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标题: 深入OSS开发（2） [打印本页]

作者: look_w 时间: 2018-5-9 19:44 标题: 深入OSS开发（2）

3．非阻塞写（non-blocking write）如果播放程序写入的速度超过了DAC的播放速度，DMA buffer就会充满了音频数据。应用程序调用write时就会因为没有空闲的DMA buffer而被阻塞，直到DMA buffer出现空闲为止。此时，从某种程度来说，应用程序的推进速度依赖于播放的速度，不同的播放速度就会产生不同的推进速度。因此，有时我们不希望write被阻塞，这就需要我们能够知道DMA buffer的使用情况。

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for (;;) {
audio_buf_info info;
/* Ask OSS if there is any free space in the buffer. */
if (ioctl(dsp,SNDCTL_DSP_GETOSPACE,&info) != 0) {
perror("Unable to query buffer space");
close(dsp);
return 1;
};
/* Any empty fragments? */
if (info.fragments > 0) break;
/* Not enough free space in the buffer. Waste time. */
usleep(100);
};

以上的代码不停的查询驱动程序中是否有空的fragment（SNDCTL_DSP_GETOSPACE），如果没有，则进入睡眠（usleep(100)），此时应用程序做其它的事情，比如更新画面，网络传输等。如果有空闲的fragment（info.fragments > 0），则退出循环，接着就可以进行非阻塞的write了。
4．DMA buffer的直接访问（mmap）除了依赖于操作系统内核提供更好的调度性能，音频播放应用程序也可以采用一些技术以提高音频播放的实时性。绕过APP buffer，直接访问DMA buffer的mmap方法就是其中之一。
我们知道，将音频数据输出到音频设备通常使用系统调用write，但是这会带来性能上的损失，因为要进行一次从用户空间到内核空间的缓冲区拷贝。这时，可以考虑利用mmap系统调用，获得直接访问DMA buffer的能力。DMA控制器不停的扫描DMA buffer，将数据发送到DAC。这有点类似于显卡对显存的操作，大家都知道，GUI可以通过mmap将framebuffer（显存）映射到自己的地址空间，然后直接操纵显存。这里的DMA buffer就是声卡的framebuffer。
理解mmap方法的最好方法是通过实际的例子，。
代码中有详细的注释，这里只给出一些说明。
PlayerDMA函数的参数samples指向存放音频数据的缓冲，rate/bits/channels分别说明音频数据的采样速率、每次采样的位数、声道数。
在打开/dev/dsp以后，根据/rate/bits/channels参数的要求配置驱动程序。需要注意的是，这些要求并一定能得到满足，驱动程序要根据自己的情况选择，因此在配置后，需要再次查询，获取驱动程序真正使用的参数值。
在使用mmap之前，要查看驱动程序是否支持这种模式（SNDCTL_DSP_GETCAPS）。使用SNDCTL_DSP_GETOSPACE得知驱动选择的framgment大小和个数，就可以计算出全部DMA buffer的大小dmabuffer_size。
mmap将dmabuffer_size大小的DMA buffer映射到调用进程的地址空间，DMA buffer在应用进程的起始地址为dmabuffer。以后就可以直接使用指针dmabuffer访问DMA buffer了。这里需要对mmap中的参数做些解释。
音频驱动程序针对播放和录音分别有各自的缓冲区，mmap不能同时映射这两组缓冲，具体选择映射哪个缓冲取决于mmap的prot参数。PROT_READ选择输入（录音）缓冲，PROT_WRITE选择输出（播放）缓冲，代码中使用了PROT_WRITE|PROT_READ，也是选择输出缓冲。（这是BSD系统的要求，如果只有PROT_WRITE，那么每次对缓冲的访问都会出现segmentation/bus error）。
一旦DMA buffer被mmap后，就不能再通过read/write接口来控制驱动程序了。只能通过SNDCTL_DSP_SETTRIGGER打开DAC的使能位，当然，先要关闭使能位。
DMA一旦启动后，就会周而复始的扫描DMA buffer。当然我们总是希望提前为DMA准备好新的数据，使得DMA的播放始终连续。因此，PlayerDMA函数将mmap后的DMA buffer分割成前后两块，中间设置一个界限。当DMA扫描前面一块时，就填充后面一块。一旦DMA越过了界限，就去填充前面一块。
使用mmap的问题是，不是所有的声卡驱动程序都支持mmap方式。因此，在出现不兼容的情况下，应用程序要能够转而去使用传统的方式。
最后，为了能深入的理解mmap的实现原理，我们以某种声卡驱动程序为例，介绍了其内部mmap函数时具体实现。
audio_mmap()是实现mmap接口的函数，它首先根据mmap调用的prot参数（vma->vm_flags），选择合适的缓冲（输入还是输出）；vma->vm_end - vma->vm_start为需要映射到应用进程地址空间的大小，必须和DMA buffer的大小（s->fragsize * s->nbfrags）一致；如果DMA buffer还没有建立，则调用audio_setup_buf(s)建立；接着对所有的fragment，从映射起始地址开始（vma->vm_start），建立实际物理地址与映射的虚拟地址之间的对应关系（remap_page_range）。最后设置mmap标志（s->mapped = 1）。
5．结束语当然，除了上面所讨论的问题以外，音频应用的开发还有很多实际的问题需要去面对，比如多路音频流的合并，各种音频文件格式的打开等等。
OSS音频接口存在于Linux内核中许多年了，由于在体系结构上有许多的局限性，在Linux 2.6内核中引入了一种全新的音频体系和接口——ALSA（Advanced Linux Sound Architecture），它提供了很多比OSS更好的特性，包括完全的thread-safe和SMP-safe，模块化的设计，支持多个声卡等等。为了保持和OSS接口的兼容性，ALSA还提供了OSS的仿真接口，使得那些为OSS接口开发的大量应用程序仍然能够在新的ALSA体系下正常的工作。

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