android Audio ALSA框架分析.pdf-资料库

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Android Audio 框架分析 Android Audio 框架分析.................................................................................................................1 Andrioid 系统框架图..........................................................................................................................2 Audio JNI 层接口...............................................................................................................................2 Media 库中的 Audio 框架部分..........................................................................................................4 AudioFlinger 层...................................................................................................................................7 AudioFlinger 的启动..................................................................................................................8 1、AudioFlinger 的初始化过程................................................................................................8 2、createTrack 函数...................................................................................................................9 openRecord 函数.......................................................................................................................10 AudioFlinger 对放音的管理 ...................................................................................................12 3、AudioFlinger 对录音的管理..............................................................................................14 AudioFlinger 以及 Media 层放音录音小结............................................................................18 Audio 硬件抽象层实现....................................................................................................................22 Linux 内核 ALSA 模块分析............................................................................................................24 STE 声卡驱动底层相关操作...........................................................................................................41

Andrioid 系统框架图从框图中可以看出 android 对于 java 层一共提供 3 个接口，分别是 MedialPlayer、MediaREcorder 以及 AudioServier，通过 JNI 则调用到 AudioTrack（放音）， AudioRecord(录音)以及（AudioSystem）主要音频参数设定。通过 Android Binder 机制与 AudioFlinger 层相同步，之后调用到 AudioHardware ，其中提供的接口主要是 AudioStreamOut 以及 AudioStreamin。最终将进入 Linux 内核调用到 ALSA。 Audio JNI 层接口 Audio 在 JNI 层的接口主要有 AudioTrack ， AudioRecorder ， AudioSystem 来提供， AudioTrack 主要实现声音的播放功能，AudioRecorder 主要实现录音功能，AudioSystem 主要为声音系统提供必要的支持函数。所以首先先分析下以 AudioTrack 为例子，分析 Audio 对 jni 所提供的接口。通过 JNI，可以调用到 AuidoTrack 所提供的函数，例如，当上层调用 native_start 的时候，便会调用函数 android_media_AudioTrack_start，其中的函数 start() 函数在 AudioTrack 中实现，所以通过 android_media_AudioTrack.cpp，jni 的 start 调用将进入 AudioTrack 中，通过 start()函数的分析，可知，jni 调用的其他函数的传递方式和其类似，所以不再分析。 static void

android_media_AudioTrack_start(JNIEnv *env, jobject thiz) { AudioTrack *lpTrack = (AudioTrack *)env->GetIntField( thiz, javaAudioTrackFields.nativeTrackInJavaObj); if (lpTrack == NULL ) { jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", "Unable to retrieve AudioTrack pointer for start()"); } lpTrack->start(); } 文件的 android_media_AudioTrack_native_setup 函数中，有对声音系统的一系列初始化操作，例如设定采样率、格式，通道数等等，在设定好这些数据后，调用 lpTrack = new AudioTrack()完成 AudioTrack 实例化，紧接着调用 lpTrack->set() 完成刚才一系列参数的写 ”入工作。 AudioTrack* lpTrack = new AudioTrack(); if (lpTrack == NULL) { LOGE("Error creating uninitialized AudioTrack"); goto native_track_failure; } // initialize the native AudioTrack object if (memoryMode == javaAudioTrackFields.MODE_STREAM) { “ lpTrack->set( atStreamType,// stream type sampleRateInHertz, format,// word length, PCM nbChannels, frameCount, 0,// flags audioCallback, &(lpJniStorage->mCallbackData),//callback, callback data (user) 0,// notificationFrames == 0 since not using EVENT_MORE_DATA to feed th e AudioTrack 0,// shared mem true);// thread can call Java }

