设备、线程-Android音频系统之AudioFlinger(二)-by小雨
最近一直在研究设备、线程-之类的问题,下午正好有机会和大家共享一下.
1.1.1 音频设备的管理
虽然AudioFlinger实体已胜利建创并初始化，但到现在为止它还是一块静态的内存空间，没有及涉到体具的任务。
从能职分布上来讲，AudioPolicyService是策略的制定者，比如什么时候打开音频接口设备、某种Stream类型的音频对应什么设备等等。而AudioFlinger则是策略的执行者，例如体具如何与音频设备信通，如何维护现有统系中的音频设备，以及多个音频流的音混如何理处等等都得由它来实现。
现在Audio统系中支撑的音频设备接口(Audio Interface)分为三大类，即：
/*frameworks/av/services/audioflinger/AudioFlinger.cpp*/
static const char * const audio_interfaces[] = {
AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID_PRIMARY, //主音频设备，必须存在
AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID_A2DP, //牙蓝A2DP音频
AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID_USB, //USB音频，初期的版本不支撑
};
每种音频设备接口由一个对应的so库供提支撑。那么AudioFlinger怎么会晓得以后设备中支撑上述的哪些接口，每种接口又支撑哪些体具的音频设备呢？这是AudioPolicyService的义务之一，即根据用户置配来指点AudioFlinger加载设备接口。
当AudioPolicyManagerBase(AudioPolicyService中持有的Policy管理者，面后大节有具体绍介)造构时，它会读取厂商关于音频设备的描述件文(audio_policy.conf)，然后据此来打开以上类三音频接口(如果存在的话)。这一进程终究会用调loadHwModule@AudioFlinger，如下所示：
/*frameworks/av/services/audioflinger*/
audio_module_handle_t AudioFlinger::loadHwModule(const char *name)/*name就是面前audio_interfaces 组数
成员中的字符串*/
{
if (!settingsAllowed()) {
return 0;
}
Mutex::Autolock _l(mLock);
returnloadHwModule_l(name);
}
这个函数没有做实质性的任务，只是执行了加锁动作，然后接着用调面下的函数：
audio_module_handle_t AudioFlinger::loadHwModule_l(const char *name)
{
/*Step 1. 否是已添加了这个interface?*/
for (size_t i = 0; i <mAudioHwDevs.size(); i++) {
if(strncmp(mAudioHwDevs.valueAt(i)->moduleName(), name, strlen(name)) == 0) {
ALOGW("loadHwModule() module %s already loaded", name);
returnmAudioHwDevs.keyAt(i);
}
}
/*Step 2. 加载audio interface*/
audio_hw_device_t *dev;
int rc =load_audio_interface(name, &dev);
…
/*Step 3. 初始化*/
mHardwareStatus = AUDIO_HW_INIT;
rc = dev->init_check(dev);
mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE;
…
if ((mMasterVolumeSupportLvl !=MVS_NONE) && (NULL != dev->set_master_volume)) {
AutoMutex lock(mHardwareLock);
mHardwareStatus = AUDIO_HW_SET_MASTER_VOLUME;
dev->set_master_volume(dev, mMasterVolume);
mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE;
}
/*Step 4. 添加到全局量变中*/
audio_module_handle_t handle = nextUniqueId();
mAudioHwDevs.add(handle,new AudioHwDevice(name, dev));
return handle;
}
Step1@ loadHwModule_l. 首先查找mAudioHwDevs否是已添加了量变name所指示的audio interface，如果是的话直接回返。第一次进入时mAudioHwDevs的size为0，所以还会继承往下执行。
Step2@ loadHwModule_l. 加载指定的audiointerface，比如“primary”、“a2dp”或者“usb”。函数load_audio_interface用来加载设备所需的库件文，然后打开设备并建创一个audio_hw_device_t例实。音频接口设备所对应的库件文名称是有定一格式的，比如a2dp的块模名多是audio.a2dp.so或者audio.a2dp.default.so等等。查找路径要主有两个，即：
/** Base path of the hal modules */
#define HAL_LIBRARY_PATH1 "/system/lib/hw"
#define HAL_LIBRARY_PATH2 "/vendor/lib/hw"
当然，因为Android是全完源开的，各开发商可以根据自己的须要来行进应相的修改，比如面下是某手机设备的音频库截图：
图 13‑12 音频库例实
Step3@ loadHwModule_l，行进初始化操纵。其中init_check是为了定确这个audio interface否是已胜利初始化，0是胜利，其它值表现失败。接下来如果这个device支撑主音量，我们还须要通过set_master_volume行进置设。在每次操纵device前，都要先转变mHardwareStatus的态状值，操纵结束后将其复原为AUDIO_HW_IDLE(根据码源中的注释，这样做是为了便利dump时确正输出外部态状，这里我们就不去究深了)。
