ALSA hw_params 参数协商

平台：100ask i.MX6ULL Pro 内核：NXP BSP Linux 4.9.88本文：在 hw:0,0 上对照一次成功播放与三类协商失败，看参数的合法范围从哪来、snd_pcm_hw_refine 如何求交

概念对照：Writing an ALSA Driver · Constraints（与 4.9 一致）。

1. 本文要回答什么
2. 先看本声卡参数合法范围
3. 成功：48 kHz 与 hw_params 文件
4. 失败：96 kHz / U8 / 8 声道
5. 同一请求，aplay 为何只告警不失败
6. open：各层 startup 与能力求交
7. dump 与 rule：上下界之外还有离散限制
- 7.1 complete：dump 表怎样从 runtime->hw 得来
- 7.2 区间内也会失败：rule 比 dump 更严
8. refine：与 hw_constraints 求交
9. 和播放路径文的衔接
附录 A 源码索引
附录 B 常用 constraint API

1. 本文要回答什么

播放和录音要设 48 kHz / S16_LE / 立体声时，内核凭什么说可行？要 96 kHz 或 U8 时，失败发生在哪一步？

下文命令均在板端对 hw:0,0（播放，pcmC0D0p） 执行；录音侧求交公式相同，仅 stream 方向不同。

2. 先看本声卡参数合法范围

bash

aplay -D hw:0,0 --dump-hw-params /dev/zero

输出（节选）：

text

HW Params of device "hw:0,0":
--------------------
ACCESS:  MMAP_INTERLEAVED RW_INTERLEAVED
FORMAT:  S16_LE S24_LE S32_LE
CHANNELS: [1 2]
RATE: [8000 48000]
--------------------
aplay: set_params:1341: Sample format non available

解析：

行	含义	内核侧对应
`FORMAT: S16_LE S24_LE S32_LE`	只能选这些位	mask：位图 AND，不支持的位清掉
`CHANNELS: [1 2]`、`RATE: [8000 48000]`	只能落在区间内	interval：取重叠段

RATE 这一行只是上下界，不是「8000～48000 内任意 Hz 都行」；离散的取值点由后面的 rules 再收紧（见 §7）。

末尾报错是因为 aplay 对 /dev/zero 默认按 U8（无符号 8 bit PCM）去设参数，而 U8 不在 FORMAT 列表里——这本身就是一次「mask 求交为空」。看中间那块表即可。

3. 成功：48 kHz 与 hw_params 文件

用已推到板端的 48 kHz / S16 / 立体声 WAV（与 dump 中 RATE、FORMAT、CHANNELS 都重叠）：

bash

aplay -D hw:0,0 -d 3 /tmp/out48.wav &
sleep 0.5
cat /proc/asound/card0/pcm0p/sub0/hw_params

aplay：

text

Playing WAVE '/tmp/out48.wav' : Signed 16 bit Little Endian, Rate 48000 Hz, Stereo

播放过程中 hw_params：

text

access: RW_INTERLEAVED
format: S16_LE
subformat: STD
channels: 2
rate: 48000 (48000/1)
period_size: 4096
buffer_size: 16384

若 cat 时已显示 closed，说明 PCM 已关掉（-d 太短或 sleep 太晚）。必须在仍在播放时读。

上表就是协商成功后的结果：格式、采样率、通道等已经定死，驱动也按这些值配好了硬件。接下来才是 prepare、写数据（见播放路径）。

4. 失败：96 kHz / U8 / 8 声道

三类请求都落在 §2 合法范围之外，求交结果为空，用户态拿到 -EINVAL（或 alsa-lib 转成的英文提示）。

4.1 采样率：`speaker-test` 设置 96 kHz

bash

speaker-test -D hw:0,0 -r 96000 -c 2 -t sine -l 1

text

Stream parameters are 96000Hz, S16_LE, 2 channels
Rate 96000Hz not available for playback: Invalid argument
Setting of hwparams failed: Invalid argument

对照 dump：RATE: [8000 48000]。96 kHz 与该 interval 无重叠 → interval 求交失败。

4.2 格式：设置 U8（无符号 8 bit）

U8 即 SNDRV_PCM_FORMAT_U8：每个样点 1 字节、无符号。本卡只声明有符号 16/24/32 bit。

bash

aplay -D hw:0,0 -r 48000 -f U8 -c 2 -d 1 /dev/zero

text

aplay: set_params:1341: Sample format non available
Available formats:
- S16_LE
- S24_LE
- S32_LE

