Android音频系统之四AudioPolicy

4.1 AudioPolicy的诞生

AudioPolicyService是Android音频系统的两大服务之一，另一个服务是AudioFlinger，这两大服务都在系统启动时有MediaSever加载，代码在framework/base/media/MediaServer/Main_MediaServer中。

int main(int argc, char** argv)
{
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
//先创建AF
AudioFlinger::instantiate();
//再创建APS
AudioPolicyService::instantiate();
ProcessState::self()->startThreadPool();
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}

4.1.1 new AudioFlinger

AudioFlinger::AudioFlinger()
: BnAudioFlinger(),//基类构造函数
mAudioHardware(0), mMasterVolume(1.0f), mMasterMute(false), mNextThreadId(0)
{
....
mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE;
mAudioHardware = AudioHardwareInterface::create();
mHardwareStatus = AUDIO_HW_INIT;
....
if (mAudioHardware->initCheck() == NO_ERROR) {
setMode(AudioSystem::MODE_NORMAL);
setMasterVolume(1.0f);
setMasterMute(false);
}
}

感觉上，AudioFlinger的构造函数就是创建了一个最重要的AudioHardWare的HAL代表。注意整个系统就这一个AudioHardware了。也就是说，不管是线控耳机，蓝牙耳机，麦克，外放等等，最后都会由这一个HAL统一管理。

4.1.2 new AudioPolicyService

AudioPolicyService::AudioPolicyService()
: BnAudioPolicyService() , mpPolicyManager(NULL)
{
char value[PROPERTY_VALUE_MAX];
// start tone playback threadmTonePlaybackThread = new AudioCommandThread(String8("ApmTone"), this);// start audio commands threadmAudioCommandThread = new AudioCommandThread(String8("ApmAudio"), this);// start output activity command threadmOutputCommandThread = new AudioCommandThread(String8("ApmOutput"), this);
rc = mpAudioPolicyDev->create_audio_policy(mpAudioPolicyDev, &aps_ops, this,&mpAudioPolicy);

         rc = mpAudioPolicy->init_check(mpAudioPolicy);}

构造函数中调用了policy_hal中的create_audio_policy函数和init_check函数，create_audio_policy函数的目的是设置回调函数并且调用createAudioPolicyManager函数创建AudioPolicyManager(apm)的实例。init_check函数调用的apm的init_check函数，即是AudioPolicyManagerBase的init_check函数。不同厂商还可以实现自己的AudioPolicyManager，这样做的好处就是把server断和client端分离，减少代码的耦合度。

4.1.3 AudioPolicyCompatClient

为了符合C/S的架构，AudioPolicy也遵循了该架构，这里就是AudioPolicy的client端，它实际调用的还是server端的接口函数。

int create_legacy_ap（）{

......

lap->service_client = new AudioPolicyCompatClient(aps_ops, service);

lap->apm = createAudioPolicyManager(lap->service_client);

}

该函数首先创建一个client对象，再把client对象传给audiopolicy的server端。client调用的接口函数最终会调用server的接口函数。

4.1.4 AudioPolicyManagerBase

构造函数就会使用mpClientInterface来访问AudioPolicyService。

AudioPolicyManagerBase::AudioPolicyManagerBase(AudioPolicyClientInterface *clientInterface)

{

......

for (size_t i = 0; i < mHwModules.size(); i++) {
        mHwModules[i]->mHandle = mpClientInterface->loadHwModule(mHwModules[i]->mName);
        if (mHwModules[i]->mHandle == 0) {
            ALOGW("could not open HW module %s", mHwModules[i]->mName);
            continue;
        }
     ......

}

4.2 AudioPolicyServie

4.2.1 AudioPolicyService主要完成：
1、JAVA应用层通过JNI，经由IAudioPolicyService接口，访问AudioPolicyService提供的服务

2、输入输出设备的连接状态

3、系统的音频策略（strategy）的切换

4、音量/音频参数的设置

4.2.2 AudioPolicyService的构成

1、AudioPolicyService继承了IAudioPolicyService接口，这样AudioPolicyService就可以基于Android的Binder机制，向外部提供服务；

2、AudioPolicyService同时也继承了AudioPolicyClientInterface类，它有一个AudioPolicyInterface类的成员指针mpPolicyManager，实际上就是指向了AudioPolicyManager；

3、AudioPolicyManager类继承了AudioPolicyInterface类以便向AudioPolicyService提供服务，反过来同时还有一个AudioPolicyClientInterface指针，该指针在构造函数中被初始化，指向了AudioPolicyService，实际上，AudioPolicyService是通过成员指针mpPolicyManager访问AudioPolicyManager，而AudioPolicyManager则通过AudioPolicyClientInterface（mpClientInterface）访问AudioPolicyService；

4、AudioPolicyService有一个内部线程类AudioCommandThread，顾名思义，所有的命令（音量控制，输入、输出的切换等）最终都会在该线程中排队执行；

4.3 AudioPolicyManager

AudioPolicyService的很大一部分管理工作都是在AudioPolicyManager中完成的。包括音量管理，音频策略（strategy）管理，输入输出设备管理。

4.3.1 输入输出设备管理

音频系统为音频设备定义了一个枚举：AudioSystem::audio_devices，例如：DEVICE_OUT_SPEAKER，DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE，DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP，DEVICE_IN_BUILTIN_MIC，DEVICE_IN_VOICE_CALL等等，每一个枚举值其实对应一个32bit整数的某一个位，所以这些值是可以进行位或操作的，例如我希望同时打开扬声器和耳机，那么可以这样：

newDevice = DEVICE_OUT_SPEAKER | DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE；

setOutputDevice(mHardwareOutput, newDevice);

