Linux多媒体进阶之旅(十): module-alsa-sink如何写数据到ALSA设备?

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第203篇原创文章

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前言

上一篇理解了module-alsa-card如何创建Card、Profile、Port、Sink和Source关键组件。

本篇继续分析播放链路，首先ALSA创建出Sink只是播放链路的前半段，对PulseAudio来说，pactl list sinks能看到Sink，只能说明播放设备对象已经存在，还不能说明音频数据已经写进ALSA设备。

也就是说，module-alsa-card解决的是：ALSA声卡在PulseAudio里应接口映射？

module-alsa-sink解决的是：PulseAudio如何把播放数据写入ALSA设备？

本篇接着分析module-alsa-sink的主链路，在Sink创建出来以后，音频数据如何从PulseAudio服务写入ALSA PCM设备。

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module-alsa-sink模块在哪被调用?

module-alsa-sink可以单独加载，也可以由module-alsa-card在当前Profile需要播放输出时创建。

如果单独加载，入口函数是pa__init()，它解析模块参数后直接调用pa_alsa_sink_new()。如果从上一篇的Card路径进来，module-alsa-card会在init_profile()或card_set_profile()里调用pa_alsa_sink_new()，并把Card和output mapping一起传进去。

所以这两种入口最后会汇合到同一个函数，加载流程如下：

这里要注意，module-alsa-sink不负责发现声卡，它负责拿到的是已经确定的ALSA设备信息，然后开始创建真正用于播放的Sink。

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ALSA播放设备什么时候被打开?

pa_alsa_sink_new()进入以后，先确定采样格式、采样率、声道数、buffer大小、mmap和tsched这些参数，然后根据当前加载方式选择打开ALSA PCM的路径。

如果带有mapping，就调用pa_alsa_open_by_device_id_mapping()，如果只有device_id，就调用pa_alsa_open_by_device_id_auto()。如果直接指定device字符串，就调用pa_alsa_open_by_device_string()。

不管走哪条路径，目标都是打开一个播放方向的ALSA PCM设备：

SND_PCM_STREAM_PLAYBACK

ALSA PCM设备打开以后，PulseAudio还会设置硬件参数和软件参数，硬件参数决定格式、采样率、声道数、period和buffer，软件参数决定什么时候认为设备可写，什么时候唤醒PulseAudio继续补数据。

这一层根据device id打开ALSA PCM设备路径：

如果这里失败，后面就不会有可用Sink，所以播放无声时，不能只看Card是否存在，还要看Sink是否创建成功，以及日志里有没有打开PCM失败、参数不支持、设备被占用这类错误。

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Sink对象在哪里创建?

ALSA播放设备打开成功以后，pa_alsa_sink_new()开始准备PulseAudio自己的Sink对象。

它会先准备pa_sink_new_data，把Sink名称、采样参数、声道布局、设备属性、Profile信息、Port信息和Card关系放进去，然后调用pa_sink_new()创建真正的Sink。

这一步完成以后，pactl list sinks里看到的很多字段就有来源了，例如设备字符串、Profile名称、buffer大小、fragment大小和access mode。

access_mode关键字段：

mmap+timermmapserial

它说明这个Sink后面用什么方式把数据交给ALSA设备：如果是serial，普通写入路径会走snd_pcm_writei()。如果是mmap或mmap+timer，写入路径会走ALSA mmap共享内存接口。

如下，我的设备走的是共享内存接口。

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IO线程什么时候取数据?

Sink对象创建完成后，pa_alsa_sink_new()会给它挂上状态回调、端口回调、延迟查询回调，然后创建一个IO线程。

这个线程的入口是thread_func()。

thread_func()循环运行时，会先判断Sink当前是否处于打开状态，只有Sink处于打开状态时，它才会继续渲染数据并写入ALSA设备。

写入数据是否使用共享内存：由use_mmap字段决定：

所以Sink不是在主线程里直接写ALSA，真正的数据写入发生在module-alsa-sink自己的IO线程里。

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数据从哪里取出来?

