深入理解 ALSA 声卡驱动：从理论到实践，解决嵌入式 Linux 声卡无声问题

📌 1. 引言

在嵌入式 Linux 设备上，ALSA（Advanced Linux Sound Architecture）是音频驱动的核心框架。
然而，在实际部署过程中，我们可能会遇到 声卡无声、通道不匹配、I2S 传输异常等问题。
本文将深入解析 ALSA 框架，分析常见的 ALSA 无声问题，并提供详细的解决方案。

📌 2. ALSA 框架核心概念

ALSA 主要由 四个核心层 组成：

💡 理解 ALSA 层次结构，有助于快速定位音频播放问题。

📌 3. 设备树（Device Tree）配置

在嵌入式平台上，ALSA 使用 ASoC（ALSA System-on-Chip） 绑定 SoC（I2S 控制器）与外部音频设备（如 DAC）。

🔹 设备树基本配置

sound {
    compatible = "simple-audio-card";
    simple-audio-card,name = "embedded-audio";
    simple-audio-card,format = "i2s";
    simple-audio-card,frame-master = <&cpu_dai>;
    simple-audio-card,bitclock-master = <&cpu_dai>;
    simple-audio-card,convert-mono-to-stereo;
    simple-audio-card,mclk-fs = <256>;

    cpu_dai: simple-audio-card,cpu {
        sound-dai = <&i2s_controller>;
        dai-tdm-slot-num = <1>;  // 单声道
        dai-tdm-slot-width = <32>;
        system-clock-frequency = <12288000>;
    };

    simple-audio-card,codec {
        sound-dai = <&audio_codec>;
    };
};

✅ 关键点解析

• sound-dai = <&i2s_controller>; 绑定 SoC 端 I2S 作为控制器
• convert-mono-to-stereo; 允许 ALSA 处理 Mono 音频
• dai-tdm-slot-num = <1>; 单声道（Mono），如果是 2 代表双声道（Stereo）
• system-clock-frequency = <12288000>; 确保 MCLK 正确配置

📌 4. 常见问题分析

🔹 问题 1：ALSA 设备无声

🔍 1.1 确认 aplay 是否在播放

aplay -D hw:0,0 -f S16_LE -r 48000 test.wav
cat /proc/asound/card0/pcm0p/sub0/status

如果输出

state: RUNNING

✅ 说明 ALSA 正在播放，但 I2S 或功放可能有问题。

如果输出

state: CLOSED

❌ 说明 aplay 没有正确启动音频流，可能是设备绑定失败。

🔍 1.2 检查 I2S 是否正确工作

dmesg | grep i2s

如果没有输出，说明 I2S 可能未启用。
✅ 解决方案：检查设备树

cat /proc/device-tree/i2s_controller/status

如果返回 disabled，修改设备树：

&i2s_controller {
    status = "okay";
    assigned-clocks = <&clk SYSTEM_AUDIO_CLOCK>;
    assigned-clock-rates = <12288000>;
};

然后重新编译设备树：

make dtbs
cp arch/arm64/boot/dts/platform-audio.dtb /boot/
reboot

🔹 问题 2：Channels count non available

🔍 2.1 设备是否支持 Mono

cat /proc/asound/card0/pcm0p/sub0/hw_params

如果输出：

channels: 2

说明 DAC 仍然认为自己是 Stereo，尝试转换 Mono 音频：

sox test.wav test_stereo.wav remix - repeat 1
aplay -D hw:0,0 -f S16_LE -r 48000 test_stereo.wav

🔹 问题 3：功放可能处于 Mute

🔍 3.1 解除 Mute

amixer -c 0 set PCM 100% unmute
echo 0 > /sys/class/gpio/gpioX/value  # X 需要根据设备树确定

如果 gpioX 控制 功放 的 Mute 引脚，执行这条命令后应该能恢复声音。

📌 5. 使用 ALSA 播放不同格式音频

🔹 5.1 直接播放 WAV 文件

aplay -D hw:0,0 -f S16_LE -r 48000 test.wav

🔹 5.2 使用 plughw 自动调整采样率

aplay -D plughw:0,0 -f S16_LE -r 8000 test.wav

🔹 5.3 播放 MP3（需要解码）

ffmpeg -i test.mp3 -f wav test.wav
aplay test.wav

📌 6. 使用 ALSA 直接播放音频数据

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <alsa/asoundlib.h>

#define SAMPLE_RATE 48000
#define DURATION 5  
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    snd_pcm_t *pcm_handle;
    snd_pcm_hw_params_t *params;
    int16_t buffer[BUFFER_SIZE] = {0};

    snd_pcm_open(&pcm_handle, "default", SND_PCM_STREAM_PLAYBACK, 0);
    snd_pcm_hw_params_alloca(&params);
    snd_pcm_hw_params_any(pcm_handle, params);
    snd_pcm_hw_params_set_access(pcm_handle, params, SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED);
    snd_pcm_hw_params_set_format(pcm_handle, params, SND_PCM_FORMAT_S16_LE);
    snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm_handle, params, 2);
    snd_pcm_hw_params_set_rate(pcm_handle, params, SAMPLE_RATE, 0);
    snd_pcm_hw_params(pcm_handle, params);

    for (int i = 0; i < (DURATION * SAMPLE_RATE) / BUFFER_SIZE; i++) {
        snd_pcm_writei(pcm_handle, buffer, BUFFER_SIZE);
    }

    snd_pcm_drain(pcm_handle);
    snd_pcm_close(pcm_handle);
    return 0;
}

✅ 这个 C 代码可用于测试 ALSA 是否正常工作。

📌 7. 总结

✅ ALSA 通过 simple-audio-card 绑定 I2S 和 DAC，确保音频数据正确传输。
✅ 常见问题包括 I2S 未启用、功放 Mute、PCM 通道不匹配等，需要逐步排查。
✅ 如果 aplay 播放 .wav 文件无声，但 ALSA 代码有声音，说明 ALSA 设备正常。

🚀 希望本文能帮助你深入理解 ALSA，并成功解决嵌入式 Linux 声卡无声问题！ 🎵