瑞芯微-I2S|ALSA基础-3

一口君后面会陆续更新基于瑞芯微rk3568的I2S系列文章。

预计10篇左右。有对语音感兴趣的朋友，可以收藏该专题。

《瑞芯微 | I2S-音频基础 -1》

《瑞芯微-I2S | 音频驱动调试基本命令和工具-基于rk3568-2》

针对音频设备，linux内核中包含了两类音频设备驱动框架；

• OSS：开放声音系统

  包含dsp和mixer字符设备接口，应用访问底层硬件是直接通过sound设备节点实现的；

• ALSA：先进linux声音架构（Advanced Linux Sound Archiecture）

  以card和组件（PCM、mixer等）为组件，应用是通过ALSA提供的alsa-lib库访问底层硬件的操作，不再访问sound设备节点了

1.ALSA概述

ALSA由一系列的内核驱动、应用程序编程接口（API）以及支持linux下声音的应用程序组成、

ALSA项目发起的原因是linux下的声卡驱动（OSS）没有获得积极的维护，而且落后于新的声卡技术。

Jaroslav Kysela早先写了一个声卡驱动，并由此开始了ALSA项目，随后，更多的开发者加入到开发队伍中，更多的声卡获得支持，API的结构也获得了重组。目前已经成为了linux的主流音频体系结构。

ALSA的官网：

https://www.alsa-project.org/wiki/Main_Page

2. ALSA组件

ALSA系统包括：

• 1、alsa-driver：alsa系统驱动。

• 2、alsa-lib：alsa库，用户空间调用，和内核空间交互。

• 3、alsa-utils：命令行工具。

• 4、alsa-plugin：alsa插件。

• 5、alsa-tools：alsa工具。

在应用层，ALSA 为我们提供了 alsa-lib，在 Linux 内核设备驱动层，ALSA 提供了 alsa-driver。

Linux 应用程序只需要调用 alsa-lib 提供的 API，即可完成对底层音频硬件的控制。

linux内核中alsa的软件结构如下：

用户空间的 alsa-lib 对应用程序提供统一的 API 接口，隐藏了驱动层的实际细节，简化了应用程序的实现难度

但是由于 alsa-lib 也由于过大，因此在 android 等下也经常使用 tiny-alsa。

如上图所示，在 Linux 内核中，有对 alsa-driver 进一步的封装，即 alsa-soc。

ALSA框架从上到下依次为应用程序、ALSA Library API、ALSA CORE、ASoC CORE、硬件驱动程序、硬件设备；

• 应用程序：

  tinyplay/tinycap/tinymix，这些用户程序直接调用alsa用户库接口来实现放音、录音、控制；

• ALSA Library API：

  alsa用户库接口，对应用程序提供统一的API接口，这样可以隐藏了驱动层的实现细节，简化了应用程序的实现难度；常见有tinyalsa、alsa-lib；

• ALSA CORE：

  alsa核心层，向上提供逻辑设备（PCM/CTL/MIDI/TIMER/…）系统调用，向下驱动硬件设备（Machine/I2S/DMA/CODEC）；

• ASoC CORE：

  建立在标准ALSA CORE基础上，为了更好支持嵌入式系统和应用于移动设备的音频Codec的一套软件体系，它将音频硬件设备驱动划分为Codec、Platform 和 Machine；

• Hardware Driver：

  音频硬件设备驱动，由三大部分组成，分别是 Machine、Platform、Codec；

3.  ALSA 设备文件

Linux 系统下看到的设备文件结构如下：

rk3568_r:/ # cd /dev/snd/
rk3568_r:/dev/snd # ls -l
total 0
crw-rw---- 1 system audio 116,   4 2024-02-18 15:28 controlC0
crw-rw---- 1 system audio 116,   6 2024-02-18 15:28 controlC1
crw-rw---- 1 system audio 116,   3 2024-02-18 15:28 pcmC0D0c
crw-rw---- 1 system audio 116,   2 2024-02-18 15:28 pcmC0D0p
crw-rw---- 1 system audio 116,   5 2024-02-18 15:28 pcmC1D0p
crw-rw---- 1 system audio 116,  33 2024-02-18 15:28 timer