Step4@ loadHwModule_l. 把加载后的设备添参加mAudioHwDevs键值对中，其中key的值是由nextUniqueId成生的，这样做保障了这个audiointerface有拥全局独一的id号。
实现了audiointerface的块模加载只是万里长征的第一步。因为个一每interface含包的设备平日不止一个，Android统系现在支撑的音频设备如下列表所示：
|
Device Name |
Description |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_EARPIECE |
听筒 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_SPEAKER |
喇叭 |
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AUDIO_DEVICE_OUT_WIRED_HEADSET |
带话筒的耳机 |
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AUDIO_DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE |
耳机 |
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AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO |
SCO 牙蓝 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO_HEADSET |
SCO 牙蓝耳机 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO_CARKIT |
SCO 车载套件 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP |
A2DP 牙蓝 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP_HEADPHONES |
A2DP 牙蓝耳机 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP_SPEAKER |
A2DP 牙蓝喇叭 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_AUX_DIGITAL |
AUX IN |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_ANLG_DOCK_HEADSET |
模拟dock headset |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_DGTL_DOCK_HEADSET |
字数dock headset |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_USB_ACCESSORY |
USB配件 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_USB_DEVICE |
USB设备 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_DEFAULT |
默许设备 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_ALL |
上述每种设备只占int值一个bit位，这里是指上述设备的集合 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_ALL_A2DP |
上述设备中与A2DP牙蓝相干的设备集合 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_ALL_SCO |
上述设备中与SCO牙蓝相干的设备集合 |
|
AUDIO_DEVICE_OUT_ALL_USB |
上述设备中与USB相干的设备集合 |
大家可能会有疑问：
Ø 这么多的输出设备，那么当我们回音放频流(音录也是类似的情况)时，该选择哪种呢？
Ø 而且以后统系中audio interface也能可很不止一个，应当如何选择？
然显这些决策任务将由AudioPolicyService来实现，我们会在下一大节做具体论述。这里先给大家分析下，AudioFlinger是如何打开一个Output道通的(一个audiointerface可能含包若干个output)。
打开音频输出道通(output)在AF中对应的接口是openOutput(),即：
audio_io_handle_t AudioFlinger::openOutput(audio_module_handle_tmodule, audio_devices_t *pDevices,
uint32_t *pSamplingRate,audio_format_t *pFormat,
audio_channel_mask_t *pChannelMask,
uint32_t *pLatencyMs, audio_output_flags_t flags)
{
/*入参中的module是由面前的loadHwModule 取得的，它是一个audiointerface的id号，可以通过此id在mAudioHwDevs中查找到对应的AudioHwDevice象对*/
status_t status;
PlaybackThread *thread =NULL;
…
audio_stream_out_t *outStream = NULL;
audio_hw_device_t*outHwDev;
…
/*Step 1. 查找应相的audio interface
outHwDev = findSuitableHwDev_l(module, *pDevices);
…
/*Step 2. 为设备打开一个输出流*/
mHardwareStatus =AUDIO_HW_OUTPUT_OPEN;
status = outHwDev->open_output_stream(outHwDev, id, *pDevices,(audio_output_flags_t)flags,
&config, &outStream);
mHardwareStatus =AUDIO_HW_IDLE;
…
if (status == NO_ERROR &&outStream != NULL) {
/*Step 3.成生AudioStreamOut*/
AudioStreamOut *output = newAudioStreamOut(outHwDev, outStream);
/*Step 4.建创PlaybackThread*/
