ALSA使用内存映射(MMAP)的录音实现（Ubuntu22）

在 ALSA 驱动中，mmap 的实现是一个复杂但高效的过程，它允许用户空间应用程序直接访问内核空间的 DMA 缓冲区。但需要硬件支持。

检查录音设备是否支持mmap

运行：

arecord -D default --dump-hw-params | grep ACCESS

输出：

Recording WAVE 'stdin' : Signed 16 bit Little Endian, Rate 8000 Hz, Mono
HW Params of device "default":
--------------------
ACCESS:  RW_INTERLEAVED
FORMAT:  U8 S16_LE S16_BE S24_LE S24_BE S32_LE S32_BE FLOAT_LE FLOAT_BE MU_LAW A_LAW S24_3LE S24_3BE
SUBFORMAT:  STD
SAMPLE_BITS: [8 32]
FRAME_BITS: [8 1024]

关键参数解读：

ACCESS:  RW_INTERLEAVED
...

这表明：

1. 只支持 RW_INTERLEAVED：这是标准的读/写访问模式
2. 不支持任何 MMAP 模式：包括 MMAP_INTERLEAVED、MMAP_NONINTERLEAVED或 MMAP_COMPLEX
3. 硬件/驱动限制：问题出在声卡驱动或硬件本身，不支持 DMA 缓冲区映射

当确认硬件支持mmap之后，再做接下来的步骤

录音示例（alsa_record_mmap.c）

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

unsigned int SAMPLE_RATE = 44100;
#define CHANNELS 2
#define FORMAT SND_PCM_FORMAT_S16_LE
#define BUFFER_FRAMES 1024

volatile sig_atomic_t stop_recording = 0;

void handle_signal(int sig) {
    printf("停止录音... \n");
    stop_recording = 1;
}

int main() {
    signal(SIGINT, handle_signal);

    snd_pcm_t *handle;
    snd_pcm_hw_params_t *params;
    FILE *file = fopen("audio.raw", "wb");

    // 打开默认录音设备
    if (snd_pcm_open(&handle, "default", SND_PCM_STREAM_CAPTURE, 0) < 0) {
        fprintf(stderr, "无法打开PCM设备\n");
        return 1;
    }

    // 分配硬件参数结构体
    snd_pcm_hw_params_alloca(&params);
    snd_pcm_hw_params_any(handle, params);

    // 设置参数 - 特别指定MMAP模式
    snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_MMAP_INTERLEAVED);
    snd_pcm_hw_params_set_format(handle, params, FORMAT);
    snd_pcm_hw_params_set_channels(handle, params, CHANNELS);
    snd_pcm_hw_params_set_rate_near(handle, params, &SAMPLE_RATE, 0);
    
    // 设置缓冲区大小
    snd_pcm_uframes_t buffer_size = BUFFER_FRAMES;
    snd_pcm_hw_params_set_buffer_size_near(handle, params, &buffer_size);

    // 应用参数
    if (snd_pcm_hw_params(handle, params) < 0) {
        fprintf(stderr, "无法设置参数\n");
        return 1;
    }

    // 准备音频设备
    if (snd_pcm_prepare(handle) < 0) {
        fprintf(stderr, "无法准备设备\n");
        return 1;
    }

    printf("开始录音（使用MMAP模式）... \n");

    while (!stop_recording) {
        // 获取指向MMAP内存区域的指针
        const snd_pcm_channel_area_t *areas;
        snd_pcm_uframes_t offset;
        snd_pcm_uframes_t frames = BUFFER_FRAMES;
        
        // 开始MMAP访问
        int status = snd_pcm_mmap_begin(handle, &areas, &offset, &frames);
        if (status < 0) {
            // 错误处理
            status = snd_pcm_recover(handle, status, 0);
            if (status < 0) {
                fprintf(stderr, "MMAP访问错误: %s\n", snd_strerror(status));
                break;
            }
            continue;
        }
        
        // 检查是否有可用数据
        if (frames == 0) {
            // 没有数据，等待或继续
            usleep(1000);
            snd_pcm_mmap_commit(handle, offset, 0);
            continue;
        }
        
        // 获取实际数据的指针
        unsigned char *data_ptr = (unsigned char*)areas[0].addr + (areas[0].first >> 3);
        
        // 计算偏移量和步长（每个样本的字节数）
        int sample_bytes = snd_pcm_format_physical_width(FORMAT) / 8;
        data_ptr += offset * (areas[0].step >> 3);
        
        // 将音频数据写入文件
        size_t bytes_to_write = frames * CHANNELS * sample_bytes;
        fwrite(data_ptr, 1, bytes_to_write, file);
        
        // 提交MMAP访问
        status = snd_pcm_mmap_commit(handle, offset, frames);
        if (status < 0 || (snd_pcm_sframes_t)frames != status) {
            // 处理提交错误
            if (snd_pcm_recover(handle, status, 0) < 0) {
                fprintf(stderr, "MMAP提交错误\n");
                break;
            }
        }
    }

    // 清理
    snd_pcm_drop(handle);
    snd_pcm_close(handle);
    fclose(file);
    printf("录音完成！保存为audio.raw\n");
    return 0;
}

编译和运行

编译命令:

gcc alsa_record_mmap.c -o alsa_record_mmap -lasound

运行：

./alsa_record_mmap

按下Ctrl+C停止录音，录音数据将保存为audio.raw

关键代码说明

1. 设置MMAP访问模式：

   snd_pcm_hw_params_set_access(handle, params, SND_PCM_ACCESS_MMAP_INTERLEAVED);
   

2. 添加设备准备步骤:

   if (snd_pcm_prepare(handle) < 0) {
       fprintf(stderr, "无法准备设备\n");
       return 1;
   }
   

3. MMAP数据处理流程:

   // 1. 开始MMAP访问
   snd_pcm_mmap_begin(handle, &areas, &offset, &frames);
   
   // 2. 计算数据指针和大小
   unsigned char *data_ptr = ...;
   size_t bytes_to_write = ...;
   
   // 3. 处理数据（保存到文件）
   fwrite(data_ptr, 1, bytes_to_write, file);
   
   // 4. 提交MMAP访问
   snd_pcm_mmap_commit(handle, offset, frames);
   

4. 指针计算：

   // 计算物理内存地址：
   data_ptr = (unsigned char*)areas[0].addr + (areas[0].first >> 3);
   data_ptr += offset * (areas[0].step >> 3);
   

​ 这些计算涉及内存对齐和字节偏移，是MMAP访问的核心.