从上面能看到有如下设备文件：

controlC0 -->              用于声卡的控制,例如通道选择,混音,麦克控制，音量加减，开关等
controlC1
pcmC0D0c -->               用于录音的pcm设备
pcmC0D0p -->               用于播放的pcm设备
pcmC1D0p
timer    -->               定时器

有的平台还有以下设备节点：
midiC0D0  -->              用于播放midi音频
seq      -->               音序器

其中,C0、D0代表的是声卡0中的设备0

pcmC0D0c最后一个c代表capture

pcmC0D0p最后一个p代表playback

这些都是alsa-driver中的命名规则，从上面的列表可以看出,声卡下挂了6个设备

根据声卡的实际能力，驱动实际上可以挂载更多种类的设备，在include/sound/core.h 中,定义了以下设备类型，通常更关心的是 pcm 和 control 这两种设备，Default 一个声卡对应一个 Control 设备。

#define    SNDRV_DEV_TOPLEVEL    ((__force snd_device_type_t) 0)
#define    SNDRV_DEV_CONTROL    ((__force snd_device_type_t) 1)
#define    SNDRV_DEV_LOWLEVEL_PRE    ((__force snd_device_type_t) 2)
#define    SNDRV_DEV_LOWLEVEL_NORMAL ((__force snd_device_type_t) 0x1000)
#define    SNDRV_DEV_PCM        ((__force snd_device_type_t) 0x1001)
#define    SNDRV_DEV_RAWMIDI    ((__force snd_device_type_t) 0x1002)
#define    SNDRV_DEV_TIMER        ((__force snd_device_type_t) 0x1003)
#define    SNDRV_DEV_SEQUENCER    ((__force snd_device_type_t) 0x1004)
#define    SNDRV_DEV_HWDEP        ((__force snd_device_type_t) 0x1005)
#define    SNDRV_DEV_INFO        ((__force snd_device_type_t) 0x1006)
#define    SNDRV_DEV_BUS        ((__force snd_device_type_t) 0x1007)
#define    SNDRV_DEV_CODEC        ((__force snd_device_type_t) 0x1008)
#define    SNDRV_DEV_JACK          ((__force snd_device_type_t) 0x1009)
#define    SNDRV_DEV_COMPRESS    ((__force snd_device_type_t) 0x100A)
#define    SNDRV_DEV_LOWLEVEL    ((__force snd_device_type_t) 0x2000)

4. Linux ALSA 源码目录结构

在 Linux 源码中 ALSA 架构的代码在 /sound 下，Linux 5.0 的目录如下：

其中各主要子目录的作用如下：

core       该目录包含了ALSA 驱动的中间层，它是整个 ALSA 驱动的核心部分
core/oss   包含模拟旧的 OSS 架构的 PCM 和 Mixer 模块
core/seq   有关音序器相关的代码
drivers    放置一些与CPU、BUS架构无关的公用代码
i2c        ALSA自己的I2C控制代码
pci        pci声卡的顶层目录,子目录包含各种pci声卡的代码
isa        isa声卡的顶层目录，子目录包含各种isa声卡的代码
soc        针对 system-on-chip 体系的中间层代码，即ASOC代码
soc/rockchip 瑞芯微平台i2s控制器驱动代码
soc/codecs   针对soc 体系的各种 codec 的代码，与平台无关 
include    ALSA驱动的公共头文件目录，其路径为 /include/sound，该目录的头文件需要导出给用户空间的应用程序使用，通常，驱动模块私有的头文件不应放置在这里

更多目录结构信息可以参考：

 https://www.kernel.org/doc/html/latest/sound/kernel-api/writing-an-alsa-driver.html。

