昨天(2011-11-15)发布了Android4.0的源码,今天download下来,开始挺进4.0时代。简单看了一下,发现音频系统方面与2.3的有较多地方不同,下面逐一描述。

一、代码模块位置

1、AudioFlinger

frameworks/base/services/audioflinger/
+-- Android.mk
+-- AudioBufferProvider.h
+-- AudioFlinger.cpp
+-- AudioFlinger.h
+-- AudioMixer.cpp
+-- AudioMixer.h
+-- AudioPolicyService.cpp
+-- AudioPolicyService.h
+-- AudioResampler.cpp
+-- AudioResamplerCubic.cpp
+-- AudioResamplerCubic.h
+-- AudioResampler.h
+-- AudioResamplerSinc.cpp
+-- AudioResamplerSinc.h

AudioFlinger相关代码,好像这部分与2.3相差不大,至少接口是兼容的。值得注意的是:2.3位于这里的还有AudioHardwareGeneric、AudioHardwareInterface、A2dpAudioInterface等一系列接口代码,现在都移除了。实际上,这些接口变更为legacy(有另外更好的实现方式,但也兼容之前的方法),取而代之的是要实现hardware/libhardware/include/hardware/audio.h提供的接口,这是一个较大的变化。

两种Audio Hardware HAL接口定义:
1/ legacy:hardware/libhardware_legacy/include/hardware_legacy/AudioHardwareInterface.h
2/ current:hardware/libhardware/include/hardware/audio.h

2、audio_hw

hardware/libhardware_legacy/audio/
+-- A2dpAudioInterface.cpp
+-- A2dpAudioInterface.h
+-- Android.mk
+-- AudioDumpInterface.cpp
+-- AudioDumpInterface.h
+-- AudioHardwareGeneric.cpp
+-- AudioHardwareGeneric.h
+-- AudioHardwareInterface.cpp
+-- AudioHardwareStub.cpp
+-- AudioHardwareStub.h
+-- audio_hw_hal.cpp
+-- AudioPolicyCompatClient.cpp
+-- AudioPolicyCompatClient.h
+-- audio_policy_hal.cpp
+-- AudioPolicyManagerBase.cpp
+-- AudioPolicyManagerDefault.cpp
+-- AudioPolicyManagerDefault.h

上面提及的AudioHardwareGeneric、AudioHardwareInterface、A2dpAudioInterface等都放到libhardware_legacy里。

事实上legacy也要封装成current中的audio.h,确切的说需要一个联系legacy interface和not legacy interface的中间层,这里的audio_hw_hal.cpp就充当这样的一个角色了。因此,我们其实也可以把2.3之前的alsa_sound这一套东西也搬过来。
hardware/libhardware/modules/audio/
+-- Android.mk
+-- audio_hw.c
+-- audio_policy.c

这是一个stub(类似于2.3中的AudioHardwareStub),大多数函数只是简单的返回一个值,并没有实际操作,只是保证Android能得到一个audio hardware hal实例,从而启动运行,当然声音没有输出到外设的。在底层音频驱动或audio hardware hal还没有实现好的情况下,可以使用这个stub device,先让Android跑起来。

device/samsung/tuna/audio/
+-- Android.mk
+-- audio_hw.c
+-- ril_interface.c
+-- ril_interface.h

这是Samsung Tuna的音频设备抽象层,很有参考价值,计划以后就在它的基础上进行移植。它调用tinyalsa的接口,可见这个方案的底层音频驱动是alsa。

3、tinyalsa

external/tinyalsa/
+-- Android.mk
+-- include
|   +-- tinyalsa
|       +-- asoundlib.h
+-- mixer.c      ##类alsa-lib的control,作用音频部件开关、音量调节等
+-- pcm.c        ##类alsa-lib的pcm,作用音频pcm数据回放录制
+-- README
+-- tinycap.c    ##类alsa_arecord
+-- tinymix.c    ##类alsa_amixer
+-- tinyplay.c   ##类alsa_aplay

在2.3时代,Android还隐晦把它放在android2.3.1-gingerbread/device/samsung/crespo/libaudio,现在终于把alsa-lib一脚踢开,小三变正室了,正名tinyalsa。

这其实是历史的必然了,alsa-lib太过复杂繁琐了,我看得也很不爽;更重要的商业上面的考虑,必须移除被GNU GPL授权证所约束的部份,alsa-lib并不是个例。

