织梦CMS - 轻松建站从此开始！
高级搜索|网站地图|TAG标签RSS订阅[设为首页] [加入收藏]

罗索

搜索

热门标签:

当前位置: 主页>嵌入式开发>Android>

ANDROID音频系统散记之四：4.0音频系统HAL初探

落鹤生 发布于 2012-03-04 12:21 点击:次 
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。
TAG:

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

  1. frameworks/base/services/audioflinger/ 
  2. +-- Android.mk 
  3. +-- AudioBufferProvider.h 
  4. +-- AudioFlinger.cpp 
  5. +-- AudioFlinger.h 
  6. +-- AudioMixer.cpp 
  7. +-- AudioMixer.h 
  8. +-- AudioPolicyService.cpp 
  9. +-- AudioPolicyService.h 
  10. +-- AudioResampler.cpp 
  11. +-- AudioResamplerCubic.cpp 
  12. +-- AudioResamplerCubic.h 
  13. +-- AudioResampler.h 
  14. +-- AudioResamplerSinc.cpp 
  15. +-- 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/ 非legacy：hardware/libhardware/include/hardware/audio.h

2、audio_hw

  1. hardware/libhardware_legacy/audio/ 
  2. +-- A2dpAudioInterface.cpp 
  3. +-- A2dpAudioInterface.h 
  4. +-- Android.mk 
  5. +-- AudioDumpInterface.cpp 
  6. +-- AudioDumpInterface.h 
  7. +-- AudioHardwareGeneric.cpp 
  8. +-- AudioHardwareGeneric.h 
  9. +-- AudioHardwareInterface.cpp 
  10. +-- AudioHardwareStub.cpp 
  11. +-- AudioHardwareStub.h 
  12. +-- audio_hw_hal.cpp 
  13. +-- AudioPolicyCompatClient.cpp 
  14. +-- AudioPolicyCompatClient.h 
  15. +-- audio_policy_hal.cpp 
  16. +-- AudioPolicyManagerBase.cpp 
  17. +-- AudioPolicyManagerDefault.cpp 
  18. +-- AudioPolicyManagerDefault.h 

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

事实上legacy也要封装成非legacy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。
  1. hardware/libhardware/modules/audio/ 
  2. +-- Android.mk 
  3. +-- audio_hw.c 
  4. +-- 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。

  1. device/samsung/tuna/audio/ 
  2. +-- Android.mk 
  3. +-- audio_hw.c 
  4. +-- ril_interface.c 
  5. +-- 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

  1. external/tinyalsa/ 
  2. +-- Android.mk 
  3. +-- include 
  4. |   +-- tinyalsa 
  5. |       +-- asoundlib.h 
  6. +-- mixer.c      ##类alsa-lib的control，作用音频部件开关、音量调节等 
  7. +-- pcm.c        ##类alsa-lib的pcm，作用音频pcm数据回放录制 
  8. +-- README 
  9. +-- tinycap.c    ##类alsa_arecord 
  10. +-- tinymix.c    ##类alsa_amixer 
  11. +-- 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