5.  ALSA核心数据结构

由于ASoC是建立在标准ALSA CORE上的一套软件体系，因此本篇博客重点介绍的都是ALSA CORE中的数据结构，并不涉及到ASoC CORE中的数据结构。

ALSA CORE中的数据结构大部分定义在include/sound/core.h、以及sound/core/目录下的文件中。

1) struct snd_card

linux内核中使用struct snd_card表示ALSA音频驱动中的声卡设备

struct snd_card可以说是整个ALSA音频驱动最顶层的一个结构，整个声卡的软件逻辑结构开始于该结构，

几乎所有与声音相关的逻辑设备都是在snd_card的管理之下

声卡驱动的第一个动作通常就是创建一个snd_card结构体。

@include/sound/core.h
    
/* main structure for soundcard */

struct snd_card {
 int number;   /* number of soundcard (index to
        snd_cards) */

 char id[16];   /* id string of this card */
 char driver[16];  /* driver name */
 char shortname[32];  /* short name of this soundcard */
 char longname[80];  /* name of this soundcard */
 char irq_descr[32];  /* Interrupt description */
 char mixername[80];  /* mixer name */
 char components[128];  /* card components delimited with
        space */
 struct module *module;  /* top-level module */

 void *private_data;  /* private data for soundcard */
 void (*private_free) (struct snd_card *card); /* callback for freeing of
        private data */
 struct list_head devices; /* devices */

 struct device ctl_dev;  /* control device */
 unsigned int last_numid; /* last used numeric ID */
 struct rw_semaphore controls_rwsem; /* controls list lock */
 rwlock_t ctl_files_rwlock; /* ctl_files list lock */
 int controls_count;  /* count of all controls */
 int user_ctl_count;  /* count of all user controls */
 struct list_head controls; /* all controls for this card */
 struct list_head ctl_files; /* active control files */

 struct snd_info_entry *proc_root; /* root for soundcard specific files */
 struct snd_info_entry *proc_id; /* the card id */
 struct proc_dir_entry *proc_root_link; /* number link to real id */

 struct list_head files_list; /* all files associated to this card */
 struct snd_shutdown_f_ops *s_f_ops; /* file operations in the shutdown
        state */
 spinlock_t files_lock;  /* lock the files for this card */
 int shutdown;   /* this card is going down */
 struct completion *release_completion;
 struct device *dev;  /* device assigned to this card */
 struct device card_dev;  /* cardX object for sysfs */
 const struct attribute_group *dev_groups[4]; /* assigned sysfs attr */
 bool registered;  /* card_dev is registered? */
 wait_queue_head_t remove_sleep;
 int offline;   /* if this sound card is offline */
 unsigned long offline_change;
 wait_queue_head_t offline_poll_wait;

#ifdef CONFIG_PM
 unsigned int power_state; /* power state */
 wait_queue_head_t power_sleep;
#endif

#if IS_ENABLED(CONFIG_SND_MIXER_OSS)
 struct snd_mixer_oss *mixer_oss;
 int mixer_oss_change_count;
#endif
};

@include/sound/core.h

struct snd_card {
    number: 声卡设备编号，通常从0开始，通过编号可以在snd_cards指针数组中找到对应的声卡设备；
    id[16]：声卡设备的标识符；
    driver：驱动名称；
    shortname：设备简称，更多地用于打印信息；
    longname：设备名称，会在具体驱动中设置，主要反映在/proc/asound/cards中；
    irq_descr：中断描述信息；
    mixername：混音器名称；
    components：声卡组件名称，由空格分隔；
    module：顶层模块；
    private_data：声卡的私有数据；
    private_free：释放私有数据的回调函数；
    devices：保存该声卡下所有逻辑设备的链表；链表中存放的数据类型为struct snd_device；
    ctl_dev：声卡Control设备内核设备结构体，其parent为card_dev，class为sound_class，主设备号为116；
    last_numid：存储注册snd_control时为其分配的编号；
    controls_rwsem：读写信号量，用于并发操作controls链表；
    ctl_files_rwlock：读写自旋锁，用于并发操作ctl_files链表；
    controls_count：controls链表的长度；
    user_ctl_count：用户控制设备的数量；
    controls：保存该声卡下所有控件（controls）的链表；该链表中存放的数据类型为struct snd_kcontrol；
    ctl_files：用于管理该card下的active的control设备；链表中存放的数据类型为struct snd_ctl_file；
    proc_root：声卡设备在proc文件系统的根目录；即/proc/asound/card%d目录；
    proc_root_link：指向/proc/asound/card%d的链接文件，文件名为id；
    files_list：保存此声卡相关的所有文件的链表；链表中存放的数据类型为struct snd_monitor_file；
    s_f_ops：关机状态下的文件操作；
    files_lock：自旋锁；
    shutdown：此声卡正在关闭；
    release_completion：释放完成；
    dev：分配给此声卡的设备，一般为平台设备的device；
    card_dev：声卡设备的内核设备结构体，card用于在sys中显示，用于代表该card；把snd_card看做是device的子类，其parent为dev，class为sound_class，未设置设备号devt（默认就是0）；
    dev_groups：分配的sysfs属性组；
    registered：声卡设备card_dev是否已注册；
    remove_sleep：等待队列头；
    power_state：电源状态；
    power_sleep：电源等待队列头；
};