if ((flags & AUDIO_OUTPUT_FLAG_DIRECT) ||(config.format != AUDIO_FORMAT_PCM_16_BIT) ||
(config.channel_mask != AUDIO_CHANNEL_OUT_STEREO)) {
thread = new DirectOutputThread(this, output, id, *pDevices);
} else {
thread = new MixerThread(this, output, id, *pDevices);
}
mPlaybackThreads.add(id,thread); //添加播放线程
…
/*Step 5.Primary output情况下的理处*/
if ((mPrimaryHardwareDev== NULL) &&flags & AUDIO_OUTPUT_FLAG_PRIMARY)) {
ALOGI("Usingmodule %d has the primary audio interface", module);
mPrimaryHardwareDev = outHwDev;
AutoMutexlock(mHardwareLock);
mHardwareStatus =AUDIO_HW_SET_MODE;
outHwDev->set_mode(outHwDev, mMode);
…
float initialVolume = 1.0;
mMasterVolumeSupportLvl = MVS_NONE;
mHardwareStatus = AUDIO_HW_GET_MASTER_VOLUME; //试测设备否是支撑主音量取获
if ((NULL !=outHwDev->get_master_volume) &&
(NO_ERROR ==outHwDev->get_master_volume (outHwDev, &initialVolume))) {
mMasterVolumeSupportLvl = MVS_FULL;
} else {
mMasterVolumeSupportLvl = MVS_SETONLY;
initialVolume= 1.0;
}
mHardwareStatus = AUDIO_HW_SET_MASTER_VOLUME;//试测否是支撑主音量置设
if ((NULL ==outHwDev->set_master_volume) ||
(NO_ERROR !=outHwDev->set_master_volume (outHwDev, initialVolume))) {
mMasterVolumeSupportLvl = MVS_NONE;
}
for (size_t i = 0; i <mAudioHwDevs.size(); i++) {
audio_hw_device_t *dev = mAudioHwDevs.valueAt(i)->hwDevice();
if ((dev !=mPrimaryHardwareDev) &&
(NULL !=dev->set_master_volume)) {
dev->set_master_volume(dev,initialVolume);
}
}
mHardwareStatus =AUDIO_HW_IDLE;
mMasterVolumeSW =(MVS_NONE == mMasterVolumeSupportLvl)? initialVolume: 1.0;
mMasterVolume = initialVolume;
}
return id;
}
return 0;
}
下面这段代码中，颜色加深的分部是我们接下来分析的重点，要主还是绕围outHwDev这个量变所做的一系列操纵，即：
· 查找适合的音频接口设备(findSuitableHwDev_l)
· 建创音频输出流(通过open_output_stream取得一个audio_stream_out_t)
· 用利AudioStreamOut来装封audio_stream_out_t与audio_hw_device_t
· 建创播放线程(PlaybackThread)
· 如果以后设备是主设备，则还须要行进应相的置设，含包模式、主音量等等
然显，outHwDev用于记载一个打开的音频接口设备，它的数据类型是audio_hw_device_t，是由HAL划定的一个音频接口设备所应有具的属性集合，如下所示：
struct audio_hw_device {
struct hw_device_t common;
…
int (*set_master_volume)(struct audio_hw_device *dev, float volume);
int (*set_mode)(struct audio_hw_device *dev, audio_mode_t mode);
int (*open_output_stream)(struct audio_hw_device *dev,
audio_io_handle_t handle,
audio_devices_t devices,
audio_output_flags_t flags,
struct audio_config *config,
struct audio_stream_out **stream_out);
…}
其中common代表了HAL层有所设备的共有属性;set_master_volume、set_mode、open_output_stream分离为我们置设audio interface的主音量、置设音频模式类型(比如AUDIO_MODE_RINGTONE、AUDIO_MODE_IN_CALL等等)、打开输出数据流供提了接口。
接下来我们分步来论述。
Step1@ AudioFlinger::openOutput. 在openOutput中，设备outHwDev是通过查找以后统系来失掉的，代码如下：
audio_hw_device_t* AudioFlinger::findSuitableHwDev_l(audio_module_handle_tmodule, uint32_t devices)
{
if (module == 0) {
for (size_t i = 0; i< ARRAY_SIZE(audio_interfaces); i++) {
loadHwModule_l(audio_interfaces[i]);
}
} else {
AudioHwDevice*audioHwdevice = mAudioHwDevs.valueFor(module);
if (audioHwdevice !=NULL) {
returnaudioHwdevice->hwDevice();
}
}
// then try to find amodule supporting the requested device.