  1. //加载audio hardware hal 
  2. static int load_audio_interface(const char *if_name
  3. , const hw_module_t **mod, audio_hw_device_t **dev) 
  4. { 
  5.     int rc; 
  6.      
  7. //根据classid和if_name找到指定的动态库并加载，
  8. //这里加载的是音频动态库，如libaudio.primary.tuna.so 
  9.     rc = hw_get_module_by_class(AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, if_name, mod); 
  10.     if (rc) 
  11.         goto out; 
  12.  
  13.     //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 
  14.     rc = audio_hw_device_open(*mod, dev); 
  15.     LOGE_IF(rc, "couldn't open audio hw device in %s.%s (%s)", 
  16.             AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, if_name, strerror(-rc)); 
  17.     if (rc) 
  18.         goto out; 
  19.  
  20.     return 0; 
  21.  
  22. out: 
  23.     *mod = NULL; 
  24.     *dev = NULL; 
  25.     return rc; 
  26. } 
  27.  
  28. //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 
  29. static const char *audio_interfaces[] = { 
  30.     "primary", //主音频设备，一般为本机codec 
  31.     "a2dp",    //a2dp设备，蓝牙高保真音频 
  32.     "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 
  33. }; 
  34. #define ARRAY_SIZE(x) (sizeof((x))/sizeof(((x)[0]))) 
  35.  
  36. // ---------------------------------------------------------------------------- 
  37.  
  38. AudioFlinger::AudioFlinger() 
  39.     : BnAudioFlinger(), 
  40.         mPrimaryHardwareDev(0), mMasterVolume(1.0f)
  41. , mMasterMute(false), mNextUniqueId(1), 
  42.         mBtNrecIsOff(false) 
  43. { 
  44. } 
  45.  
  46. void AudioFlinger::onFirstRef() 
  47. { 
  48.     int rc = 0; 
  49.  
  50.     Mutex::Autolock _l(mLock); 
  51.  
  52.     /* TODO: move all this work into an Init() function */ 
  53.     mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE; 
  54.  
  55.     //打开audio_interfaces数组定义的所有音频设备 
  56.     for (size_t i = 0; i < ARRAY_SIZE(audio_interfaces); i++) { 
  57.         const hw_module_t *mod; 
  58.         audio_hw_device_t *dev; 
  59.  
  60.         rc = load_audio_interface(audio_interfaces[i], &mod, &dev); 
  61.         if (rc) 
  62.             continue; 
  63.  
  64.         LOGI("Loaded %s audio interface from %s (%s)", audio_interfaces[i], 
  65.              mod->name, mod->id); 
  66.         mAudioHwDevs.push(dev);
  67. //mAudioHwDevs是一个Vector，存储已打开的audio hw devices 
  68.  
  69.         if (!mPrimaryHardwareDev) { 
  70.             mPrimaryHardwareDev = dev; 
  71.             LOGI("Using '%s' (%s.%s) as the primary audio interface", 
  72.                  mod->name, mod->id, audio_interfaces[i]); 
  73.         } 
  74.     } 
  75.  
  76.     mHardwareStatus = AUDIO_HW_INIT; 
  77.  
  78.     if (!mPrimaryHardwareDev || mAudioHwDevs.size() == 0) { 
  79.         LOGE("Primary audio interface not found"); 
  80.         return; 
  81.     } 
  82.  
  83.     //对audio hw devices进行一些初始化，如mode、master volume的设置 
  84.     for (size_t i = 0; i < mAudioHwDevs.size(); i++) { 
  85.         audio_hw_device_t *dev = mAudioHwDevs[i]; 
  86.  
  87.         mHardwareStatus = AUDIO_HW_INIT; 
  88.         rc = dev->init_check(dev); 
  89.         if (rc == 0) { 
  90.             AutoMutex lock(mHardwareLock); 
  91.  
  92.             mMode = AUDIO_MODE_NORMAL; 
  93.             mHardwareStatus = AUDIO_HW_SET_MODE; 
  94.             dev->set_mode(dev, mMode); 
  95.             mHardwareStatus = AUDIO_HW_SET_MASTER_VOLUME; 
  96.             dev->set_master_volume(dev, 1.0f); 
  97.             mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE; 
  98.         } 
  99.     } 
  100. } 

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。
  1. int hw_get_module_by_class(const char *class_id, const char *inst, 
  2.                            const struct hw_module_t **module) 
  3. { 
  4.     int status; 
  5.     int i; 
  6.     const struct hw_module_t *hmi = NULL; 
  7.     char prop[PATH_MAX]; 
  8.     char path[PATH_MAX]; 
  9.     char name[PATH_MAX]; 
  10.  
  11.     if (inst) 
  12.         snprintf(name, PATH_MAX, "%s.%s", class_id, inst); 
  13.     else 
  14.         strlcpy(name, class_id, PATH_MAX); 
  15.          
  16. //这里我们以音频库为例，AudioFlinger调用到这个函数时， 
  17. //class_id=AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID="audio"，inst="primary"(或"a2dp"或"usb") 
  18. //那么此时name="audio.primary" 
  19.  
  20. /* 
  21. * Here we rely on the fact that calling dlopen multiple times on 
  22. * the same .so will simply increment a refcount (and not load 
  23. * a new copy of the library). 
  24. * We also assume that dlopen() is thread-safe. 
  25. */ 
  26.  
  27. /* Loop through the configuration variants looking for a module */ 
  28.     for (i=0 ; i<HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1 ; i++) { 
  29.         if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT) { 
  30. //通过property_get找到厂家标记如"ro.product.board=tuna"，这时prop="tuna" 
  31.             if (property_get(variant_keys[i], prop, NULL) == 0) { 
  32.                 continue; 
  33.             } 
  34.             snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so", 
  35.                      HAL_LIBRARY_PATH2, name, prop); 
  36. //#define HAL_LIBRARY_PATH2 "/vendor/lib/hw" 
  37.             if (access(path, R_OK) == 0) break; 
  38.  
  39.             snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so", 
  40.                      HAL_LIBRARY_PATH1, name, prop); 
  41. //#define HAL_LIBRARY_PATH1 "/system/lib/hw" 
  42.             if (access(path, R_OK) == 0) break; 
  43.         } else { 
  44. snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.default.so", 
  45. //如没有指定的库文件，则加载default.so，即stub-device 
  46. HAL_LIBRARY_PATH1, name); 
  47.             if (access(path, R_OK) == 0) break; 
  48.         } 
  49.     } 
  50. //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" 
  51. //如何生成audio.primary.tuna.so？请看相关的Android.mk文件，
  52. //其中有定义LOCAL_MODULE := audio.primary.tuna 
  53.  
  54.     status = -ENOENT; 
  55.     if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1) { 
  56.         /* load the module, if this fails, we're doomed, and we should not try 
  57.          * to load a different variant. */ 
  58.         status = load(class_id, path, module); //加载模块库 
  59.     } 
  60.  
  61.     return status; 
  62. } 