每一个声卡设备的创建都是通过snd_card_new函数实现的，声卡设备被注册后都会被添加到全局snd_cards指针数组中；

@include/sound/core.h

int snd_card_new(struct device *parent, int idx, const char *xid,
   struct module *module, int extra_size,
   struct snd_card **card_ret);

@sound/core/init.c   
static struct snd_card *snd_cards[SNDRV_CARDS];

2) struct snd_device

声卡设备一般包含许多功能模块，比如PCM（录音和播放）、Control（声卡控制），因此ALSA将声卡的功能模块又抽象为一个逻辑设备，与之对应的数据结构就是struct snd_device；

@sound/core/device.c

struct snd_device {
        struct list_head list;          /* list of registered devices */
        struct snd_card *card;          /* card which holds this device */
        enum snd_device_state state;    /* state of the device */
        enum snd_device_type type;      /* device type */
        void *device_data;              /* device structure */
        struct snd_device_ops *ops;     /* operations */
};

    list：用于构建双向链表节点，该节点会添加到声卡设备snd_card的devices链表中；
    snd_card：表示当前声卡逻辑设备所属的声卡设备；
    state：表示当前声卡逻辑设备的状态；
    type：表示当前声卡逻辑设备的类型，比如pcm、control设备；
    device_data：一般用于存放具体的功能模块逻辑设备的结构，比如对于pcm逻辑设备存放的就是snd_pcm实例；
    ops：声卡逻辑设备的操作集；

每一个声卡逻辑设备的创建最终会调用snd_device_new来生成一个snd_device实例，并把该实例链接到snd_card的devices链表中。

通常，linux内核已经提供了一些常用的功能模块逻辑设备的创建函数，而不必直接调用snd_device_new，比如：snd_pcm_new、snd_ctl_create。

需要注意的是：声卡逻辑设备注册后会在**/dev/snd**目录下生成对应的字符设备文件。

3) struct snd_device_ops

linux中使用snd_device_ops来表示声卡逻辑设备的操作集；

@include/sound/core.h

struct snd_device_ops {
 int (*dev_free)(struct snd_device *dev);
 int (*dev_register)(struct snd_device *dev);
 int (*dev_disconnect)(struct snd_device *dev);
};

其中：

• dev_free：声卡逻辑设备释放函数，在卸载声卡设备时被调用；
• dev_register：声卡逻辑设备注册函数，在注册声卡设备被调用；
• dev_disconnect：声卡逻辑设备断开连接函数，在关闭声卡设备时被调用。

4) enum snd_device_state

linux内核使用snd_device_state表示声卡逻辑设备的状态

@include/sound/core.h

enum snd_device_state {
        SNDRV_DEV_BUILD,         // 构建中
        SNDRV_DEV_REGISTERED,    // 已经准备并准备就绪
        SNDRV_DEV_DISCONNECTED,  // 已断开连接
};

5) enum snd_device_type

linux内核使用snd_device_state表示声卡逻辑设备的类型

@include/sound/core.h

enum snd_device_type {
 SNDRV_DEV_LOWLEVEL,
 SNDRV_DEV_INFO,
 SNDRV_DEV_BUS,
 SNDRV_DEV_CODEC,
 SNDRV_DEV_PCM,
 SNDRV_DEV_COMPRESS,
 SNDRV_DEV_RAWMIDI,
 SNDRV_DEV_TIMER,
 SNDRV_DEV_SEQUENCER,
 SNDRV_DEV_HWDEP,
 SNDRV_DEV_JACK,
 SNDRV_DEV_CONTROL, /* NOTE: this must be the last one */
};