注意:上面的hardware/libhardware_legacy/audio/、hardware/libhardware/modules/audio/、device/samsung/tuna/audio/是同层的。之一是legacy audio,用于兼容2.2时代的alsa_sound;之二是stub audio接口;之三是Samsung Tuna的音频抽象层实现。调用层次:AudioFlinger -> audio_hw -> tinyalsa。

二、Audio Hardware HAL加载

1、AudioFlinger

//加载audio hardware hal
static int load_audio_interface(const char *if_name, const hw_module_t **mod,audio_hw_device_t **dev)
{int rc;//根据classid和if_name找到指定的动态库并加载,这里加载的是音频动态库,如libaudio.primary.tuna.sorc = hw_get_module_by_class(AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, if_name, mod);if (rc)goto out;//加载好的动态库模块必有个open方法,调用open方法打开音频设备模块rc = audio_hw_device_open(*mod, dev);LOGE_IF(rc, "couldn't open audio hw device in %s.%s (%s)",AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, if_name, strerror(-rc));if (rc)goto out;return 0;out:*mod = NULL;*dev = NULL;return rc;
}//音频设备接口,hw_get_module_by_class需要根据这些字符串找到相关的音频模块库
static const char *audio_interfaces[] = {"primary", //主音频设备,一般为本机codec"a2dp",    //a2dp设备,蓝牙高保真音频"usb",     //usb-audio设备,这个东东我2.3就考虑要实现了,现在终于支持了
};
#define ARRAY_SIZE(x) (sizeof((x))/sizeof(((x)[0])))// ----------------------------------------------------------------------------AudioFlinger::AudioFlinger(): BnAudioFlinger(),mPrimaryHardwareDev(0), mMasterVolume(1.0f), mMasterMute(false), mNextUniqueId(1),mBtNrecIsOff(false)
{
}void AudioFlinger::onFirstRef()
{int rc = 0;Mutex::Autolock _l(mLock);/* TODO: move all this work into an Init() function */mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE;//打开audio_interfaces数组定义的所有音频设备for (size_t i = 0; i < ARRAY_SIZE(audio_interfaces); i++) {const hw_module_t *mod;audio_hw_device_t *dev;rc = load_audio_interface(audio_interfaces[i], &mod, &dev);if (rc)continue;LOGI("Loaded %s audio interface from %s (%s)", audio_interfaces[i],mod->name, mod->id);mAudioHwDevs.push(dev); //mAudioHwDevs是一个Vector,存储已打开的audio hw devicesif (!mPrimaryHardwareDev) {mPrimaryHardwareDev = dev;LOGI("Using '%s' (%s.%s) as the primary audio interface",mod->name, mod->id, audio_interfaces[i]);}}mHardwareStatus = AUDIO_HW_INIT;if (!mPrimaryHardwareDev || mAudioHwDevs.size() == 0) {LOGE("Primary audio interface not found");return;}//对audio hw devices进行一些初始化,如mode、master volume的设置for (size_t i = 0; i < mAudioHwDevs.size(); i++) {audio_hw_device_t *dev = mAudioHwDevs[i];mHardwareStatus = AUDIO_HW_INIT;rc = dev->init_check(dev);if (rc == 0) {AutoMutex lock(mHardwareLock);mMode = AUDIO_MODE_NORMAL;mHardwareStatus = AUDIO_HW_SET_MODE;dev->set_mode(dev, mMode);mHardwareStatus = AUDIO_HW_SET_MASTER_VOLUME;dev->set_master_volume(dev, 1.0f);mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE;}}
}

以上对AudioFlinger进行的分析,主要是通过hw_get_module_by_class()找到模块接口名字if_name相匹配的模块库,加载,然后audio_hw_device_open()调用模块的open方法,完成音频设备模块的初始化。

留意AudioFlinger的构造函数只有简单的私有变量的初始化操作了,把音频设备初始化放到onFirstRef(),Android终于改进了这一点,好的设计根本不应该把可能会失败的操作放到构造函数中。onFirstRef是RefBase类的一个虚函数,在构造sp的时候就会被调用。因此,在构造sp<AudioFlinger>的时候就会触发onFirstRef方法,从而完成音频设备模块初始化。