对照 dump：FORMAT 三位图里没有 U8 → mask 求交失败。

4.3 声道：设置 8 声道

bash

aplay -D hw:0,0 -c 8 -r 48000 -f S16_LE -d 1 /dev/zero

text

aplay: set_params:1347: Channels count non available

对照 dump：CHANNELS: [1 2] → 同样是 interval 求交失败。

归纳：

text

应用请求（rate / format / channels …）
        │
        ▼
  与 hw_constraints 求交（mask → interval → rules）
        │
        ├─ 仍有合法组合 → HW_PARAMS 选定唯一值（§3）
        └─ 某一维变成空集 → -EINVAL（本节三条）

5. 同一请求，aplay 为何只告警不失败

再对 96 kHz 用 aplay（注意与 §4.1 对比）：

bash

aplay -D hw:0,0 -r 96000 -f S16_LE -c 2 -d 1 /dev/zero

text

Warning: rate is not accurate (requested = 96000Hz, got = 48000Hz)
         please, try the plug plugin

aplay 对采样率走的是 set_rate_near：在合法 interval 里找最接近的值（本卡即 48000），协商成功，只是结果不是你写的数字。speaker-test 按给定 rate 硬设，96 kHz 直接 -EINVAL。

6. open：各层 startup 与能力求交

前面 dump、成功和失败，都已经假定声卡上有一张合法参数范围的表。这张表是在 open 里，把 CPU DAI 与 Codec 的能力求交后得到的。

本板播放：CPU DAI（fsl_sai / SAI2）+ Platform（imx-pcm-dma-v2）+ Codec DAI（WM8960）+ Machine（imx-wm8960）。从节点进到 ASoC 见 /dev/snd 设备节点 §6。与协商相关的顺序：

text

snd_pcm_open_substream()                            // pcm_native.c
  │
  ├─ snd_pcm_hw_constraints_init()                  // 默认 mask/interval + 规则
  │
  ├─ substream->ops->open → soc_pcm_open()          // soc-pcm.c
  │     ├─ cpu_dai->ops->startup → fsl_sai_startup
  │     │     snd_pcm_hw_constraint_list(RATE, fsl_sai_rates)
  │     │     （本 SoC 还可能 constraint_step(PERIOD_SIZE)）
  │     ├─ platform->ops->open → imx_pcm_open
  │     │     snd_soc_set_runtime_hwparams(…, imx_pcm_hardware)
  │     │     snd_pcm_hw_constraint_integer(PERIODS)
  │     ├─ codec_dai->ops->startup → WM8960 通常无
  │     ├─ dai_link->ops->startup → imx_hifi_startup
  │     │     本板 DTS 有 codec-master → 不挂板级 rate list
  │     │     （无 codec-master 时会 constraint_list(8k/16k/32k/48k)）
  │     ├─ soc_pcm_init_runtime_hw()                // 两端 playback 求交 → runtime->hw
  │     └─ 检查 rates / formats / channels 非空
  │
  └─ snd_pcm_hw_constraints_complete()              // 见 §7.1

各层 startup / open 先追加 constraint、先写一份 runtime->hw；然后 soc_pcm_init_runtime_hw 用 DAI 驱动里的 playback 描述求交；回到 open_substream 再 complete。

两端能力声明（节选）：

/* sound/soc/codecs/wm8960.c — 用标准位图列出离散率 */
#define WM8960_RATES SNDRV_PCM_RATE_8000_48000
/* = 8k|11.025k|16k|22.05k|32k|44.1k|48k；formats: S16/S20_3/S24/S32_LE */
.playback = {
	.channels_min = 1, .channels_max = 2,
	.rates = WM8960_RATES, .formats = WM8960_FORMATS,
},

/* sound/soc/fsl/fsl_sai.c — rates 标 KNOT，具体名单不在标准位里 */
.playback = {
	.channels_min = 1, .channels_max = 32,
	.rate_min = 8000, .rate_max = 2822400,   /* 只是上下界，不是任意 Hz */
	.rates = SNDRV_PCM_RATE_KNOT, .formats = FSL_SAI_FORMATS,
},
/* 真正离散名单在 startup 挂上： */
static const unsigned int fsl_sai_rates[] = {
	8000, 11025, 12000, 16000, 22050, 24000, 32000, 44100, 48000,
	64000, 88200, 96000, /* … 直到 2822400 */
};
/* fsl_sai_startup → snd_pcm_hw_constraint_list(RATE, fsl_sai_rates) */

SAI 的 KNOT 表示标准位概括不了该集合，以 rate_min/max 和 constraint_list 为准。CPU DAI 的采样率限制因此有两层：声明里的上下界 + fsl_sai_rates[] 名单。