其中：

    SNDRV_DEV_LOWLEVEL：低级别硬件访问接口；
    SNDRV_DEV_INFO：信息查询接口；
    SNDRV_DEV_BUS：总线接口，如USB、PCI等；
    SNDRV_DEV_CODEC：编解码器设备；
    SNDRV_DEV_PCM：PCM 设备，包括输入输出设备以及混音器等；
    SNDRV_DEV_COMPRESS：压缩和解压缩设备；
    SNDRV_DEV_RAWMIDI：原始MIDI设备；
    SNDRV_DEV_TIMER：定时器设备；
    SNDRV_DEV_SEQUENCER：序列器设备；
    SNDRV_DEV_HWDEP：硬件依赖设备；
    SNDRV_DEV_JACK：JACK音频连接设备；
    SNDRV_DEV_CONTROL：control设备，此项必须放在最后；

6) struct snd_minor

linux内核使用snd_minor表示声卡逻辑设备上下文信息，它在调用snd_register_device函数注册声卡逻辑设备时被初始化，在声卡逻辑设备被使用时就可以从该结构体中得到相应的信息。

struct snd_minor {
        int type;                       /* SNDRV_DEVICE_TYPE_XXX */
        int card;                       /* card number */
        int device;                     /* device number */
        const struct file_operations *f_ops;    /* file operations */
        void *private_data;             /* private data for f_ops->open */
        struct device *dev;             /* device for sysfs */
        struct snd_card *card_ptr;      /* assigned card instance */
};

其中：

• type：设备类型，取值为 SNDRV_DEVICE_TYPE_XXX；
• card：声卡逻辑设备所属的声卡设备的编号；
• device：设备索引；
• f_ops：文件操作集。
• private_data：用户提供给 f_ops->open函数的私有数据指针；
• dev：声卡逻辑设备对应的 struct device 结构体指针；
• card_ptr：指向所属声卡设备；

每一个snd_minor的创建都是通过snd_register_device函数实现的，并被添加到全局snd_minors指针数组中；

static struct snd_minor *snd_minors[SNDRV_OS_MINORS];

6. alsa数据结构之间关系

为了更加形象的表示struct snd_card、struct snd_device、struct snd_minor 之间的关系，我们绘制了如下关系框图：

7. 内核中alsa几个主要函数

1） snd_register_device()

Linux 内核 ALSA 音频框架的其它部分需要创建音频设备文件时，调用 snd_register_device() 函数为声卡注册 ALSA 设备文件，该函数定义 (位于 sound/core/sound.c)

/**
 * snd_register_device - Register the ALSA device file for the card
 * @type: the device type, SNDRV_DEVICE_TYPE_XXX
 * @card: the card instance
 * @dev: the device index
 * @f_ops: the file operations
 * @private_data: user pointer for f_ops->open()
 * @device: the device to register
 *
 * Registers an ALSA device file for the given card.
 * The operators have to be set in reg parameter.
 *
 * Return: Zero if successful, or a negative error code on failure.
 */
int snd_register_device(int type, struct snd_card *card, int dev,
   const struct file_operations *f_ops,
   void *private_data, struct device *device)
 int minor;
 int err = 0;
 struct snd_minor *preg;

 if (snd_BUG_ON(!device))
  return -EINVAL;

 preg = kmalloc(sizeof *preg, GFP_KERNEL);
 if (preg == NULL)
  return -ENOMEM;
 preg->type = type;
 preg->card = card ? card->number : -1;
 preg->device = dev;
 preg->f_ops = f_ops;
 preg->private_data = private_data;
 preg->card_ptr = card;
 mutex_lock(&sound_mutex);
 minor = snd_find_free_minor(type, card, dev);
 if (minor < 0) {
  err = minor;
  goto error;
 }

 preg->dev = device;
 device->devt = MKDEV(major, minor);
 err = device_add(device);
 if (err < 0)
  goto error;

 snd_minors[minor] = preg;
 error:
 mutex_unlock(&sound_mutex);
 if (err < 0)
  kfree(preg);
 return err;
}
EXPORT_SYMBOL(snd_register_device);