Media 库中的 Audio 框架部分 AudioTrack.cpp 中的代码主要是给 jni 层 android_media_AudioTrack 提供接口。在该文件中有 AudioTrack 类中函数的实现方法。其中某些函数将会调用 AudioSystem 中的部分函数。在 AudioTrack.cpp 与 AudioRecord.cpp 文件中，最关键的是 write 函数和 read 函数，因为这是录音和放音的数据传递函数，因为和 AudioFlinger 层关系密切，所以放在 AudioFlinger 的录音管理和放音管理中详细描述。 AudioTrack 类的构造函数只实现一个功能，便是设定声音系统的各种参数，这些参数是由 set()来设定的，该调用时在 jni 层完成的。下面就首先分析 set()函数。 — 首先我们要确定 AudioTrack 类中的 mAudioTrack 没有被使用。否则的话将出错。然后通过 AudioSystem 中的 get_audio_flinger 函数获得。通过这个函数就可以获得 IAudioflinger 实例化的对象。这个 IAudioFlinger 就是一个 binder 的代理接口。至于 binder 的实现，不再 Audio 的讨论范围。接下来是一系列参数的设定。首先根据传递进来的 streamType 来获得当前的部分参数，然后根据条件进行部分参数的设定。例如如果 sampleRate 没有设定，则设定采样率为当前值。当这些临时变量设定好后，到了最关键的部分 createtrack()通过这个函数的返回，获得了一个 IAudioTrack 对象，这个对象控制着整个音频系统的录音功能。整个 AudioTrack 的音频控制功能都是通过它完成的。这里可以把 IaudioTrack 理解成是一个接口类，所有的工作都是通过它来和 binder 来完成通信。在初始化的最后完成 AudioTrack 内其他成员函数的初始化。 status_t AudioTrack::set( void* user, int notificationFrames, const sp& sharedBuffer, bool threadCanCallJava) { if (mAudioTrack != 0) { LOGE("Track already in use"); return INVALID_OPERATION; } const sp& audioFlinger = AudioSystem::get_audio_flin ger(); int afSampleRate; if (AudioSystem::getOutputSamplingRate(&afSampleRate, streamType) != NO_E RROR) { return NO_INIT; } if (channelCount == 0) { channelCount = 2; } status_t status; sp track = audioFlinger->createTrack(getpid(),

streamType, sampleRate, format, channelCount, frameCount, fl ags, sharedBuffer, &status); sp cblk = track->getCblk(); if (cblk == 0) { LOGE("Could not get control block"); return NO_INIT; } mAudioTrack = track; mCblkMemory = cblk; mCblk = static_cast(cblk->pointer()); mCblk->out = 1; // Update buffer size in case it has been limited by AudioFlinger during track cre ation mFrameCount = mCblk->frameCount; mCblk->volume[0] = mCblk->volume[1] = 0x1000; mVolume[LEFT] = 1.0f; return NO_ERROR; } Start函数是jni 层将要调用的函数，这个函数实际上是一个开关会通过 IaudioTrack将当前Track纳入AudioFlinger管理，其中的mAudioTrackThread是由构造函数构造时获得的， mAudioTrackThread的作用是用来获得Audio的event的数据的。其中还包含了一些线程的控制参数。最终通过 mAudioTrack->start()将track纳入audioflinger管理。 void AudioTrack::start() { sp t = mAudioTrackThread; LOGV("start %p", this); if (t != 0) { if (t->exitPending()) { if (t->requestExitAndWait() == WOULD_BLOCK) { LOGE("AudioTrack::start called from thread"); return; } } t->mLock.lock(); } if (android_atomic_or(1, &mActive) == 0) { mNewPosition = mCblk->server + mUpdatePeriod; mCblk->bufferTimeoutMs = MAX_STARTUP_TIMEOUT_MS; mCblk->waitTimeMs = 0; if (t != 0) { t->run("AudioTrackThread", THREAD_PRIORITY_AUDIO_CLIENT); } else { setpriority(PRIO_PROCESS, 0, THREAD_PRIORITY_AUDIO_CLIENT); }

mAudioTrack->start(); } if (t != 0) { t->mLock.unlock(); } } AudioSystem.cpp 维护着上层音频系统公共部分，比说说录音和放音都是有相同的 streamType 设定，都是有相同的模式设定，以及音量设定，以及静音设定。其中最为关键的是 get_audio_flinger()函数，因为他提供给同一层的 AudioTrack 以及 AudioRecod 提供 IaudioFlinger 接口。首先看下 Audiosystem 类在 Audiosystem 中可以看到整个音频系统需要使用的参数，包括音频类型，输出模式，音频路由等信息，其中还包含一个私有数据 class AudioFlingerClient。 class AudioSystem { public: enum stream_type { }; enum audio_in_acoustics { }; // routing helper functions static status_t speakerphone(bool state); static status_t isSpeakerphoneOn(bool* state); static status_t bluetoothSco(bool state); static status_t isBluetoothScoOn(bool* state); static void setErrorCallback(audio_error_callback cb); // helper function to obtain AudioFlinger service handle static const sp& get_audio_flinger(); private: class AudioFlingerClient: public IBinder::DeathRecipient, public BnAudioFlingerC lient { public: AudioFlingerClient() { } }; static int getOutput(int streamType); static sp gAudioFlingerClient; static sp gAudioFlinger; static audio_error_callback gAudioErrorCallback; };