for (size_t i = 0; i <mAudioHwDevs.size(); i++) {
audio_hw_device_t *dev= mAudioHwDevs.valueAt(i)->hwDevice();
if((dev->get_supported_devices(dev) & devices) == devices)
return dev;
}
return NULL;
}
量变module值为0的情况，是为了兼容之前的Audio Policy而别特做的理处。当module于等0时，首先加载有所已知的音频接口设备，然后再根据devices来定确其中符合要求的。入参devices的值实际上来源于“表格 13‑4 Android统系支撑的音频设备(输出)”所示的设备。可以看到，enum中每一个设备类型都对应一个特定的比特位，因而上述代码段中可以通过“与算运”来找到配匹的设备。
当modules为非0值时，说明Audio Policy指定了体具的设备id号，这时就通过查找全局的mAudioHwDevs量变来认确否是存在符合要求的设备。
DefaultKeyedVector<audio_module_handle_t, AudioHwDevice*> mAudioHwDevs;
量变mAudioHwDevs是一个Vector，以audio_module_handle_t为key，个一每handle值独定一确了已添加的音频设备。那么在什么时候添加设备呢？
一种情况就是面前看到的modules为0时，会load有所在潜设备，另一种情况就是AudioPolicyManagerBase在造构时会预加载有所audio_policy.conf中所描述的output。不论是哪种情况，终究会都用调loadHwModuleàloadHwModule_l，这个函数我们扫尾就分析过了。
如果modules为非0，且从mAudioHwDevs中也找不到符合要求的设备，程序并不会就此闭幕——它会退而求其次，历遍组数中的有所素元找寻支撑devices的任何一个audio interface。
Step2@ AudioFlinger::openOutput，用调open_output_stream打开一个audio_stream_out_t。如果直接解讲这个函数的用作，大家可能觉得很抽象，所以这里我们供提一个体具硬件案方上的实现。原生态代码中就含包了一些体具音频设备的实现，如samsung的tuna，其码源实现如下：
/*device/samsung/tuna/audio/Audio_hw.c*/
static int adev_open_output_stream(…structaudio_stream_out **stream_out)
{
struct tuna_audio_device*ladev = (struct tuna_audio_device *)dev;
struct tuna_stream_out *out;
…
*stream_out = NULL;
out = (structtuna_stream_out *)calloc(1, sizeof(struct tuna_stream_out));
…
out->stream.common.set_parameters = out_set_parameters;…
*stream_out =&out->stream;
…
}
我们去掉了其中的大分部代码，只留下核心分部。可以看到，tuna_stream_out类型含包了audio_stream_out，后者就是最后要回返的结果。种这方法在HAL层实现中非常多见，读者应当要悉熟这样的写法。而对于audio_stream_out的操纵，非无就是根据入参须要，为它的函数指针做初始化，比如set_parameters的实现就终究向指了out_set_parameters。接下来的实现就及涉linux驱动了，我们这里先不往下分析，面后音量调节大节还会再碰到这个函数。
Step3@ AudioFlinger::openOutput，成生AudioStreamOut象对。这个量变没什么别特的，它把audio_hw_device_t和audio_stream_out_t做为一个体整来装封。
Step4@ AudioFlinger::openOutput. 既然道通已打开，那么由谁往来道通里放西东呢？这就是PlaybackThread。这里分两种不同的情况：
· DirectOutput
如果不须要音混
· Mixer
须要音混
这两种情况分离对应DirectOutputThread和MixerThread两种线程。我们以后者为例来分析下PlaybackThread的任务模式，也会面后大节打下基本。
图 13‑13 Playback各线程类系关
如上图所示，用于Playback的线程种类不少，它们的类基都是Thread。
AudioFlinger中用于记载Record和Playback线程的有两个全局量变，如下：
DefaultKeyedVector< audio_io_handle_t, sp<PlaybackThread>> mPlaybackThreads;
DefaultKeyedVector< audio_io_handle_t, sp<RecordThread>> mRecordThreads;