参数说明如下

type：  设备类型
card：  声卡实例
dev：   设备索引
f_ops： 文件操作。用户空间程序对设备文件的各种操作，都将由这里传入的文件操作执行。
private_data：f_ops->open() 要用到的用户指针
device：要注册的设备

snd_register_device() 函数的执行过程如下：

1. 分配 struct snd_minor 对象，并初始化它；
2. 为要注册的设备寻找可用的从设备号。这有两种策略，一种是动态从设备号，另一种是静态从设备号。无论是哪种策略，SEQUENCER 和 TIMER 类型的设备的从设备号都是固定的 1 和 33。其它类型的设备，在动态从设备号策略中，顺序查找可用的从设备号；在静态从设备号策略中，根据声卡索引、设备类型和设备索引构造从设备号；
3. 构造包含主设备号和从设备号的设备号；
4. 向设备层次体系结构添加设备；
5. 将 struct snd_minor 对象指针保存在 struct snd_minor 对象指针数组中。

2） device_add()

snd_register_device() 函数调用 device_add() 函数向设备层次体系结构添加设备，这个函数定义 (位于 drivers/base/core.c) 如下：

int device_add(struct device *dev)
{
 struct device *parent;
 struct kobject *kobj;
 struct class_interface *class_intf;
 int error = -EINVAL;
 struct kobject *glue_dir = NULL;

 dev = get_device(dev);
 if (!dev)
  goto done;

 if (!dev->p) {
  error = device_private_init(dev);
  if (error)
   goto done;
 }

 /*
  * for statically allocated devices, which should all be converted
  * some day, we need to initialize the name. We prevent reading back
  * the name, and force the use of dev_name()
  */
 if (dev->init_name) {
  dev_set_name(dev, "%s", dev->init_name);
  dev->init_name = NULL;
 }

 /* subsystems can specify simple device enumeration */
 if (!dev_name(dev) && dev->bus && dev->bus->dev_name)
  dev_set_name(dev, "%s%u", dev->bus->dev_name, dev->id);

 if (!dev_name(dev)) {
  error = -EINVAL;
  goto name_error;
 }

 pr_debug("device: '%s': %s\n", dev_name(dev), __func__);

 parent = get_device(dev->parent);
 kobj = get_device_parent(dev, parent);
 if (IS_ERR(kobj)) {
  error = PTR_ERR(kobj);
  goto parent_error;
 }
 if (kobj)
  dev->kobj.parent = kobj;

 /* use parent numa_node */
 if (parent && (dev_to_node(dev) == NUMA_NO_NODE))
  set_dev_node(dev, dev_to_node(parent));

 /* first, register with generic layer. */
 /* we require the name to be set before, and pass NULL */
 error = kobject_add(&dev->kobj, dev->kobj.parent, NULL);
 if (error) {
  glue_dir = get_glue_dir(dev);
  goto Error;
 }

 /* notify platform of device entry */
 error = device_platform_notify(dev, KOBJ_ADD);
 if (error)
  goto platform_error;

 error = device_create_file(dev, &dev_attr_uevent);
 if (error)
  goto attrError;

 error = device_add_class_symlinks(dev);
 if (error)
  goto SymlinkError;
 error = device_add_attrs(dev);
 if (error)
  goto AttrsError;
 error = bus_add_device(dev);
 if (error)
  goto BusError;
 error = dpm_sysfs_add(dev);
 if (error)
  goto DPMError;
 device_pm_add(dev);

 if (MAJOR(dev->devt)) {
  error = device_create_file(dev, &dev_attr_dev);
  if (error)
   goto DevAttrError;

  error = device_create_sys_dev_entry(dev);
  if (error)
   goto SysEntryError;

  devtmpfs_create_node(dev);
 }

 /* Notify clients of device addition.  This call must come
  * after dpm_sysfs_add() and before kobject_uevent().
  */
 if (dev->bus)
  blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->p->bus_notifier,
          BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE, dev);

 kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);