应用播放出来的数据进入PulseAudio以后，先形成Sink Input，Sink Input被路由到某个Sink以后，才会被这个Sink的IO线程取走。

普通写入路径中，unix_write()会先查询ALSA PCM当前还能写多少数据，如果硬件buffer还有空间，就调用pa_sink_render()向Sink要一段音频数据。

pa_sink_render()不是简单返回一个缓存，它会从这个Sink下面的Sink Input取数据，如果有多个播放流，还会做混音，如果需要调整音量、静音或重采样，也会在这个阶段处理。

这条数据源获取路径：

所以排查播放问题时，pactl list sinks只能说明Sink存在，还要继续看pactl list sink-inputs，确认播放流是否真的路由到了这个Sink上？

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数据何时写入ALSA设备?

普通写入路径里，unix_write()拿到pa_sink_render()返回的memchunk以后，会把memchunk换算成ALSA需要的frame数量，然后调用snd_pcm_writei()写入ALSA PCM。

这一步就是普通模式下真正写入ALSA设备的动作。

如果走mmap路径，mmap_write()会先调用snd_pcm_mmap_begin()拿到ALSA映射出来的buffer区域，然后通过pa_sink_render_into_full()把PulseAudio渲染后的数据直接填进去，最后调用snd_pcm_mmap_commit()提交给ALSA。

两条路径的接口不同，但作用相同：

普通路径：snd_pcm_writei()mmap路径：snd_pcm_mmap_commit()

所以真正判断module-alsa-sink是否把声音写到ALSA设备，普通路径看snd_pcm_writei()，mmap路径看snd_pcm_mmap_begin()和snd_pcm_mmap_commit()。

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何时启动播放?

IO线程第一次成功写入数据以后，会调用snd_pcm_start()启动ALSA PCM播放。

也就是说，pa_sink_new()只是创建PulseAudio里的Sink对象，snd_pcm_writei()或snd_pcm_mmap_commit()只是把数据放进ALSA PCM，真正让PCM进入播放状态的动作，是第一次成功写入后的snd_pcm_start()。

这条波链路串起来看：

到这里，声音才真正从PulseAudio播放对象推进到ALSA播放设备。

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故障定位部分

1.确认Sink是否存在？

pactl list short sinkspactl list sinks

关键字段：

Sink名称、State、Driver、Sample Specification、Channel Map和Properties。

如果能看到device.string、device.profile.name、device.access_mode，说明Sink已经带上ALSA设备和Profile信息。

2.确认播放流是否进入Sink？

pactl list sink-inputs

这里要看Sink Input是否存在，是否路由到目标Sink。如果Sink存在但没有Sink Input，说明播放流还没有走到这个Sink，问题就不在ALSA层。

3.确认ALSA播放PCM是否存在？

cat /proc/asound/pcm

这里要看目标声卡有没有PCM播放设备，如果ALSA层没有播放PCM，PulseAudio就没有可以写入的底层设备。

4.确认ALSA设备是否被占用？

fuser -v /dev/snd/pcmC*D*p

如果目标PCM播放设备已经被其他进程占用，module-alsa-sink打开PCM时可能失败，后面自然不会进入正常写入链路。

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总结

把第8到10篇连起来看，PulseAudio从发现声卡到真正播放声音，中间其实分成三层。

1.module-udev-detect负责发现ALSA声卡，解决的是ALSA声卡在哪里？2.module-alsa-card负责创建Card、Profile、Port、Sink和Source，解决的是这张声卡在PulseAudio里应该长成什么样？3.module-alsa-sink负责打开ALSA playback PCM，并在IO线程里把Sink渲染后的音频写进去。

播放链路串联起来：

以后排查PulseAudio播放无声，按这个顺序定位：

1.先看Card是否存在？2.再看Profile是否选中？3.再看Sink是否创建？4.再看Sink Input是否进入目标Sink？5.最后看module-alsa-sink有没有把数据写入ALSA PCM？

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