合并逻辑（4.9.88 soc_pcm_init_runtime_hw，本板 num_codecs == 1）：

/* 先累加 Codec，再与 CPU DAI 求交 → runtime->hw */
formats &= codec_stream->formats;
rates = snd_pcm_rate_mask_intersect(codec_stream->rates, rates);
/* … channels / rate_min/max 同理取严格的约束 … */
hw->formats = formats & cpu_stream->formats;   /* 若已有初值则 &= */
hw->rates = snd_pcm_rate_mask_intersect(rates, cpu_stream->rates);
snd_pcm_limit_hw_rates(runtime);

snd_pcm_rate_mask_intersect 对 KNOT / CONTINUOUS 有单独分支（一侧是这类标志时，结果取另一侧的标准位图）。本板 Codec 是 WM8960_RATES、CPU 是 KNOT，求交后 hw->rates 只留下 Codec 那几个标准位，不再带 KNOT。
注意：这只改了 runtime->hw.rates 位图；SAI 在 startup 挂上的 fsl_sai_rates list 仍在约束表里，后面 refine 还要再过一遍名单。

合并后若 rates / formats 为空或 channels_min > channels_max，open 失败并 printk No matching rates/formats/channels。例如把 Codec 的 rates 改成与 CPU 完全无交集位，会在 open 就失败，到不了 §4 那种已经打开后再设参数的阶段。上面测试的失败例子均发生在 open 已成功之后，dmesg 通常没有该行。

求交结果写在 runtime->hw 里。还要经 constraints_complete 写进约束表，才会变成 §2 那种 dump；且 dump 的上下界之外，还有更严的离散 rule（下两节）。

7. dump 与 rule：上下界之外还有离散限制

7.1 `complete`：dump 表怎样从 `runtime->hw` 得来

snd_pcm_hw_constraints_complete()（pcm_native.c）把合并后的 runtime->hw 写进约束表，例如：

snd_pcm_hw_constraint_mask64(runtime, FORMAT, hw->formats);
snd_pcm_hw_constraint_minmax(runtime, CHANNELS,
			     hw->channels_min, hw->channels_max);
snd_pcm_hw_constraint_minmax(runtime, RATE,
			     hw->rate_min, hw->rate_max);
/* hw->rates 不含 CONTINUOUS/KNOT 时，再挂离散采样率规则： */
snd_pcm_hw_rule_add(…, snd_pcm_hw_rule_rate, hw, RATE, -1);

因此 §2 dump 里能直接看到：

FORMAT: S16_LE S24_LE S32_LE ← hw->formats（mask）
CHANNELS: [1 2]、RATE: [8000 48000] ← minmax（interval）

RATE 这一行只反映 上下界；是否每个整数 Hz 都合法，还要看 rules。

7.2 区间内也会失败：rule 比 dump 更严

本板在 complete 时因 hw->rates 已是 WM8960 离散位图，会挂上 snd_pcm_hw_rule_rate：只允许 snd_pcm_known_rates 里对应位置为 1 的标准率（8k / 11.025k / 16k / 22.05k / 32k / 44.1k / 48k 等，不含 12k / 24k）。
fsl_sai_startup 另挂的 constraint_list 与上述规则一起参与 refine，最终取更严格的一侧。

板端对照（均在 dump 的 [8000 48000] 内）：

bash

speaker-test -D hw:0,0 -r 44100 -c 2 -t sine -l 1   # OK
speaker-test -D hw:0,0 -r 9000  -c 2 -t sine -l 1   # FAIL：不在标准率 / list
speaker-test -D hw:0,0 -r 12000 -c 2 -t sine -l 1   # FAIL：不在 WM8960_RATES 位图

text

44100: Rate set to 44100Hz …
9000 / 12000: Rate … not available … Invalid argument

读 dump 时：先看 interval / mask 上下界，再想到 rules 会再砍一刀；「在 [8000 48000] 里」不等于「任意整数 Hz 都能设」。

8. refine：与 `hw_constraints` 求交

约束表就绪后，用户态每次 refine / hw_params 进入 snd_pcm_hw_refine()：

text

snd_pcm_hw_refine(substream, params)
  │
  ├─ 对每个 mask：snd_mask_refine（§4.2 U8）
  ├─ 对每个 interval：snd_interval_refine（§4.1 96k、§4.3 8ch）
  └─ 循环执行 rules[]（§7.2 的 rate list / rule_rate 等），直到稳定

/* sound/core/pcm_native.c — snd_pcm_hw_refine（4.9.88，节选） */
for (k = FIRST_MASK; k <= LAST_MASK; k++)
	changed = snd_mask_refine(m, constrs_mask(constrs, k));
for (k = FIRST_INTERVAL; k <= LAST_INTERVAL; k++)
	changed = snd_interval_refine(i, constrs_interval(constrs, k));
do {
	again = 0;
	for (k = 0; k < constrs->rules_num; k++)
		/* 依赖参数有变则 r->func(params, r) */
} while (again);