在openOutput中，参加mPlaybackThreads的是一个新建的线程类例实，比如MixerThread。它的造构函数如下:
AudioFlinger::MixerThread::MixerThread(…): PlaybackThread(audioFlinger,output, id, device, type),…
{ …
mAudioMixer = new AudioMixer(mNormalFrameCount, mSampleRate);
if (mChannelCount == 1) {
ALOGE("Invalidaudio hardware channel count");
}
mOutputSink = newAudioStreamOutSink(output->stream);
…
if (initFastMixer) {
…
} else {
mFastMixer = NULL;
}
…
}
首先成生一个AudioMixer象对，这是音混理处的症结，我们会在面后有具体绍介。然后检查道声数量，在Mixer情况下确定不止一个道声。接着建创一个NBAIO(Non-blockingaudio I/O interface) sink(即AudioStreamOutSink)，并行进negotiate。最后根据置配(initFastMixer)来判断否是应用fast mixer。
可以象想一下，一个音放线程的任务就是一直理处层上的数据请求，然后将其传递到下一层，终究写入硬件设备。但是在下面这个函数中，乎似并没有看到程序去启动一个新线程，也没有看到进入线程循环的方地，或者去用调其它可能起引线程建创的函数。那么究竟在什么情况下MixerThread才会真正进入线程循环呢？
不知大家有无注意到之前mPlaybackThreads的定义，我们再次列出如下：
DefaultKeyedVector< audio_io_handle_t, sp<PlaybackThread> > mPlaybackThreads;
它实际上是由audio_io_handle_t和PlaybackThread强指针所成组的键值对。同时也可以判断出，PlaybackThread类的先祖中定一会有RefBase。体具来说，就是它的父类Thread承继自RefBase:
/*frameworks/native/include/utils/Thread.h*/
class Thread : virtual public RefBase
{…
根据强指针的性特，目标象对在第一次被引用时是会用调onFirstRef的，这点在面前大节分析AudioFlinger时我们也见过。这个函数实现如下：
void AudioFlinger::PlaybackThread::onFirstRef()
{
run(mName,ANDROID_PRIORITY_URGENT_AUDIO);
}
很简单，只是用调了run方法，从而启动一个新线程并接间用调threadLoop，一直地理处Mix务业。这样我们就白明了一个PlaybackThread是如何进入线程循环的了，至于循环中须要做些什么，留在下一大节做具体绍介。
Step5@ AudioFlinger::openOutput，到现在为止，我们已胜利的建立起一个音频道通，就等着AudioTrack往里丢数据了。不过假如以后的output是“primary”的，则还有一些额定的任务要做。程序接着会对此音频设备置设主音量，前提是mMasterVolumeSupportLvl不为MVS_NONE(表现既不支撑主音量的置设和取获。另外MVS_SETONLY表现只支撑置设不能取获，MVS_FULL表现同时支撑置设和取获)。
“试测设备否是支撑主音量置设/取获”分部的代码很简单，我们就不具体说白明。不过要注意的是，当定确了主音量后，须要自动为统系以后已存在的音频置设主音量(也就是openOutput最后的for循环分部)。这和loadHwModule_l中的置设主音量并不矛盾，试想一下主音量在什么时候被置设是不定确的，因而一旦设定后就先将统系已有的设备先做主音量置设，而后加的设备则由loadHwModule_l来实现。
我们来整顿下这个大节所论述的内容。
· 当AudioPolicyManagerBase造构时，它会根据用户供提的audio_policy.conf来分析统系中有哪些audio interface(primary,a2dp以及usb),然后通过AudioFlinger::loadHwModule加载各audio interface对应的库件文，并次依打开其中的output(openOutput)和input(openInput)
· 我们具体分析了openOutput所做的任务，含包打开一个audio_stream_out_t道通，成生AudioStreamOut象对，以及新建PlaybackThread等等。此时“万事俱备，只欠东风”，只要AudioTrack一直和AudioFlinger传递数据，个整音频回放就开始了。当然，这其中还及涉很多态状的管理、路由切换、以及数据的跨进程交互等等，这些都是我们面后内容所要决解的。
文章结束给大家分享下程序员的一些笑话语录：
不会，Intel会维持高利润，也会维持竞争局面，国外的竞争不是打死对方的那种。你看日本有尼康，佳能，索尼，都做相机，大家都过得很滋润。别看一堆厂，其实真正控制的是后面的那几个财团——有些竞争对手，后面其实是一家人。
