ALSA driver--HW Buffer

转载： https://www.cnblogs.com/fellow1988/p/6204183.html

 

当app在调用snd_pcm_writei时，alsa core将app传来的数据搬到HW buffer（即DMA buffer）中，alsa driver从HW buffer中读取数据传输到硬件播放。

ALSA buffer是采用ring buffer来实现的。ring buffer有多个HW buffer组成。

HW buffer一般是在alsa driver的hw_params函数中分配的一块大小为buffer size的DMA buffer.

之所以采用多个HW buffer来组成ring buffer,是防止读写指针的前后位置频繁的互换（即写指针到达HW buffer边界时，就要回到HW buffer起始点）。

ring buffer = n * HW buffer.通常这个n比较大，在数据读写的过程中，很少会出现读写指针互换的情况。

下图是ALSA buffer的实现以及读写指针更新的方法，

hw_ptr_base是当前HW buffer在Ring buffer中的起始位置。当读指针到达HW buffer尾部时,hw_ptr_base按buffer size移动.

hw_ptr即HW buffer的读指针。alsa driver将数据从HW buffer中读走并送到声卡硬件时，hw_ptr就会移动到新位置。

appl_ptr即HW buffer的写指针。app在调用snd_pcm_write写数据，alsa core将数据copy到HW buffer后，appl_ptr就更新。

boundary即Ring buffer边界。

hw_ofs是读指针在当前HW buffer中的位置。由alsa driver的pointer()返回。

appl_ofs是写指针在当前HW buffer中的位置。

 

hw_ptr的更新是通过调用snd_pcm_update_hw_ptr0完成。此函数在app写数据时会调用，也会在硬件中断时通过snd_pcm_peroid_elapsed调用。

 

