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Android 4.4 Kitkat 音频实现及简要分析

© 陈君 金牌黑马   /  2014-9-22 21:56  /  2433 人查看  /  1 人回复  /   0 人收藏 转载请遵从CC协议 禁止商业使用本文

在 Android 4.4 上实现录放音

背景
Android 自 ICS 开始，音频系统就有了很大的变化，先是抛弃了 alsalib，然后是采用了 AIO，各级框架上，都有了自己的特色，与 Linux 的音频应用渐行渐远，形成了自己独特的音频管理和音频配置功能。总的来说改进还是非常大，至少在用户体验上已经大大的超越了之前的版本。我们就从 4.4 的音频实现上来分析其中的一些变化和实现机制。


要求

首先是硬件功能正常，这个不表。 Linux 支持 alsa 驱动，生成 alsa 子系统，最好是能够在 buildroot 等其他文件系统上事先测试音频的播放和录制。

HAL
音频的 HAL 简单实现，参考 device/asus/grouper/audio ， 如果没有太复杂的音频配置，基本上可以在这个代码基础上稍微修改，主要是一些播放和录制的参数。这个 HAL 已经实现了通用的接口，并且调用的也是标准的 tinyalsa 的接口，移植性非常高。我们这里使用的 wm8904，功能不多，直接使用即可。


Android 的配置

主要是4个文件 audio_policy.conf media_profiles.xml media_codecs.xml mixer_paths.xml 参考 asus ，不必大改，基本照抄，完全可以直接使用，开源万岁。

做好文件系统，这个时候系统应该就不使用 default 的 stub 音频 HAL ， 而是用我们添加的 audio HAL 了。 但是能否发声，这个多半还是不能。

调试

audio 系统调用了 libtinyalsa libaudioutils libaudioroute 几个底层库。 这几个移植了一些通用的 alsa 设备打开配置功能，但是具体平台却并不一定都能正常执行，主要是这些库实现都很简单，没有考虑全面，你的硬件细节可能刚好被他们忽略了，同样以我们的 wm8904 来说，我们不支持 time stamp ，但是 tinyalsa 是默认打开的必须将其关掉。
  1. disable tstamp for wm8904.

  3. Change-Id: Ia22aa6ed39ede6214657487344d0488be93e5544

  5. diff --git a/pcm.c b/pcm.c
  6. index 4501777..94cf6ee 100644
  7. --- a/pcm.c
  8. +++ b/pcm.c
  9. @@ -691,7 +691,7 @@ struct pcm *pcm_open(unsigned int card, unsigned int device,


  12. memset(&sparams, 0, sizeof(sparams));
  13. - sparams.tstamp_mode = SNDRV_PCM_TSTAMP_ENABLE;
  14. + sparams.tstamp_mode = SNDRV_PCM_TSTAMP_NONE;
  15. sparams.period_step = 1;

  17. if (!config->start_threshold) {
复制代码

具体哪些参数不对，或者不合适，就需要 Android 驱动工程师根据硬件设计和芯片手册，逐个查证，配置到一个音频系统工作的最佳状态。那么用户体验才能最好。



Android 音频系统分析
以下分析基于 4.4.2

audio HAL

tinyalsa 与 audioroute
Android 音频系统基于 Linux 的 ALSA 驱动， tinyalsa 在 alsa 的驱动基础上封装音频接口，提供给 audio HAL， audio HAL 提供接口给 Android audioflinger 等 framework。
HAL 需要实现 audio 硬件的打开与关闭（这里是 android 认为的硬件）。
  1. static inline int <a title="audio" href="http://www.android-study.com/duomeitijishu/577.html">audio</a>_hw_device_open(const struct hw_module_t* module,
  2. struct <a title="audio" href="http://www.android-study.com/duomeitijishu/577.html">audio</a>_hw_device** device)
  3. {
  4. return module->methods->open(module, AUDIO_HARDWARE_INTERFACE,
  5. (struct hw_device_t**)device);
  6. }