 /*
  * Check if any of the other devices (consumers) have been waiting for
  * this device (supplier) to be added so that they can create a device
  * link to it.
  *
  * This needs to happen after device_pm_add() because device_link_add()
  * requires the supplier be registered before it's called.
  *
  * But this also needs to happen before bus_probe_device() to make sure
  * waiting consumers can link to it before the driver is bound to the
  * device and the driver sync_state callback is called for this device.
  */
 if (dev->fwnode && !dev->fwnode->dev) {
  dev->fwnode->dev = dev;
  fw_devlink_link_device(dev);
 }

 bus_probe_device(dev);
 if (parent)
  klist_add_tail(&dev->p->knode_parent,
          &parent->p->klist_children);

 if (dev->class) {
  mutex_lock(&dev->class->p->mutex);
  /* tie the class to the device */
  klist_add_tail(&dev->p->knode_class,
          &dev->class->p->klist_devices);

  /* notify any interfaces that the device is here */
  list_for_each_entry(class_intf,
        &dev->class->p->interfaces, node)
   if (class_intf->add_dev)
    class_intf->add_dev(dev, class_intf);
  mutex_unlock(&dev->class->p->mutex);
 }
done:
 put_device(dev);
 return error;
 SysEntryError:
 if (MAJOR(dev->devt))
  device_remove_file(dev, &dev_attr_dev);
 DevAttrError:
 device_pm_remove(dev);
 dpm_sysfs_remove(dev);
 DPMError:
 bus_remove_device(dev);
 BusError:
 device_remove_attrs(dev);
 AttrsError:
 device_remove_class_symlinks(dev);
 SymlinkError:
 device_remove_file(dev, &dev_attr_uevent);
 attrError:
 device_platform_notify(dev, KOBJ_REMOVE);
platform_error:
 kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_REMOVE);
 glue_dir = get_glue_dir(dev);
 kobject_del(&dev->kobj);
 Error:
 cleanup_glue_dir(dev, glue_dir);
parent_error:
 put_device(parent);
name_error:
 kfree(dev->p);
 dev->p = NULL;
 goto done;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(device_add);

device_add() 函数调用 device_create_file() 和 devtmpfs_create_node() 等函数在 sysfs 和 devtmpfs 文件系统中创建文件。

内核各模块通过 devtmpfs_create_node() 函数创建 devtmpfs 文件，这个函数定义 (位于 drivers/base/devtmpfs.c) 如下：

static int devtmpfs_submit_req(struct req *req, const char *tmp)
{
 init_completion(&req->done);

 spin_lock(&req_lock);
 req->next = requests;
 requests = req;
 spin_unlock(&req_lock);

 wake_up_process(thread);
 wait_for_completion(&req->done);

 kfree(tmp);

 return req->err;
}

int devtmpfs_create_node(struct device *dev)
{
 const char *tmp = NULL;
 struct req req;

 if (!thread)
  return 0;

 req.mode = 0;
 req.uid = GLOBAL_ROOT_UID;
 req.gid = GLOBAL_ROOT_GID;
 req.name = device_get_devnode(dev, &req.mode, &req.uid, &req.gid, &tmp);
 if (!req.name)
  return -ENOMEM;

 if (req.mode == 0)
  req.mode = 0600;
 if (is_blockdev(dev))
  req.mode |= S_IFBLK;
 else
  req.mode |= S_IFCHR;

 req.dev = dev;

 return devtmpfs_submit_req(&req, tmp);
}

这个函数通过 device_get_devnode() 函数获得 devtmpfs 设备文件的文件名，创建一个 devtmpfs 设备文件创建请求，并提交。在 devtmpfs_submit_req() 函数中，可以看到所有的请求由单链表维护，新的请求被放在单链表的头部。

device_get_devnode() 函数定义 (位于 drivers/base/core.c) 如下：

const char *device_get_devnode(struct device *dev,
          umode_t *mode, kuid_t *uid, kgid_t *gid,
          const char **tmp)
{
 char *s;

 *tmp = NULL;

 /* the device type may provide a specific name */
 if (dev->type && dev->type->devnode)
  *tmp = dev->type->devnode(dev, mode, uid, gid);
 if (*tmp)
  return *tmp;

