隨著技術的發展，在工控領域中，也有許多地方出現了音頻的身影，為了滿足客戶的需求，英創公司也推出了音頻的方案。考慮到成本的問題，我們選用了市面上很便宜的USB音頻模塊，Linux內核中已經集成了使用ALSA架構的音頻模塊的驅動，市面上支持ALSA音頻驅動的USB音頻模塊都能夠直接使用，接上后就能夠識別出音頻設備。本篇文章中使用羅技型號為5572A的音頻模塊來作為示例，來介紹對USB音頻模塊的支持。

1、Linux內核配置

內核配置如下：
Device Drivers --->
<*> Sound card support --->
<*> Advanced Linux Sound Architecture --->
[*] USB sound devices --->
<*> USB Audio/MIDI driver

由于系統中已經集成了驅動，所以插上USB音頻模塊后，系統就能識別出聲卡設備，在目錄/dev/snd下可以查看接口，使用命令cat /proc/asound/device可以查看聲卡設備。要控制聲卡設備，需要使用內核提供的接口，接口都是由ALSA驅動提供的。

查看聲卡設備

2、ALSA庫的移植

ALSA標準是一個先進的linux聲音體系，表示高級Linux聲音體系結構(Advanced Linux Sound Architecture)。它包含內核驅動集合，API庫和工具對Linux聲音進行支持。ALSA 包含一系列內核驅動對不同的聲卡進行支持，還提供了libasound的API庫。

因為使用了ALSA庫，我們在編譯程序的時候要用到相關的頭文件和動態鏈接庫，所以在程序開發前，需要移植alsa-lib。

alsa-lib的移植過程：

1、下載源碼：http://www.alsa-project.org/main/index.php/Download

2、轉入工作目錄：cd alsa-lib-1.0.28

3、配置，生成Makefile
./configure --host=arm-none-linux-gnueabi --prefix=/home/hzc/alsa_lib --with-configdir=/etc --with-plugindir=/lib
4、編譯 make
5、安裝 make install

編譯成功后將生成的libasound.so庫文件，將libasound.so這個庫文件放到根文件系統/lib目錄下。必須還要把安裝生成的 alsa.conf（在--with-configdir所指向目錄下）拷貝到英創主板文件系統中--with-configdir所指向目錄下，否則程序執行會報錯，建議將--with-configdir指定到/etc目錄下。到此英創linux主板環境下alsa-lib庫的移植就完成了。

3、音頻應用程序簡介

ALSA由許多聲卡的聲卡驅動程序組成。應用程序開發需要使用libasound的API庫。libasound提供最高級并且編程方便的編程接口。并且提供一個設備邏輯命名功能，這樣開發者甚至不需要知道類似設備文件這樣的低層接口。

ALSA API 被主要分為以下幾種接口：
控制接口：提供管理聲卡注冊和請求可用設備的通用功能
PCM接口：管理數字音頻回放(playback)和錄音(capture)的接口。它是開發數字音頻程序最常用到的接口。
定時器(Timer)接口：為同步音頻事件提供對聲卡上時間處理硬件的訪問。

使用ALSA接口控制聲卡播放的典型流程為：

下面來看具體的程序，按照流程圖，首先應該是打開接口。API庫使用邏輯設備名而不是設備文件。設備名字可以是真實的硬件名字也可以是插件名字。硬件名字使用hw:i,j這樣的格式。其中i是卡號，j是這塊聲卡上的設備號。第一個聲音設備是hw:0,0這個別名默認引用第一塊聲音設備。插件使用另外的唯一名字。比如 plughw:0,0表示一個插件，這個插件不提供對硬件設備的訪問，而是提供像采樣率轉換這樣的軟件特性，硬件本身并不支持這樣的特性。

使用“plughw”接口，程序員不必過多關心硬件，而且如果設置的配置參數和實際硬件支持的參數不一致，ALSA 會自動轉換數據。如果使用“hw”接口，我們就必須檢測硬件是否支持設置的參數了。所以打開設備使用如下代碼：

char name[20]=' plughw:0,0';
rc=snd_pcm_open(&handle, name , SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);
if(rc<0)
{
perror('\nopen PCM device failed:');
exit(1);
}

接下來是設置硬件參數，常用的參數介紹如下：
樣本長度(sample)：樣本是記錄音頻數據最基本的單位，常見的有8位和16位。
通道數(channel)：該參數為1表示單聲道，2則是立體聲。
幀(frame)：楨記錄了一個聲音單元，其長度為樣本長度與通道數的乘積。
采樣率(rate)：每秒鐘采樣次數，該次數是針對幀而言。

為了設置音頻流的硬件參數，我們需要分配一個類型為snd_pcm_hw_param的變量。分配用到函數宏 snd_pcm_hw_params_alloca。
snd_pcm_hw_params_alloca(?ms);

下一步，我們使用函數snd_pcm_hw_params_any來初始化這個變量，傳遞先前打開的 PCM流句柄。
snd_pcm_hw_params_any(handle, params);

然后就可以調用API來設置我們所需的硬件參數。這些函數需要三個參數：PCM流句柄，參數類型，參數值。我們將需要播放的wav格式文件中的這些參數讀取出來設置到硬件中。對于采樣率而言，聲音硬件并不一定就精確地支持我們所定的采樣率，但是我們可以使用函數 snd_pcm_hw_params_set_rate_near來設置最接近我們指定的采樣率的采樣率。其實只有當我們調用函數 snd_pcm_hw_params后，硬件參數才會起作用。