  8. static inline int <a title="audio" href="http://www.android-study.com/duomeitijishu/577.html">audio</a>_hw_device_close(struct <a title="audio" href="http://www.android-study.com/duomeitijishu/577.html">audio</a>_hw_device* device)
  9. {
  10. return device->common.close(&device->common);
  11. }
复制代码

需要实现 in 和 out 的 数据流
struct audio_stream_out struct audio_stream_in
in 主要有 read 方法用于读取音频数据， out 主要有 write 方法，写入数据到设备，分别实现录音和放音。
详见： hardware/libhardware/include/hardware/audio.h

其中的方法又是调用的 tinyalsa 的接口，关于 pcm 的操作：
  1. /* Open and close a stream */
  2. struct pcm *pcm_open(unsigned int card, unsigned int device,
  3. unsigned int flags, struct pcm_config *config);
  4. int pcm_close(struct pcm *pcm);
  5. int pcm_is_ready(struct pcm *pcm);

  7. /* Obtain the parameters for a PCM */
  8. struct pcm_params *pcm_params_get(unsigned int card, unsigned int device,
  9. unsigned int flags);
  10. void pcm_params_free(struct pcm_params *pcm_params);
  11. unsigned int pcm_params_get_min(struct pcm_params *pcm_params,
  12. enum pcm_param param);
  13. unsigned int pcm_params_get_max(struct pcm_params *pcm_params,
  14. enum pcm_param param);

  16. /* Set and get config */
  17. int pcm_get_config(struct pcm *pcm, struct pcm_config *config);
  18. int pcm_set_config(struct pcm *pcm, struct pcm_config *config);

  20. /* Returns a human readable reason for the last error */
  21. const char *pcm_get_error(struct pcm *pcm);

  23. /* Returns the sample size in bits for a PCM format.
  24. * As with ALSA formats, this is the storage size for the format, whereas the
  25. * format represents the number of significant bits. For example,
  26. * PCM_FORMAT_S24_LE uses 32 bits of storage.
  27. */
  28. unsigned int pcm_format_to_bits(enum pcm_format format);

  30. /* Returns the buffer size (int frames) that should be used for pcm_write. */
  31. unsigned int pcm_get_buffer_size(struct pcm *pcm);
  32. unsigned int pcm_frames_to_bytes(struct pcm *pcm, unsigned int frames);
  33. unsigned int pcm_bytes_to_frames(struct pcm *pcm, unsigned int bytes);

  35. /* Returns the pcm latency in ms */
  36. unsigned int pcm_get_latency(struct pcm *pcm);

  38. /* Returns available frames in pcm buffer and corresponding time stamp.
  39. * The clock is CLOCK_MONOTONIC if flag PCM_MONOTONIC was specified in pcm_open,
  40. * otherwise the clock is CLOCK_REALTIME.
  41. * For an input stream, frames available are frames ready for the
  42. * application to read.
  43. * For an output stream, frames available are the number of empty frames available
  44. * for the application to write.
  45. */
  46. int pcm_get_htimestamp(struct pcm *pcm, unsigned int *avail,
  47. struct timespec *tstamp);

  49. /* Write data to the fifo.
  50. * Will start playback on the first write or on a write that
  51. * occurs after a fifo underrun.
  52. */
  53. int pcm_write(struct pcm *pcm, const void *data, unsigned int count);
  54. int pcm_read(struct pcm *pcm, void *data, unsigned int count);

  56. /*
  57. * mmap() support.
  58. */
  59. int pcm_mmap_write(struct pcm *pcm, const void *data, unsigned int count);
  60. int pcm_mmap_read(struct pcm *pcm, void *data, unsigned int count);
  61. int pcm_mmap_begin(struct pcm *pcm, void **areas, unsigned int *offset,
  62. unsigned int *frames);
  63. int pcm_mmap_commit(struct pcm *pcm, unsigned int offset, unsigned int frames);

  65. /* Start and stop a PCM channel that doesn't transfer data */
  66. int pcm_start(struct pcm *pcm);
  67. int pcm_stop(struct pcm *pcm);

