Linux音频采集和在国产化平台中遇到的坑（一）
最近在做一个国产化平台的软件项目的开发，是基于国产芯片的银河麒麟系统。其中有一个重要模块，是采集和播放音频数据，播放不用多说了，采集的话，包括采集麦克风和采集桌面系统声音。很多人都觉得银河麒麟不就是linux么，那不直接用ALSA就好了，我原本也是这么想的，但是实际开发下来才发现，还是有各种坑需要自己去趟的。这里我简单记录一下。
虽然都是linux，芯片也是基于同样的架构，同样的指令集，但是考虑到芯片的实现毕竟是不同的，于是所有涉及到硬件交互的软件部分，也会有所差异，最终会导致了有些应用层面的接口，不能按照普通linux的通常用法去使用。
linux ALSA音频采集
首先，银河麒麟既然是linux系统，那首先考虑到的是通过ALSA（Advanced Linux Sound Architecture）来进行采集，ALSA是linux的默认声卡驱动，同时在用户层还有一个ALSA Lib来供应用程序调用，它的整体上的结构图是这个样子的：
应用程序通常都是通过alsa-lib来使用，如果系统没有的话，可以通过命令安装开发库，就可以使用了。例如
sudo apt-get install libasound2-dev
另外需要注意一点的是，如果是android系统，那么系统里通常是不存在alsa的，而是它的简化版tiny-alsa，接口名称也不一样，但是大致调用流程是相同的。
alsa音频采集，有几个关键函数
#include <sys/asoundlib.h> /*** 创建alsa pcm handle去连接设备 @param handle: 返回创建的PCM handle @param name: 设备名称，ASCII编码 @param stream: 标明采集或者播放(SND_PCM_STREAM_CAPTURE, SND_PCM_STREAM_PLAYBACK) @param mode: 打开模式(see SND_PCM_NONBLOCK, SND_PCM_ASYNC) @return: 0表示成功，小于0表示错误 */ int snd_pcm_open( snd_pcm_t **handle, const char* name, int stream, int mode ); /*** 读取音频帧 @param handle: PCM handle @param buffer: frames containing buffer @param size: frames to be read @return: 实际读取的音频帧个数，小于0表示错误 */ ssize_t snd_pcm_readi( snd_pcm_t *handle, void *buffer, size_t size ); /*** 关闭 @param handle: PCM handle @return: 实际读取的音频帧个数，小于0表示错误 */ int snd_pcm_close( snd_pcm_t *handle ); /*** 准备使用PCM @param handle: PCM handle @return: 实际读取的音频帧个数，小于0表示错误 */ int snd_pcm_prepare( snd_pcm_t *handle );
接口简单，参数也少，所以使用起来很方便，基本上是linux下采集和播放的第一选择，下面写个简单的例子演示下如何调用
- 打开音频设备并设置参数
SIMPLE_LOG("try open %s\n", device_name_.c_str()); int ret = snd_pcm_open(&alsa_pcm_, device_name_.c_str(), SND_PCM_STREAM_CAPTURE, SND_PCM_NONBLOCK); if (!alsa_pcm_ || ret < 0) { SIMPLE_LOG("open %s failed, ret: %d\n", device_name_.c_str(), ret); return false; } snd_pcm_hw_params_t* params; snd_pcm_hw_params_alloca (¶ms); snd_pcm_hw_params_any (alsa_pcm_, params); snd_pcm_hw_params_set_access (alsa_pcm_, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED); snd_pcm_format_t format; switch (bits_per_sam_) { case 8: format = SND_PCM_FORMAT_S8; break; case 16: format = SND_PCM_FORMAT_S16_LE; break; case 24: format = SND_PCM_FORMAT_S24_LE; break; case 32: format = SND_PCM_FORMAT_S32_LE; break; default: format = SND_PCM_FORMAT_S16_LE; break; } snd_pcm_hw_params_set_format (alsa_pcm_, params, format); snd_pcm_hw_params_set_channels (alsa_pcm_, params, channel_count_); unsigned int rate = sample_rate_; snd_pcm_hw_params_set_rate_near (alsa_pcm_, params, &rate, NULL); sample_size_ = channel_count_ * (bits_per_sam_/8); /* Activate the parameters */ ret = snd_pcm_hw_params (alsa_pcm_, params); if (ret < 0) { SIMPLE_LOG("set param failed, ret: %d\n", ret); snd_pcm_close (alsa_pcm_); alsa_pcm_ = NULL; return false; }
- 读取音频数据
bool AlsaCapture::ReadData() { int read_size = 0; snd_pcm_uframes_t need_frames = real_sample_count_; for (;;) { if (read_size >= pcm_buf_.size()) { break; } int ret = 0; while (true) { char* read_buf = &pcm_buf_[0] + read_size; ret = snd_pcm_readi(alsa_pcm_, read_buf, need_frames); if (ret >= 0) { break; } if (ret == -EAGAIN) { SIMPLE_LOG("snd_pcm_readi EAGAIN\n"); return false; } if (AlsaXRunRecover(alsa_pcm_, ret) < 0) { SIMPLE_LOG("ALSA read error: %s\n", snd_strerror(ret)); return false; } } read_size += ret * sample_size_; need_frames -= ret; } return true; }
这样就可以完成音频数据的采集，需要注意的是，在第二步读取数据之前，需要先调用snd_pcm_prepare，否则是无法驱动数据采集正常进行的。
在国产化芯片平台上出现的问题
在普通Linux下，这样写下来，就可以实现想要的音频采集功能了，后面对数据做进一步的规整和编码就可以发送了。但是在某个国产芯片平台的银河麒麟系统下，我却遇到了一个问题，那就是打开设备的函数调用以及所有的参数设置都是成功的，但是数据采集却总是异常，要么返回无意义噪声数据，要么read接口干脆就报EAGAIN错误。
刚开始我以为是ALSA默认设备的问题，因为出问题的国产化芯片平台，有两个声卡，其中一个是可以正常使用的，另一个是无效声卡。这些信息可以通过使用命令行来查看，例如：
查看声卡：
cat /proc/asound/cards
查看采集设备：
sudo arecord -l
查看播放设备：
cat aplay -l
于是我尝试通过系统配置的方式，来设置默认声卡，这里推荐一个工具“alsamixer”，是一个字符化界面的ALSA配置工具，可以通过如下命令安装：
sudo apt-get install alsa-utils
启动后就是一个这样的界面
然而，修改以后，发现默认设备的修改，并不能影响到alsa采集的结果。于是通过罗列所有录音设备，并且指定设备名称，但是仍然出现同样的结果。在多次尝试无果以后，最终只能放弃使用ALSA来进行音频设备的数据采集，而采用复杂一些的PulseAudio框架。最后的结果也证明，更加上层的PulseAudio还是正确的处理了有效的音频设备和无效音频设备，并正确返回了麦克风/桌面系统声音。具体过程我下一篇再写。
