Android(安卓)4.4 Kitkat 音频实现及简要分析
16lz
2021-01-26
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.xmlmedia_codecs.xmlmixer_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。
disable tstamp for wm8904. Change-Id: Ia22aa6ed39ede6214657487344d0488be93e5544diff --git a/pcm.c b/pcm.cindex 4501777..94cf6ee 100644--- a/pcm.c+++ b/pcm.c@@ -691,7 +691,7 @@ struct pcm *pcm_open(unsigned int card, unsigned int device, memset(&sparams, 0, sizeof(sparams));- sparams.tstamp_mode = SNDRV_PCM_TSTAMP_ENABLE;+ sparams.tstamp_mode = SNDRV_PCM_TSTAMP_NONE; sparams.period_step = 1; if (!config->start_threshold) { 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4.4.2audio 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）。static inline int audio_hw_device_open(const struct hw_module_t* module, struct audio_hw_device** device){ return module->methods->open(module, AUDIO_HARDWARE_INTERFACE, (struct hw_device_t**)device);}static inline int audio_hw_device_close(struct audio_hw_device* device){ return device->common.close(&device->common);} 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：
/* Open and close a stream */struct pcm *pcm_open(unsigned int card, unsigned int device, unsigned int flags, struct pcm_config *config);int pcm_close(struct pcm *pcm);int pcm_is_ready(struct pcm *pcm);/* Obtain the parameters for a PCM */struct pcm_params *pcm_params_get(unsigned int card, unsigned int device, unsigned int flags);void pcm_params_free(struct pcm_params *pcm_params);unsigned int pcm_params_get_min(struct pcm_params *pcm_params, enum pcm_param param);unsigned int pcm_params_get_max(struct pcm_params *pcm_params, enum pcm_param param);/* Set and get config */int pcm_get_config(struct pcm *pcm, struct pcm_config *config);int pcm_set_config(struct pcm *pcm, struct pcm_config *config);/* Returns a human readable reason for the last error */const char *pcm_get_error(struct pcm *pcm);/* Returns the sample size in bits for a PCM format. * As with ALSA formats, this is the storage size for the format, whereas the * format represents the number of significant bits. For example, * PCM_FORMAT_S24_LE uses 32 bits of storage. */unsigned int pcm_format_to_bits(enum pcm_format format);/* Returns the buffer size (int frames) that should be used for pcm_write. */unsigned int pcm_get_buffer_size(struct pcm *pcm);unsigned int pcm_frames_to_bytes(struct pcm *pcm, unsigned int frames);unsigned int pcm_bytes_to_frames(struct pcm *pcm, unsigned int bytes);/* Returns the pcm latency in ms */unsigned int pcm_get_latency(struct pcm *pcm);/* Returns available frames in pcm buffer and corresponding time stamp. * The clock is CLOCK_MONOTONIC if flag PCM_MONOTONIC was specified in pcm_open, * otherwise the clock is CLOCK_REALTIME. * For an input stream, frames available are frames ready for the * application to read. * For an output stream, frames available are the number of empty frames available * for the application to write. */int pcm_get_htimestamp(struct pcm *pcm, unsigned int *avail, struct timespec *tstamp);/* Write data to the fifo. * Will start playback on the first write or on a write that * occurs after a fifo underrun. */int pcm_write(struct pcm *pcm, const void *data, unsigned int count);int pcm_read(struct pcm *pcm, void *data, unsigned int count);/* * mmap() support. */int pcm_mmap_write(struct pcm *pcm, const void *data, unsigned int count);int pcm_mmap_read(struct pcm *pcm, void *data, unsigned int count);int pcm_mmap_begin(struct pcm *pcm, void **areas, unsigned int *offset, unsigned int *frames);int pcm_mmap_commit(struct pcm *pcm, unsigned int offset, unsigned int frames);/* Start and stop a PCM channel that doesn't transfer data */int pcm_start(struct pcm *pcm);int pcm_stop(struct pcm *pcm);/* Interrupt driven API */int pcm_wait(struct pcm *pcm, int timeout);/* Change avail_min after the stream has been opened with no need to stop the stream. * Only accepted if opened with PCM_MMAP and PCM_NOIRQ flags */int pcm_set_avail_min(struct pcm *pcm, int avail_min);
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：
[email protected]:/ # tinymix Mixer name: 'wm8904 @ SAMA5D3EK'Number of controls: 41ctl type num name value0 INT 1 EQ1 Volume 121 INT 1 EQ2 Volume 122 INT 1 EQ3 Volume 123 INT 1 EQ4 Volume 124 INT 1 EQ5 Volume 125 INT 2 Digital Capture Volume 96 966 ENUM 1 Left Caputure Mode Single-Ended7 ENUM 1 Right Capture Mode Single-Ended8 INT 2 Capture Volume 5 59 BOOL 2 Capture Switch Off Off10 BOOL 1 High Pass Filter Switch On11 ENUM 1 High Pass Filter Mode Hi-fi12 BOOL 1 ADC 128x OSR Switch On13 INT 1 Digital Playback Boost Volume 014 INT 2 Digital Playback Volume 96 9615 INT 2 Headphone Volume 45 4516 BOOL 2 Headphone Switch On On17 BOOL 2 Headphone ZC Switch On On18 INT 2 Line Output Volume 57 5719 BOOL 2 Line Output Switch On On20 BOOL 2 Line Output ZC Switch On On21 BOOL 1 EQ Switch Off22 BOOL 1 DRC Switch Off23 ENUM 1 DRC Path ADC24 BOOL 1 DAC OSRx2 Switch Off25 BOOL 1 DAC Deemphasis Switch Off26 INT 2 Digital Sidetone Volume 0 027 ENUM 1 LINER Mux DAC28 ENUM 1 LINEL Mux DAC29 ENUM 1 HPR Mux DAC30 ENUM 1 HPL Mux DAC31 ENUM 1 Right Sidetone None32 ENUM 1 Left Sidetone None33 ENUM 1 DACR Mux Right34 ENUM 1 DACL Mux Left35 ENUM 1 AIFOUTR Mux Right36 ENUM 1 AIFOUTL Mux Left37 ENUM 1 Right Capture Inverting Mux IN1R38 ENUM 1 Right Capture Mux IN2R39 ENUM 1 Left Capture Inverting Mux IN1L40 ENUM 1 Left Capture Mux IN2L
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，参考以下： http://blog.csdn.net/DroidPhone/article/details/5941344
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