  1 static int snd_pcm_update_hw_ptr0(struct snd_pcm_substream *substream,
  2 unsigned int in_interrupt)
  3 {
  4 struct snd_pcm_runtime *runtime = substream->runtime;
  5 snd_pcm_uframes_t pos;
  6 snd_pcm_uframes_t old_hw_ptr, new_hw_ptr, hw_base;
  7 snd_pcm_sframes_t hdelta, delta;
  8 unsigned long jdelta;
  9 unsigned long curr_jiffies;
 10 struct timespec curr_tstamp;
 11 struct timespec audio_tstamp;
 12 int crossed_boundary = 0;
 13 
 14 　　old_hw_ptr = runtime->status->hw_ptr;//保存上一次的hw_ptr,在此函数中将更新hw_ptr
 15 
 16 /*
 17 * group pointer, time and jiffies reads to allow for more
 18 * accurate correlations/corrections.
 19 * The values are stored at the end of this routine after
 20 * corrections for hw_ptr position
 21 */
 22 　　pos = substream->ops->pointer(substream);//获取hw_ptr在当前HW buffer中的偏移
 23 　　curr_jiffies = jiffies;
 24 　　if (runtime->tstamp_mode == SNDRV_PCM_TSTAMP_ENABLE) {//获取当前的time stamp
 25 　　　　if ((substream->ops->get_time_info) &&
 26 　　　　　(runtime->audio_tstamp_config.type_requested != SNDRV_PCM_AUDIO_TSTAMP_TYPE_DEFAULT)) {
 27 　　　　　　　　substream->ops->get_time_info(substream, &curr_tstamp,&audio_tstamp,&runtime->audio_tstamp_config,&runtime->audio_tstamp_report);
 28 
 29 　　　　　　　　/* re-test in case tstamp type is not supported in hardware and was demoted to DEFAULT */
 30 　　　　　　　　if (runtime->audio_tstamp_report.actual_type == SNDRV_PCM_AUDIO_TSTAMP_TYPE_DEFAULT)
 31 　　　　　　　　　　snd_pcm_gettime(runtime, (struct timespec *)&curr_tstamp);
 32 　　　　　　　　} else
 33 　　　　　　　　　　snd_pcm_gettime(runtime, (struct timespec *)&curr_tstamp);
 34 　　　　　　　　}
 35 
 36 　　if (pos == SNDRV_PCM_POS_XRUN) {//发生XRUN
 37 　　　　xrun(substream);
 38 　　　　return -EPIPE;
 39 　　}
 40 　　if (pos >= runtime->buffer_size) {//pos大于buffer size，出现异常
 41 　　　　if (printk_ratelimit()) {
 42 　　　　　　char name[16];
 43 　　　　　　snd_pcm_debug_name(substream, name, sizeof(name));
 44 　　　　　　pcm_err(substream->pcm,"invalid position: %s, pos = %ld, buffer size = %ld, period size = %ld\n",name, pos, runtime->buffer_size,
 45 runtime->period_size);
 46 　　　　}
 47 　　　　pos = 0;
 48 　　}
 49 　　pos -= pos % runtime->min_align;
 50 　　trace_hwptr(substream, pos, in_interrupt);
 51 　　hw_base = runtime->hw_ptr_base;//当前的hw_base
 52 　　new_hw_ptr = hw_base + pos;//当前的hw_ptr
 53 　　if (in_interrupt) {//如果是因为硬件中断调用的此函数
 54 　　/* we know that one period was processed */
 55 　　/* delta = "expected next hw_ptr" for in_interrupt != 0 */
 56 　　delta = runtime->hw_ptr_interrupt + runtime->period_size;
 57 　　if (delta > new_hw_ptr) {//如果本次通过中断位置加上period_size计算出来的hw_ptr比当前hw_ptr大的话，则说明上一次中断没处理，有可能hw_base需要更新到下一个HW buffer的基地址。
 58 　　　　/* check for double acknowledged interrupts */
 59 　　　　hdelta = curr_jiffies - runtime->hw_ptr_jiffies;
 60 　　　　if (hdelta > runtime->hw_ptr_buffer_jiffies/2 + 1) {//距离上一次的jiffies大于整个buffer 的jiffies的一半。
 61 　　　　　　hw_base += runtime->buffer_size;
 62 　　　　　　if (hw_base >= runtime->boundary) {
 63 　　　　　　　　hw_base = 0;
 64 　　　　　　　　crossed_boundary++;
 65 　　　　　　}
 66 　　　　　　new_hw_ptr = hw_base + pos;
 67 　　　　　　goto __delta;
 68 　　　　}
 69 　　}
 70 }
 71 　　/* new_hw_ptr might be lower than old_hw_ptr in case when */
 72 　　/* pointer crosses the end of the ring buffer */
 73 　　if (new_hw_ptr < old_hw_ptr) {//如果当前的hw_ptr比上一次的hw_ptr小，hw_ptr超过了HW buffer边界。hw_base需要更新到下一个HW buffer的基地址。hw_ptr也要同步更新。
 74 　　　　hw_base += runtime->buffer_size;
 75 　　　　if (hw_base >= runtime->boundary) {//如果hw_base > boundary,那hw_base回跳到Ring Buffer起始位置。
 76 　　　　　　hw_base = 0;
 77 　　　　　　crossed_boundary++;
 78 　　　　}
 79 　　　　new_hw_ptr = hw_base + pos;
 80 　　}
 81 __delta:
 82 　　delta = new_hw_ptr - old_hw_ptr;
 83 　　if (delta < 0)//如果当前的hw_ptr任然比上一的hw_ptr小，说明hw_ptr走完了Ring buffer一圈。
 84 　　　　delta += runtime->boundary;
 85 
 86 　　if (runtime->no_period_wakeup) {//如果硬件处理完一个peroid数据后不产生中断，就不更新hw_ptr
 87 
 88 　　　　snd_pcm_sframes_t xrun_threshold;
 89 /*
 90 * Without regular period interrupts, we have to check
 91 * the elapsed time to detect xruns.
 92 */
 93 　　　　jdelta = curr_jiffies - runtime->hw_ptr_jiffies;
 94 　　　　if (jdelta < runtime->hw_ptr_buffer_jiffies / 2)
 95 　　　　　　goto no_delta_check;
 96 　　　　hdelta = jdelta - delta * HZ / runtime->rate;
 97 　　　　xrun_threshold = runtime->hw_ptr_buffer_jiffies / 2 + 1;