 /* the class may provide a specific name */
 if (dev->class && dev->class->devnode)
  *tmp = dev->class->devnode(dev, mode);
 if (*tmp)
  return *tmp;

 /* return name without allocation, tmp == NULL */
 if (strchr(dev_name(dev), '!') == NULL)
  return dev_name(dev);

 /* replace '!' in the name with '/' */
 s = kstrdup(dev_name(dev), GFP_KERNEL);
 if (!s)
  return NULL;
 strreplace(s, '!', '/');
 return *tmp = s;
}

device_get_devnode() 函数按照一定的优先级，尝试从几个地方获得设备文件名：

1. 设备的设备类型 struct device_type 的 devnode 操作；
2. 设备的总线 struct class 的 devnode 操作；
3. 设备名字。对于音频设备，我们在 sound/sound_core.c 文件中看到，其总线 struct class 的 devnode 操作定义如下：

static char *sound_devnode(struct device *dev, umode_t *mode)
{
 if (MAJOR(dev->devt) == SOUND_MAJOR)
  return NULL;
 return kasprintf(GFP_KERNEL, "snd/%s", dev_name(dev));
}

3） snd_unregister_device()

注销 ALSA 设备文件 当不再需要某个 ALSA 设备文件时，可以注销它，这通过 snd_unregister_device() 函数完成。snd_unregister_device() 函数定义 (位于 sound/core/sound.c)

int snd_unregister_device(struct device *dev)
{
 int minor;
 struct snd_minor *preg;

 mutex_lock(&sound_mutex);
 for (minor = 0; minor < ARRAY_SIZE(snd_minors); ++minor) {
  preg = snd_minors[minor];
  if (preg && preg->dev == dev) {
   snd_minors[minor] = NULL;
   device_del(dev);
   kfree(preg);
   break;
  }
 }
 mutex_unlock(&sound_mutex);
 if (minor >= ARRAY_SIZE(snd_minors))
  return -ENOENT;
 return 0;
}
EXPORT_SYMBOL(snd_unregister_device);

这个函数根据传入的设备，查找对应的 struct snd_minor 对象，找到时，则从系统中删除设备，这包括删除 devtmpfs 文件系统中的设备文件等，并释放 struct snd_minor 对象。

在 snd_register_device() 函数中可以看到，是给设备计算了设备号的，这里不能获取设备号，并根据设备号在 struct snd_minor 对象指针数组中快速查找么？

音频设备文件的文件操作 注册音频字符设备时，绑定的文件操作是 snd_fops，这个文件操作只定义了 open 和 llseek 两个操作，其中 llseek 操作 noop_llseek 的定义 (位于 fs/read_write.c) 如下：

loff_t noop_llseek(struct file *file, loff_t offset, int whence)
{
 return file->f_pos;
}
EXPORT_SYMBOL(noop_llseek);

这个操作基本上什么也没做。

open 操作 snd_open 的定义 (位于 sound/core/sound.c) 如下：

static int snd_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
 unsigned int minor = iminor(inode);
 struct snd_minor *mptr = NULL;
 const struct file_operations *new_fops;
 int err = 0;

 if (minor >= ARRAY_SIZE(snd_minors))
  return -ENODEV;
 mutex_lock(&sound_mutex);
 mptr = snd_minors[minor];
 if (mptr == NULL) {
  mptr = autoload_device(minor);
  if (!mptr) {
   mutex_unlock(&sound_mutex);
   return -ENODEV;
  }
 }
 new_fops = fops_get(mptr->f_ops);
 mutex_unlock(&sound_mutex);
 if (!new_fops)
  return -ENODEV;
 replace_fops(file, new_fops);

 if (file->f_op->open)
  err = file->f_op->open(inode, file);
 return err;
}

这个函数：

1. 从 struct inode 中获得音频设备文件的从设备号；
2. 根据从设备号，在 struct snd_minor 对象指针数组中，找到对应的 struct snd_minor 对象；
3. 从 struct snd_minor 对象获得它的文件操作，即注册 ALSA 设备文件时传入的文件操作；
4. 将 struct file 的文件操作替换为获得的文件操作；
5. 执行新的文件操作的 open 操作。

具体详细的函数，后面驱动分析章节会继续分析讨论。