2、hw_get_module_by_class

我们接下来看看hw_get_module_by_class,实现在hardware/libhardware/ hardware.c中,它作用加载指定名字的模块库(.so文件),这个应该是用于加载所有硬件设备相关的库文件,并不只是音频设备。
int hw_get_module_by_class(const char *class_id, const char *inst,const struct hw_module_t **module)
{int status;int i;const struct hw_module_t *hmi = NULL;char prop[PATH_MAX];char path[PATH_MAX];char name[PATH_MAX];if (inst)snprintf(name, PATH_MAX, "%s.%s", class_id, inst);elsestrlcpy(name, class_id, PATH_MAX);//这里我们以音频库为例,AudioFlinger调用到这个函数时,//class_id=AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID="audio",inst="primary"(或"a2dp"或"usb")//那么此时name="audio.primary"/** Here we rely on the fact that calling dlopen multiple times on* the same .so will simply increment a refcount (and not load* a new copy of the library).* We also assume that dlopen() is thread-safe.*//* Loop through the configuration variants looking for a module */for (i=0 ; i<HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1 ; i++) {if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT) {//通过property_get找到厂家标记如"ro.product.board=tuna",这时prop="tuna"if (property_get(variant_keys[i], prop, NULL) == 0) {continue;}snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so",HAL_LIBRARY_PATH2, name, prop); //#define HAL_LIBRARY_PATH2 "/vendor/lib/hw"if (access(path, R_OK) == 0) break;snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so",HAL_LIBRARY_PATH1, name, prop); //#define HAL_LIBRARY_PATH1 "/system/lib/hw"if (access(path, R_OK) == 0) break;} else {snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.default.so", //如没有指定的库文件,则加载default.so,即stub-deviceHAL_LIBRARY_PATH1, name);if (access(path, R_OK) == 0) break;}}//到这里,完成一个模块库的完整路径名称,如path="/system/lib/hw/audio.primary.tuna.so"//如何生成audio.primary.tuna.so?请看相关的Android.mk文件,其中有定义LOCAL_MODULE := audio.primary.tunastatus = -ENOENT;if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1) {/* load the module, if this fails, we're doomed, and we should not try* to load a different variant. */status = load(class_id, path, module); //加载模块库}return status;
}

load()函数不详细分析了,它通过dlopen加载库文件,然后dlsym找到hal_module_info的首地址。我们先看看hal_module_info的定义:

/*** Every hardware module must have a data structure named HAL_MODULE_INFO_SYM* and the fields of this data structure must begin with hw_module_t* followed by module specific information.*/
typedef struct hw_module_t {/** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */uint32_t tag;/** major version number for the module */uint16_t version_major;/** minor version number of the module */uint16_t version_minor;/** Identifier of module */const char *id;/** Name of this module */const char *name;/** Author/owner/implementor of the module */const char *author;/** Modules methods */struct hw_module_methods_t* methods;/** module's dso */void* dso;/** padding to 128 bytes, reserved for future use */uint32_t reserved[32-7];} hw_module_t;typedef struct hw_module_methods_t {/** Open a specific device */int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,struct hw_device_t** device);} hw_module_methods_t;

这个结构体很重要,注释很详细。dlsym拿到这个结构体的首地址后,就可以调用Modules methods进行设备模块的初始化了。设备模块中,都应该按照这个格式初始化好这个结构体,否则dlsym找不到它,也就无法调用Modules methods进行初始化了。

例如,在audio_hw.c中,它是这样定义的:
static struct hw_module_methods_t hal_module_methods = {.open = adev_open,
};struct audio_module HAL_MODULE_INFO_SYM = {.common = {.tag = HARDWARE_MODULE_TAG,.version_major = 1,.version_minor = 0,.id = AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID,.name = "Tuna audio HW HAL",.author = "The Android Open Source Project",.methods = &hal_module_methods,},
};