AudioPolicyManager中有两个成员变量：mAvailableOutputDevices和mAvailableInputDevices，他们记录了当前可用的输入和输出设备，当系统检测到耳机或者蓝牙已连接好时，会调用AudioPolicyManager的成员函数:

status_t AudioPolicyManager::setDeviceConnectionState(AudioSystem::audio_devices device, AudioSystem::device_connection_state state,const char *device_address)

该函数根据传入的device值和state（DEVICE_STATE_AVAILABLE/DEVICE_STATE_UNAVAILABLE）设置mAvailableOutputDevices或者mAvailableInputDevices，然后选择相应的输入或者输出设备。

其他一些相关的函数：

1、setForceUse() 设置某种场合强制使用某一设备，例如setForceUse(FOR_MEDIA, FORCE_SPEAKER)会在播放音乐时打开扬声器

2、startOutput()/stopOutput()

3、startInput()/stopInput()

4.3.2 音量管理

AudioPolicyManager提供了一下几个与音量相关的函数：

1、initStreamVolume(AudioSystem::stream_type stream, int indexMin, int indexMax)

2、setStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream, int index)

3、getStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream)

AudioService.java中定义了每一种音频流的最大音量级别：

/** @hide Maximum volume index values for audio streams */
    private int[] MAX_STREAM_VOLUME = new int[] {
        5, // STREAM_VOICE_CALL
        7, // STREAM_SYSTEM
        7, // STREAM_RING
        15, // STREAM_MUSIC
        7, // STREAM_ALARM
        7, // STREAM_NOTIFICATION
        15, // STREAM_BLUETOOTH_SCO
        7, // STREAM_SYSTEM_ENFORCED
        15, // STREAM_DTMF
        15 // STREAM_TTS
    };

由此可见，电话铃声可以有7个级别的音量，而音乐则可以有15个音量级别，java的代码通过jni，最后调用AudioPolicyManager的initStreamVolume()，把这个数组的内容传入AudioPolicyManager中，这样AudioPolicyManager也就记住了每一个音频流的音量级别。应用程序可以调用setStreamVolumeIndex设置各个音频流的音量级别，setStreamVolumeIndex会把这个整数的音量级别转化为适合人耳的对数级别，然后通过AudioPolicyService的AudioCommandThread，最终会将设置应用到AudioFlinger的相应的Track中。

4.3.3 音频策略管理

我想首先要搞清楚stream_type，device，strategy三者之间的关系：

1、AudioSystem::stream_type 音频流的类型，一共有10种类型

2、AudioSystem::audio_devices 音频输入输出设备，每一个bit代表一种设备，见前面的说明

3、AudioPolicyManager::routing_strategy 音频路由策略，可以有4种策略

getStrategy(stream_type)根据stream type，返回对应的routing strategy值，getDeviceForStrategy()则是根据routing strategy，返回可用的device。Android把10种stream type归纳为4种路由策略，然后根据路由策略决定具体的输出设备。

4.3.4 成员变量mOutputs

KeyedVector<audio_io_handle_t, AudioOutputDescriptor *> mOutputs; // list of output descriptors

这是AudioPolocyManager用来管理输出的键值对向量（数组），通常AudioPolocyManager会打开3个输出句柄（audio_io_handle_t），关于audio_io_handle_t，它实际上就是AudioFlinger中某个PlaybackTread的ID。这3个句柄分别是：

mHardwareOutput // hardware output handler
mA2dpOutput // A2DP output handler
mDuplicatedOutput // duplicated output handler: outputs to hardware and A2DP

可以通过startOutput()把某一个stream type放入到相应的输出中。

4.3.5 popCount()

这个函数主要用来计算device变量中有多少个非0位（计算32位数种1的个数），例如该函数返回2，代表同时有两个device要处理。之所以特别介绍它，是因为这个函数的实现很有意思：

uint32_t AudioSystem::popCount(uint32_t u)
{
    u = ((u&0x55555555) + ((u>>1)&0x55555555));
    u = ((u&0x33333333) + ((u>>2)&0x33333333));
    u = ((u&0x0f0f0f0f) + ((u>>4)&0x0f0f0f0f));
    u = ((u&0x00ff00ff) + ((u>>8)&0x00ff00ff));
    u = ( u&0x0000ffff) + (u>>16);
    return u;
}

4.3.6 AudioCommandThread

这是AudioPolicyService中的一个线程，主要用于处理音频设置相关的命令。包括：

START_TONE
STOP_TONE
SET_VOLUME
SET_PARAMETERS
SET_VOICE_VOLUME

每种命令的参数有相应的包装：

class ToneData
class VolumeData
class ParametersData
class VoiceVolumeData

START_TONE/STOP_TONE：播放电话系统中常用的特殊音调，例如：TONE_DTMF_0，TONE_SUP_BUSY等等。

SET_VOLUME：最终会调用AudioFlinger进行音量设置

SET_VOICE_VOLUME：最终会调用AudioFlinger进行电话音量设置

SET_PARAMETERS：通过一个KeyValuePairs形式的字符串进行参数设置，KeyValuePairs的格式可以这样：

"sampling_rate=44100"
"channels=2"
"sampling_rate=44100;channels=2" // 组合形式

这些KeyValuePairs可以通过AudioPolicyService的成员函数setParameters()传入。

4.3 AudioPolicy总结

1、AudioPolicyService才是真正调用AudioFlinger的地方，Audio_poliy_hal、AudioPolicyManagerBase最终都会绕到AudioPolicyService里面去。

2、AduioPolicyService调用AudioFlinger里面的函数，是通过Binder机制，即调用接口IAudioFlinger接口。

3、AudioPolicyService只提供服务给AudioSystem.cpp，通过Binder接口调用。其他类不可以直接调用AudioPolicyService类，只能调用AudioSystem里面的方法间接调用AudioPolicyService。