真正设参数（HW_PARAMS）时，内核会再做一遍上面的 refine，然后挑出一组具体数值（snd_pcm_hw_params_choose），再调用各层驱动的 hw_params 去配硬件（见播放路径 §3.2）。

驱动若要追加约束，必须挂在 §6 那次 startup / open 里；挂晚了，这一轮协商用不上。常用约束 API 见附录 B。

9. 和播放路径文的衔接

层次	动作	本文对应
用户态	`set_rate` / `set_rate_near` / `set_format` …	§4 硬失败；§5 near；§7.2 离散率
ASoC	`soc_pcm_open` → `init_runtime_hw` →（返回后）`constraints_complete`	§6～§7
ALSA 核心	`snd_pcm_hw_refine`（含 rules）	§8
之后	各层 `hw_params` 配 SAI / Codec 时钟	播放路径 §3.2

排查口诀：

open 失败且 dmesg 含 No matching … → DAI 能力交集为空（§6）；
请求在 dump 区间外（96k / U8 / 8ch）→ mask / interval 空集（§4）；
请求在区间内仍失败（9k / 12k）→ rules / 位图比 dump 更严（§7.2）；
只告警 rate not accurate（§5）→ near 已改到合法值，不是空集。

附录 A 源码索引

文件（相对 BSP 内核树）	角色
`sound/core/pcm_native.c` — `snd_pcm_hw_constraints_*`、`snd_pcm_hw_refine`	约束表生命周期与 refine
`sound/core/pcm_lib.c` — `snd_pcm_hw_rule_add`、`snd_pcm_hw_constraint_*`	约束挂接
`sound/soc/soc-pcm.c` — `soc_pcm_open`、`soc_pcm_init_runtime_hw`	ASoC 能力合并；`No matching …`
`sound/soc/codecs/wm8960.c` — `WM8960_RATES` / `WM8960_FORMATS`	Codec 能力；求交后留下的 rates 位图
`sound/soc/fsl/fsl_sai.c` — `fsl_sai_startup`	CPU DAI；`constraint_list(RATE)`
`sound/soc/fsl/imx-wm8960.c` — `imx_hifi_startup`	Machine；本板 `codec-master` 不挂板级 list
`sound/soc/fsl/imx-pcm-dma-v2.c` — `imx_pcm_open`	Platform；`runtime->hw` 初值与 `PERIODS` integer

附录 B 常用 constraint API

API	作用	与本文的关系
`snd_pcm_hw_constraint_mask*`	mask 再 AND	收窄 FORMAT 等
`snd_pcm_hw_constraint_minmax`	interval `[min,max]`	与 dump 中 RATE/CHANNELS 同类
`snd_pcm_hw_constraint_list`	离散名单（内部是 rule）	例如只允许多个固定采样率
`snd_pcm_hw_rule_add`	参数互相约束	官方 Constraints 节有正反各一条示例

runtime->hw 是驱动/ASoC 声明的能力范围；refine 时真正求交的是 hw_constraints 里的 mask / interval / rules。

ALSA hw_params 参数协商 ​

目录 ​

1. 本文要回答什么 ​

2. 先看本声卡参数合法范围 ​

3. 成功：48 kHz 与 hw_params 文件 ​

4. 失败：96 kHz / U8 / 8 声道 ​

4.1 采样率：speaker-test 设置 96 kHz ​

4.2 格式：设置 U8（无符号 8 bit） ​

4.3 声道：设置 8 声道 ​

5. 同一请求，aplay 为何只告警不失败 ​

6. open：各层 startup 与能力求交 ​

7. dump 与 rule：上下界之外还有离散限制 ​

7.1 complete：dump 表怎样从 runtime->hw 得来 ​

7.2 区间内也会失败：rule 比 dump 更严 ​

8. refine：与 hw_constraints 求交 ​

9. 和播放路径文的衔接 ​

附录 A 源码索引 ​

附录 B 常用 constraint API ​

ALSA hw_params 参数协商

目录

1. 本文要回答什么

2. 先看本声卡参数合法范围

3. 成功：48 kHz 与 hw_params 文件

4. 失败：96 kHz / U8 / 8 声道

4.1 采样率：`speaker-test` 设置 96 kHz

4.2 格式：设置 U8（无符号 8 bit）

4.3 声道：设置 8 声道

5. 同一请求，aplay 为何只告警不失败

6. open：各层 startup 与能力求交

7. dump 与 rule：上下界之外还有离散限制

7.1 `complete`：dump 表怎样从 `runtime->hw` 得来

7.2 区间内也会失败：rule 比 dump 更严

8. refine：与 `hw_constraints` 求交

9. 和播放路径文的衔接

附录 A 源码索引

附录 B 常用 constraint API