff0c;麦克风直线等距摆…
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云计算在未来一定是不可或缺的

云计算在未来一定是不可或缺的

2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> 在2018京东云合作伙伴大会上&#xff0c;京东云总裁申元庆表示&#xff0c;技术发展的大趋势是“分久必合&#xff0c;合久必分”循环往复的波动&#xff0c;近十年来云计算的发展将算力、存储、带宽全部集中在中央部分&…
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智能音箱 之 音频通路质量--测试与参数

智能音箱 之 音频通路质量--测试与参数

一、概述 当将语音识别算法接入到设备时&#xff0c;务必要保证设备的音频通路具有足够的质量。因此对设备进行音频测试&#xff0c;以评估能够影响语音识别性能的音频前端的音频参数。如下要点对语音识别至关重要&#xff1a; 自然声音合适的增益良好的信噪比一致的响应&…
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Python学习 - 常用模块(二)

Python学习 - 常用模块(二)

目录 一. 常用模块 - hashlib 二. 常用模块 - hmac 三. 常用模块 - logging 四. 常用模块 - re 五. 常用模块 - requests 六. 常用模块 - paramiko 一. 常用模块 - hashlib hash: 一种算法, 3.x里代替了md5模块和sha模块, 主要提供 SHA1, SHA224, SHA256, SHA384, SHA512, MD5 …
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UART介绍

UART介绍

1. 概述 UART, Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, 通用异步收发器&#xff1b; 串口&#xff1a;在嵌入式里指的是UART口&#xff0c;常用TTL电平即3.3V或者5.0V&#xff1b; COM口&#xff1a;在台式机上常用的口&#xff0c;DB9那种接口&#xff0c;接口协议只…
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mongodb环境安装

mongodb环境安装

1、mongodb安装 我采用的是离线安装&#xff0c; &#xff08;1&#xff09;在mongodb的官方网址下载所需要的版本。我下载的是 mongodb-linux-x86_64-ubuntu1604-3.4.5.tgz 。 &#xff08;2&#xff09;下载后解压缩到待安装目录&#xff0c;我这里下载在了Downloads目录…
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