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🌻1. 前言

本篇目的：Android tinyalsa 深度解析之 pcm_mmap_avail 调用流程与实战。

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🌻2. 用法与应用场景

pcm_mmap_avail 是 tinyalsa 在内存映射（MMAP）模式下用于查询缓冲区可用空间的核心函数。它通过计算内核共享的指针状态，告知用户当前有多少帧空间可以写入（播放）或有多少帧数据可以读取（录音）。

• 用法：int pcm_mmap_avail(struct pcm *pcm);
• 返回值：返回当前可用的帧数（Frames）。若发生错误或设备未就绪，返回 0 或负值。
• 应用场景：

1. 防溢出/欠载保护：在执行 pcm_mmap_write 或 pcm_mmap_read 前，先调用此函数确认是否有足够的空间，避免因缓冲区满或空导致的阻塞。
2. 高性能调度：在 Audio HAL 的 FastMixer 线程中，根据可用空间大小动态决定单次处理的数据块大小，以维持极低延迟。
3. 流状态监控：实时观察缓冲区的消耗速率，辅助调试音频卡顿（Stutter）问题。

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🌻3. 调用流程剖析

3.1 核心步骤

1. 同步内核指针：函数内部首先执行指针同步逻辑。通过读取 mmap_status 结构体（或发起 SYNC_PTR ioctl），获取最新的硬件指针（）和应用指针（）。
2. 区分流方向：

• 播放模式（Playback）：计算公式为

这代表总缓冲区容量减去“已提交但硬件尚未播完”的数据量。

• 录音模式（Capture）：计算公式为

这代表“硬件已采集好”但“应用层尚未取走”的数据量。

3. 边界处理（Boundary Handling）：由于 ALSA 内核指针是单调递增的长整型（逻辑指针），函数会自动处理指针在到达 后的回绕逻辑，确保计算出的可用帧数始终在 范围内。
4. 返回结果：直接返回计算后的无符号帧数。

3.2 涉及核心时序图

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🌻4. 实战应用案例

此案例展示了如何在 MMAP 写入循环中，通过 pcm_mmap_avail 实现一个非阻塞的流量控制逻辑。

#include <tinyalsa/asoundlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

/**
 * 演示如何利用可用空间进行智能写入
 */
void smart_mmap_playback_loop(struct pcm *pcm, void *data, unsigned int total_frames) {
    if (!pcm || !pcm_is_ready(pcm)) return;

    unsigned int frames_written = 0;
    unsigned int period_size = pcm_get_config(pcm)->period_size;

    while (frames_written < total_frames) {
        /* 1. 核心调用：查询当前硬件缓冲区还有多少空位 */
        int avail = pcm_mmap_avail(pcm);

        if (avail < 0) {
            fprintf(stderr, "HAL: 获取可用空间失败，可能发生 Xrun\n");
            break;
        }

        // 2. 策略逻辑：只有当空位足够处理一个周期时才写入
        if (avail >= (int)period_size) {
            unsigned int to_write = (avail > (total_frames - frames_written)) ? 
                                     (total_frames - frames_written) : avail;
            
            // 3. 执行写入操作
            if (pcm_mmap_write(pcm, (char*)data + pcm_frames_to_bytes(pcm, frames_written), to_write) == 0) {
                frames_written += to_write;
                printf("HAL: 写入了 %u 帧，剩余待传 %u 帧\n", to_write, total_frames - frames_written);
            }
        } else {
            // 4. 空间不足时，短时间休眠或让出 CPU，避免无效轮询
            usleep(2000); 
        }
    }
}

int main() {
    struct pcm_config config = {
        .channels = 2,
        .rate = 48000,
        .period_size = 1024,
        .period_count = 4,
        .format = PCM_FORMAT_S16_LE,
        .start_threshold = 1024,
    };

    struct pcm *pcm = pcm_open(0, 0, PCM_OUT | PCM_MMAP, &config);
    if (pcm_is_ready(pcm)) {
        pcm_prepare(pcm);
        
        char dummy_audio[16384] = {0}; // 模拟一些数据
        smart_mmap_playback_loop(pcm, dummy_audio, 4096);

        pcm_close(pcm);
    }
    return 0;
}

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🌻5. 用法总结

特性	详情描述
执行开销	极低。虽然涉及内核指针同步，但在共享内存模式下其效率远高于常规 ioctl。
方向差异	双向支持。自动根据播放或录音模式切换计算公式。
精度保证	单帧精度。返回的是实时的硬件剩余/积压帧数。
依赖条件	PCM_MMAP。必须在内存映射模式下调用，否则返回 0。
核心地位	流控基石。是实现自定义非阻塞音频引擎、环形缓冲区控制逻辑的最重要查询接口。

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