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第十七章 Linux 音频设备驱动本章导读在Linux 中，先后出现了音频设备的两种框架OSS 和ALSA，本节将在介绍数字音频设备及音频设备硬件接口的基础上，展现OSS 和ALSA 驱动的结构。17.1～17.2 节讲解了音频设备及PCM、IIS 和AC97 硬件接口。17.3 节阐述了Linux OSS 音频设备驱动的组成、mixer 接口、dsp 接口及用户空间编程方法。17.4 节阐述了Linux ALSA 音频设备驱动的组成、card 和组件管理、PCM 设备、control 接口、AC97 API及用户空间编程方法。17.5 节以S3C2410 通过IIS 接口外接UDA1341 编解码器的实例讲解了OSS 驱动。17.6 节以PXA255 通过AC97 接口外接AC97 编解码器的实例讲解了ALSA 驱动。17.1 数字音频设备目前，手机、PDA、MP3 等许多嵌入式设备中包含了数字音频设备，一个典型的数字音频系统的电路组成如图17.1 所示。图17.1 中的嵌入式微控制器/DSP 中集成了PCM、IIS 或AC97 音频接口，通过这些接口连接外部的音频编解码器即可实现声音的AD 和DA 转换，图中的功放完成模拟信号的放大功能。图17.1 典型的数字音频系统电路音频编解码器是数字音频系统的核心，衡量它的指标主要有：? 采样频率采样的过程就是将通常的模拟音频信号的电信号转换成二进制码0 和1 的过程，这些0 和1 便构成了数字音频文件。如图17.2 中的正弦曲线代表原始音频曲线，方格代表采样后得到的结果，二者越吻合说明采样结果越好。采样频率是每秒钟的采样次数，我们常说的 44.1kHz 采样频率就是每秒钟采样44100 次。理论上采样频率越高，转换精度越高，目前主流的采样频率是48kHz。? 量化精度量化精度是指对采样数据分析的精度，比如24bit 量化精度就是是将标准电平信号按照2 的24 次方进行分析，也就是说将图17.2 中的纵坐标等分为224 等分。量化精度越高，声音就越逼真。图17.2 数字音频采样17.2 音频设备硬件接口17.2.1 PCM 接口针对不同的数字音频子系统，出现了几种微处理器或DSP 与音频器件间用于数字转换的接口。最简单的音频接口是PCM（脉冲编码调制）接口，该接口由时钟脉冲（BCLK）、帧同步信号（FS）及接收数据（DR）和发送数据（DX）组成。在FS 信号的上升沿，数据传输从MSB（Most Significant Bit）字开始，FS 频率等于采样率。FS 信号之后开始数据字的传输，单个的数据位按顺序进行传输，1 个时钟周期传输1 个数据字。发送MSB 时，信号的等级首先降到最低，以避免在不同终端的接口使用不同的数据方案时造成MSB 的丢失。PCM 接口很容易实现，原则上能够支持任何数据方案和任何采样率，但需要每个音频通道获得一个独立的数据队列。17.2.2 IIS 接口IIS 接口（Inter-IC Sound）在20 世纪80 年代首先被飞利浦用于消费音频，并在一个称为LRCLK（Left/RightCLOCK）的信号机制中经过多路转换，将两路音频信号变成单一的数据队列。当LRCLK 为高时，左声道数据被传输；LRCLK 为低时，右声道数据被传输。与PCM 相比，IIS 更适合于立体声系统。对于多通道系统，在同样的BCLK 和LRCLK 条件下，并行执行几个数据队列也是可能的。17.2.3 AC97 接口AC97（Audio Codec 1997）是以Intel 为首的五个PC 厂商Intel、Creative Labs、NS、Analog Device与Yamaha 共同提出的规格标准。与PCM 和IIS 不同，AC97 不只是一种数据格式，用于音频编码的内部架构规格，它还具有控制功能。AC97 采用AC-Link 与外部的编解码器相连，AC-Link 接口包括位时钟（BITCLK）、同步信号校正（SYNC）和从编码到处理器及从处理器中解码（SDATDIN 与SDATAOUT）的数据队列。AC97数据帧以SYNC 脉冲开始，包括12 个20 位时间段（时间段为标准中定义的不同的目的服务）及16 位“tag”段，共计256 个数据序列。例如，时间段“1”和“2”用于访问编码的控制寄存器，而时间段“3”和“4”分别负载左、右两个音频通道。“tag”段表示其他段中哪一个包含有效数据。把帧分成时间段使传输控制信号和音频数据仅通过4 根线到达9 个音频通道或转换成其他数据流成为可能。与具有分离控制接口的IIS方案相比，AC97 明显减少了整体管脚数。一般来说，AC97 编解码器采用TQ