 98 　　　　while (hdelta > xrun_threshold) {
 99 　　　　　　delta += runtime->buffer_size;
100 　　　　　　hw_base += runtime->buffer_size;
101 　　　　　　if (hw_base >= runtime->boundary) {
102 　　　　　　　　hw_base = 0;
103 　　　　　　　　crossed_boundary++;
104 　　　　　　}
105 　　　　　　new_hw_ptr = hw_base + pos;
106 　　　　　　hdelta -= runtime->hw_ptr_buffer_jiffies;
107 　　　　}
108 　　　　goto no_delta_check;
109 　　}
110 
111 /* something must be really wrong */
112 　　if (delta >= runtime->buffer_size + runtime->period_size) {//如果当前hw_ptr比较上一次相差buffer size + peroid size,说明有错误。
113 　　　　hw_ptr_error(substream, in_interrupt, "Unexpected hw_ptr",
114 　　　　"(stream=%i, pos=%ld, new_hw_ptr=%ld, old_hw_ptr=%ld)\n",
115 　　　　substream->stream, (long)pos,
116 　　　　(long)new_hw_ptr, (long)old_hw_ptr);
117 　　　　return 0;
118 　　}
119 
120 　　/* Do jiffies check only in xrun_debug mode */
121 　　if (!xrun_debug(substream, XRUN_DEBUG_JIFFIESCHECK))
122 　　　　goto no_jiffies_check;
123 
124 /* Skip the jiffies check for hardwares with BATCH flag.
125 * Such hardware usually just increases the position at each IRQ,
126 * thus it can't give any strange position.
127 */
128 　　if (runtime->hw.info & SNDRV_PCM_INFO_BATCH)
129 　　　　goto no_jiffies_check;
130 　　hdelta = delta;
131 　　if (hdelta < runtime->delay)
132 　　　　goto no_jiffies_check;
133 　　hdelta -= runtime->delay;
134 　　jdelta = curr_jiffies - runtime->hw_ptr_jiffies;
135 　　if (((hdelta * HZ) / runtime->rate) > jdelta + HZ/100) {
136 　　　　delta = jdelta /(((runtime->period_size * HZ) / runtime->rate)+ HZ/100);
137 　　　　/* move new_hw_ptr according jiffies not pos variable */
138 　　　　new_hw_ptr = old_hw_ptr;
139 　　　　hw_base = delta;
140 　　　　/* use loop to avoid checks for delta overflows */
141 　　　　/* the delta value is small or zero in most cases */
142 　　　　while (delta > 0) {
143 　　　　　　new_hw_ptr += runtime->period_size;
144 　　　　　　if (new_hw_ptr >= runtime->boundary) {
145 　　　　　　　　new_hw_ptr -= runtime->boundary;
146 　　　　　　　　crossed_boundary--;
147 　　　　　　}
148 　　　　　　delta--;
149 　　　　}
150 /* align hw_base to buffer_size */
151 　　　　hw_ptr_error(substream, in_interrupt, "hw_ptr skipping",
152 　　　　"(pos=%ld, delta=%ld, period=%ld, jdelta=%lu/%lu/%lu, hw_ptr=%ld/%ld)\n",
153 　　　　(long)pos, (long)hdelta,
154 　　　　(long)runtime->period_size, jdelta,
155 　　　　((hdelta * HZ) / runtime->rate), hw_base,
156 　　　　(unsigned long)old_hw_ptr,
157 　　　　(unsigned long)new_hw_ptr);
158 　　　　/* reset values to proper state */
159 　　　　delta = 0;
160 　　　　hw_base = new_hw_ptr - (new_hw_ptr % runtime->buffer_size);
161 　　}
162 no_jiffies_check:
163 　　if (delta > runtime->period_size + runtime->period_size / 2) {//interupt丢失，delta(如果当前hw_ptr比较上一次之差)>1.5个peroid size
164 　　　　hw_ptr_error(substream, in_interrupt,
165 　　　　"Lost interrupts?",
166 　　　　"(stream=%i, delta=%ld, new_hw_ptr=%ld, old_hw_ptr=%ld)\n",
167 　　　　substream->stream, (long)delta,
168 　　　　(long)new_hw_ptr,
169 　　　　(long)old_hw_ptr);
170 　　}
171 
172 no_delta_check:
173 　　if (runtime->status->hw_ptr == new_hw_ptr) {//hw_ptr没变化
174 　　　　update_audio_tstamp(substream, &curr_tstamp, &audio_tstamp);
175 　　　　return 0;
176 　　}
177 
178 　　if (substream->stream == SNDRV_PCM_STREAM_PLAYBACK &&runtime->silence_size > 0)
179 　　　　snd_pcm_playback_silence(substream, new_hw_ptr);//播放silence
180 
181 　　if (in_interrupt) {//更新hw_ptr_interrupt
182 　　　　delta = new_hw_ptr - runtime->hw_ptr_interrupt;
183 　　　　if (delta < 0)
184 　　　　　　delta += runtime->boundary;
185 　　　　delta -= (snd_pcm_uframes_t)delta % runtime->period_size;
186 　　　　runtime->hw_ptr_interrupt += delta;
187 　　　　if (runtime->hw_ptr_interrupt >= runtime->boundary)
188 　　　　　　runtime->hw_ptr_interrupt -= runtime->boundary;
189 　　}
190 　　runtime->hw_ptr_base = hw_base;//将更新后的值保存到runtime中
191 　　runtime->status->hw_ptr = new_hw_ptr;
192 　　runtime->hw_ptr_jiffies = curr_jiffies;
193 　　if (crossed_boundary) {
194 　　　　snd_BUG_ON(crossed_boundary != 1);
195 　　　　runtime->hw_ptr_wrap += runtime->boundary;
196 　　}
197 
198 　　update_audio_tstamp(substream, &curr_tstamp, &audio_tstamp);
199 
200 　　return snd_pcm_update_state(substream, runtime);//通过本次更新的 件指针，检查是否XRUN，或唤醒等待在他上面的队列如poll,lib_write1
201 
202 
203 }

 

完。
posted @ 2020-04-25 11:25  dolinux  阅读(899)  评论(0)    收藏  举报