}; 再看看 get_audio_flinger 的实现，首先把锁锁上，，然后调用 gAudioFlinger.get 函数，命名空间中的变量， IaudioFlinger 的含义与 IaudioTrack 意义类 gAudioFlinger 是在 android 似，通过它可以获得 AudioFlinger 的代理接口然后通过 binder 机制调用到最后的实现函数。接下来，获得系统默认服务里的 media.audio_flinger 类，之后创建一个 gAudioFlingerClient 对象，interface_cast 本质上就是返回一个 bpIAudioFlinger。在这个 while 循环中可以看出， AudioSystem 会一直通过 binder 监听 media.audio_flinger 是否已经启动。 sp AudioSystem::gAudioFlinger; const sp& AudioSystem::get_audio_flinger() { Mutex::Autolock _l(gLock); if (gAudioFlinger.get() == 0) { sp sm = defaultServiceManager(); sp binder; do { binder = sm->getService(String16("media.audio_flinger")); if (binder != 0) break; LOGW("AudioFlinger not published, waiting..."); usleep(500000); // 0.5 s } while(true); if (gAudioFlingerClient == NULL) { gAudioFlingerClient = new AudioFlingerClient(); } else { if (gAudioErrorCallback) { gAudioErrorCallback(NO_ERROR); } } binder->linkToDeath(gAudioFlingerClient); gAudioFlinger = interface_cast(binder); gAudioFlinger->registerClient(gAudioFlingerClient); return gAudioFlinger; } AudioFlinger 层由上面分析可以看出来，media 层会通过 AudioSystem 中的 get_audio_flinger()而调用到 IaudioFlinger 里的代码，IaudioFlinger 中的是 AudioFlinger 的代理接口类，在 IaudioFlinger 中有个宏定义 IMPLEMENT_META_INTERFACE（AudioFlinger …， .）；由此可以知道，

AudioFlinger.cpp 是 IAudioFlinger 类的实现。 AudioFlinger 是 Audio 系统的中间层，它主要是为 Audio 系统提供部分接口的功能，在系统中起服务的功能。其代码路径在 frameworks/base/libs/audioflinger 文件夹下。 AudioFlinger 的启动在 main_Mediaserver 函数或者 system_init （运行于 Simulator 上） , 会调用 AudioFlinger::instantiate 函数以便将 AudioFlinger 注册进入默认系统服务中去。在 addService 函数中，new AudioFlinger 实例化了 AudioFlinger。 void AudioFlinger::instantiate() { defaultServiceManager()->addService( String16("media.audio_flinger"), new AudioFlinger()); } 1、 AudioFlinger 的初始化过程在开始的地方初始化了 BnAudioFlinger、mAudioHardWare 等参数，创建硬件接口，获得硬件输出，紧接着设定硬件输出，为混音器建立线程，设定输出路由，设定音量设定静音模式，这些设定参数都是 AudioSystem 中获得的。在初始化的最后部分创建录音接口。 AudioFlinger::AudioFlinger() : BnAudioFlinger(), mAudioHardware(0), mA2dpAudioInterface(0), mA2dpEnabled(false), mNotify A2dpChange(false), { mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE; mAudioHardware = AudioHardwareInterface::create(); mHardwareStatus = AUDIO_HW_INIT; if (mAudioHardware->initCheck() == NO_ERROR) { // open 16-bit output stream for s/w mixer mHardwareStatus = AUDIO_HW_OUTPUT_OPEN; status_t status; AudioStreamOut *hwOutput = mAudioHardware->openOutputStrea m(AudioSystem::PCM_16_BIT, 0, 0, &status); mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE; mHardwareMixerThread = new MixerThread(this, hwOutput, A udioSystem::AUDIO_OUTPUT_HARDWARE); setRouting(AudioSystem::MODE_NORMAL, AudioSystem::ROUTE_ SPEAKER, AudioSystem::ROUTE_ALL); setMode(AudioSystem::MODE_NORMAL); setMasterVolume(1.0f); setMasterMute(false); // Start record thread mAudioRecordThread = new AudioRecordThread(mAudioHardware,

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