  69. /* Interrupt driven API */
  70. int pcm_wait(struct pcm *pcm, int timeout);

  72. /* Change avail_min after the stream has been opened with no need to stop the stream.
  73. * Only accepted if opened with PCM_MMAP and PCM_NOIRQ flags
  74. */
  75. int pcm_set_avail_min(struct pcm *pcm, int avail_min);
复制代码

值得一提的是 HAL 现在不包含 route 的操作， audio route 交给了 libaudioroute.so ， 它也是调用 tinyalsa 的接口，并包含一个 xml 解析器，解析 mixer_paths.xml 里面的 route 配置数据。这样系统就可以对 alsa 的 pcm 和 mixer 进行操作了，理论上应该可以放音了，使用 tinyalsa 提供的工具可以进行测试，当然无法测试 HAL 的接口。
tinycap tinymix tinypcminfo tinyplay

tinyplay 可以播放 wav 格式的纯音频数据。 tinymix 可以查看和配置音频路径：
  1. root@sama5d3:/ # tinymix
  2. Mixer name: 'wm8904 @ SAMA5D3EK'
  3. Number of controls: 41
  4. ctl type num name value
  5. 0 INT 1 EQ1 Volume 12
  6. 1 INT 1 EQ2 Volume 12
  7. 2 INT 1 EQ3 Volume 12
  8. 3 INT 1 EQ4 Volume 12
  9. 4 INT 1 EQ5 Volume 12
  10. 5 INT 2 Digital Capture Volume 96 96
  11. 6 ENUM 1 Left Caputure Mode Single-Ended
  12. 7 ENUM 1 Right Capture Mode Single-Ended
  13. 8 INT 2 Capture Volume 5 5
  14. 9 BOOL 2 Capture Switch Off Off
  15. 10 BOOL 1 High Pass Filter Switch On
  16. 11 ENUM 1 High Pass Filter Mode Hi-fi
  17. 12 BOOL 1 ADC 128x OSR Switch On
  18. 13 INT 1 Digital Playback Boost Volume 0
  19. 14 INT 2 Digital Playback Volume 96 96
  20. 15 INT 2 Headphone Volume 45 45
  21. 16 BOOL 2 Headphone Switch On On
  22. 17 BOOL 2 Headphone ZC Switch On On
  23. 18 INT 2 Line Output Volume 57 57
  24. 19 BOOL 2 Line Output Switch On On
  25. 20 BOOL 2 Line Output ZC Switch On On
  26. 21 BOOL 1 EQ Switch Off
  27. 22 BOOL 1 DRC Switch Off
  28. 23 ENUM 1 DRC Path ADC
  29. 24 BOOL 1 DAC OSRx2 Switch Off
  30. 25 BOOL 1 DAC Deemphasis Switch Off
  31. 26 INT 2 Digital Sidetone Volume 0 0
  32. 27 ENUM 1 LINER Mux DAC
  33. 28 ENUM 1 LINEL Mux DAC
  34. 29 ENUM 1 HPR Mux DAC
  35. 30 ENUM 1 HPL Mux DAC
  36. 31 ENUM 1 Right Sidetone None
  37. 32 ENUM 1 Left Sidetone None
  38. 33 ENUM 1 DACR Mux Right
  39. 34 ENUM 1 DACL Mux Left
  40. 35 ENUM 1 AIFOUTR Mux Right
  41. 36 ENUM 1 AIFOUTL Mux Left
  42. 37 ENUM 1 Right Capture Inverting Mux IN1R
  43. 38 ENUM 1 Right Capture Mux IN2R
  44. 39 ENUM 1 Left Capture Inverting Mux IN1L
  45. 40 ENUM 1 Left Capture Mux IN2L
复制代码

audioflinger

audioflinger 是 audio 音频服务器，它会加载 audio hal ，并处理 audio 应用发出音频请求。这个分析的有很多




Android

1 个回复

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zz_job 中级黑马 2014-9-22 22:28:37
| 只看该作者
沙发
谢谢大神分享
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