3、audio_hw

好了,经过一番周折,又dlopen又dlsym的,终于进入我们的audio_hw。这部分没什么好说的,按照hardware/libhardware/include/hardware/audio.h定义的接口实现就行了。这些接口全扔到一个结构体里面的,这样做的好处是:不必用大量的dlsym来获取各个接口函数的地址,只需找到这个结构体即可,从易用性和可扩充性来说,都是首选方式。
接口定义如下:
struct audio_hw_device {struct hw_device_t common;/*** used by audio flinger to enumerate what devices are supported by* each audio_hw_device implementation.** Return value is a bitmask of 1 or more values of audio_devices_t*/uint32_t (*get_supported_devices)(const struct audio_hw_device *dev);/*** check to see if the audio hardware interface has been initialized.* returns 0 on success, -ENODEV on failure.*/int (*init_check)(const struct audio_hw_device *dev);/** set the audio volume of a voice call. Range is between 0.0 and 1.0 */int (*set_voice_volume)(struct audio_hw_device *dev, float volume);/*** set the audio volume for all audio activities other than voice call.* Range between 0.0 and 1.0. If any value other than 0 is returned,* the software mixer will emulate this capability.*/int (*set_master_volume)(struct audio_hw_device *dev, float volume);/*** setMode is called when the audio mode changes. AUDIO_MODE_NORMAL mode* is for standard audio playback, AUDIO_MODE_RINGTONE when a ringtone is* playing, and AUDIO_MODE_IN_CALL when a call is in progress.*/int (*set_mode)(struct audio_hw_device *dev, int mode);/* mic mute */int (*set_mic_mute)(struct audio_hw_device *dev, bool state);int (*get_mic_mute)(const struct audio_hw_device *dev, bool *state);/* set/get global audio parameters */int (*set_parameters)(struct audio_hw_device *dev, const char *kv_pairs);/** Returns a pointer to a heap allocated string. The caller is responsible* for freeing the memory for it.*/char * (*get_parameters)(const struct audio_hw_device *dev,const char *keys);/* Returns audio input buffer size according to parameters passed or* 0 if one of the parameters is not supported*/size_t (*get_input_buffer_size)(const struct audio_hw_device *dev,uint32_t sample_rate, int format,int channel_count);/** This method creates and opens the audio hardware output stream */int (*open_output_stream)(struct audio_hw_device *dev, uint32_t devices,int *format, uint32_t *channels,uint32_t *sample_rate,struct audio_stream_out **out);void (*close_output_stream)(struct audio_hw_device *dev,struct audio_stream_out* out);/** This method creates and opens the audio hardware input stream */int (*open_input_stream)(struct audio_hw_device *dev, uint32_t devices,int *format, uint32_t *channels,uint32_t *sample_rate,audio_in_acoustics_t acoustics,struct audio_stream_in **stream_in);void (*close_input_stream)(struct audio_hw_device *dev,struct audio_stream_in *in);/** This method dumps the state of the audio hardware */int (*dump)(const struct audio_hw_device *dev, int fd);
};
typedef struct audio_hw_device audio_hw_device_t;

注:这是比较标准的C接口设计方法了,但是个人感觉还是用C++比较好,直观易读。2.3之前都是用C++实现这些接口设计的,到了4.0,不知道为何采纳用C?不会理由是做底层的不懂C++吧?!

三、Audio Hardware HAL的legacy实现

之前提到两种Audio Hardware HAL接口定义:
1/ legacy:hardware/libhardware_legacy/include/hardware_legacy/AudioHardwareInterface.h
2/ current:hardware/libhardware/include/hardware/audio.h
前者是2.3及之前的音频设备接口定义,后者是4.0的接口定义。

为了兼容以前的设计,4.0实现一个中间层:hardware/libhardware_legacy/audio/audio_hw_hal.cpp,结构与其他的audio_hw.c大同小异,差别在于open方法:
static int legacy_adev_open(const hw_module_t* module, const char* name,hw_device_t** device)
{......ladev->hwif = createAudioHardware();if (!ladev->hwif) {ret = -EIO;goto err_create_audio_hw;}......
}

看到那个熟悉的createAudioHardware()没有?这是以前我提到的Vendor Specific Audio接口,然后新的接口再调用ladev->hwif的函数就是了。

因此老一套的alsa-lib、alsa-utils和alsa_sound也可以照搬过来,这里的文件被编译成静态库的,因此你需要修改alsa_sound里面的Android.mk文件,链接这个静态库。还有alsa_sound的命名空间原来是“android”,现在需要改成“android_audio_legacy”。

四、a2dp Audio HAL的实现

4.0的a2dp audio hal放到bluez里实现了,我找了好一会才找到:
external/Bluetooth/bluez/audio/android_audio_hw.c
大致与上面提到的audio_hw.c类似,因为都是基于audio.h定义的接口来实现的。
如果需要编译这个库,须在BoardConfig.mk里定义:
BOARD_HAVE_BLUETOOTH := true

开始还提到现在支持3种audio设备了,分别是primary、a2dp和usb。目前剩下usb audio hal我没有找到,不知是否需要自己去实现?其实alsa-driver都支持大部分的usb-audio设备了,因此上层也可调用tinyalsa的接口,就像samsung tuna的audio_hw.c那样。

五、音质改进???

可使用audio echo cancel和更好的resampler(SRC)???

--to be continued…

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