具體的代碼如下：

snd_pcm_hw_params_alloca(?ms);//分配params結構體
if(rc<0)
{
perror('\nsnd_pcm_hw_params_alloca:');
exit(1);
}
rc=snd_pcm_hw_params_any(handle, params);//初始化params
if(rc<0)
{
perror('\nsnd_pcm_hw_params_any:');
exit(1);
}
rc=snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);/*初始化訪問權限，采用交錯模式。交錯訪問：在緩沖區的每個 PCM 幀都包含所有設置的聲道的連續的采樣數據。比如聲卡要播放采樣長度是 16-bit 的 PCM 立體聲數據，表示每個 PCM 幀中有 16-bit 的左聲道數據，然后是 16-bit 右聲道數據。
非交錯訪問：每個 PCM 幀只是一個聲道需要的數據，如果使用多個聲道，那么第一幀是第一個聲道的數據，第二幀是第二個聲道的數據，依此類推。*/

if(rc<0)
{
perror('\nsed_pcm_hw_set_access:');
exit(1);
}
//采樣位數
switch(bit/8)
{
case 1:snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_U8);
break ;
case 2:snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
break ;
case 3:snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, SND_PCM_FORMAT_S24_LE);
break ;
}
rc=snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, channels);//設置聲道,1表示單聲道，2表示立體聲
if(rc<0)
{
perror('\nsnd_pcm_hw_params_set_channels:');
exit(1);
}
val = frequency;
rc=snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &val, &dir);//設置頻率
if(rc<0)
{
perror('\nsnd_pcm_hw_params_set_rate_near:');
exit(1);
}
rc = snd_pcm_hw_params(handle, params);
if(rc<0)
{
perror('\nsnd_pcm_hw_params: ');
exit(1);
}

最后進行數據處理，播放選定的文件。每個聲卡都有一個硬件緩存區來保存記錄下來的樣本。當緩存區足夠滿時，聲卡將產生一個中斷。內核聲卡驅動然后使用直接內存(DMA)訪問通道將樣本傳送到內存中的應用程序緩存區。類似地，對于回放，任何應用程序使用DMA將自己的緩存區數據傳送到聲卡的硬件緩存區中。

這樣硬件緩存區是環緩存。也就是說當數據到達緩存區末尾時將重新回到緩存區的起始位置。ALSA維護一個指針來指向硬件緩存以及應用程序緩存區中數據操作的當前位置。從內核外部看，我們只對應用程序的緩存區感興趣，應用程序緩存區的大小可以通過ALSA庫函數調用來控制。緩存區可以很大，一次傳輸操作可能會導致不可接受的延遲，我們把它稱為延時(latency)。為了解決這個問題，ALSA將緩存區拆分成一系列周期(period)。

ALSA以period為單元來傳送數據。peroid_size 是PCM DMA單次傳送數據幀的大小。通過snd_pcm_hw_params_get_period_size()取得peroid_size，注意在ALSA中peroid_size是以frame為單位的，而 frame = channels * sample_size. 所以緩沖區大小的計算公式為：chunk_byte = period_size * bit_per_sample * hw_params.channels / 8（字節數(bytes) = 每周期的幀數* 樣本長度(bit) * 通道數 / 8 ）

rc=snd_pcm_hw_params_get_period_size(params, &frames, &dir);/*獲取周期長度*/
if(rc<0)
{
perror('\nsnd_pcm_hw_params_get_period_size:');
exit(1);
}
size = frames * datablock;/*字節數(bytes) = 每周期的幀數* 樣本長度(bit) * 通道數 / 8 ，假設采樣率為16即size=frames*16*2/8*/

buffer =(char*)malloc(size);
fseek(fp,58,SEEK_SET);//定位歌曲到數據區

while (1)
{
memset(buffer,0,sizeof(buffer));
ret = fread(buffer, 1, size, fp);
if(ret == 0)
{
printf('歌曲寫入結束\n');
break;
}
else if (ret != size)
{
}
//寫音頻數據到PCM設備，播放
while((ret = snd_pcm_writei(handle, buffer, frames))<0)
{
usleep(2000);
if (ret == -EPIPE)
{
/*EPIPE means underrun*/
fprintf(stderr, 'underrun occurred\n');
//完成硬件參數設置，使設備準備好
snd_pcm_prepare(handle);
}
else if (ret < 0)
{
fprintf(stderr, 'error from writei: %s\n',snd_strerror(ret));
}
}
}

這樣，我們便完成了一個具有播放wav文件功能的音頻程序，詳細的程序可以參考光盤中的例程。

在進行應用程序開發時，還需要將alsa-lib相關的頭文件添加到編譯工具的相關include目錄下，對應英創公司提供eclipse編譯環境，即如下圖所示，需要將 alsa-lib安裝目錄中 include目錄下的alsa文件夾復制到 PC機的C:\Program Files (x86)\CodeSourcery\Sourcery G++ Lite\arm-none-linux-gnueabi\libc\usr\include目錄下。

alsa的應用需要用到專用的動態庫libasound.so兩個文件，所以需要將這兩個文件復制到應用程序工程文件project目錄下，同時在eclipse環境對此程序編譯時，需要設置相應的編譯屬性。在Project Explorer視窗下，選擇需要設置的工程文件，然后點擊鼠標右鍵，選擇 Properties項，在窗口中選擇C/C++ Build -> Settings -> Tool Settings -> Sourcery G++ C++ Linker -> Libraries，如下圖所示。其中的一個窗口用于指定庫文件的名稱，一個用于指定庫文件的路徑。

這樣就能夠在eclipse的環境下進行應用程序的開發了。