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：

  1. /** 
  2.  * Every hardware module must have a data structure named HAL_MODULE_INFO_SYM 
  3.  * and the fields of this data structure must begin with hw_module_t 
  4.  * followed by module specific information. 
  5.  */ 
  6. typedef struct hw_module_t { 
  7.     /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */ 
  8.     uint32_t tag; 
  9.  
  10.     /** major version number for the module */ 
  11.     uint16_t version_major; 
  12.  
  13.     /** minor version number of the module */ 
  14.     uint16_t version_minor; 
  15.  
  16.     /** Identifier of module */ 
  17.     const char *id; 
  18.  
  19.     /** Name of this module */ 
  20.     const char *name; 
  21.  
  22.     /** Author/owner/implementor of the module */ 
  23.     const char *author; 
  24.  
  25.     /** Modules methods */ 
  26.     struct hw_module_methods_t* methods; 
  27.  
  28.     /** module's dso */ 
  29.     void* dso; 
  30.  
  31.     /** padding to 128 bytes, reserved for future use */ 
  32.     uint32_t reserved[32-7]; 
  33.  
  34. } hw_module_t; 
  35.  
  36. typedef struct hw_module_methods_t { 
  37.     /** Open a specific device */ 
  38.     int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id, 
  39.             struct hw_device_t** device); 
  40.  
  41. } 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：
  1. static struct hw_module_methods_t hal_module_methods = { 
  2.     .open = adev_open, 
  3. }; 
  4.  
  5. struct audio_module HAL_MODULE_INFO_SYM = { 
  6.     .common = { 
  7.         .tag = HARDWARE_MODULE_TAG, 
  8.         .version_major = 1, 
  9.         .version_minor = 0, 
  10.         .id = AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, 
  11.         .name = "Tuna audio HW HAL", 
  12.         .author = "The Android Open Source Project", 
  13.         .methods = &hal_module_methods, 
  14.     }, 
  15. }; 

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：

  1. struct audio_hw_device { 
  2.     struct hw_device_t common; 
  3.  
  4.     /** 
  5.      * used by audio flinger to enumerate what devices are supported by 
  6.      * each audio_hw_device implementation. 
  7.      * 
  8.      * Return value is a bitmask of 1 or more values of audio_devices_t 
  9.      */ 
  10.     uint32_t (*get_supported_devices)(const struct audio_hw_device *dev); 
  11.  
  12.     /** 
  13.      * check to see if the audio hardware interface has been initialized. 
  14.      * returns 0 on success, -ENODEV on failure. 
  15.      */ 
  16.     int (*init_check)(const struct audio_hw_device *dev); 
  17.  
  18.     /** set the audio volume of a voice call. Range is between 0.0 and 1.0 */ 
  19.     int (*set_voice_volume)(struct audio_hw_device *dev, float volume); 
  20.  
  21.     /** 
  22.      * set the audio volume for all audio activities other than voice call. 
  23.      * Range between 0.0 and 1.0. If any value other than 0 is returned, 
  24.      * the software mixer will emulate this capability. 
  25.      */ 
  26.     int (*set_master_volume)(struct audio_hw_device *dev, float volume); 
  27.  
  28.     /** 
  29.      * setMode is called when the audio mode changes. AUDIO_MODE_NORMAL mode 
  30.      * is for standard audio playback, AUDIO_MODE_RINGTONE when a ringtone is 
  31.      * playing, and AUDIO_MODE_IN_CALL when a call is in progress. 
  32.      */ 
  33.     int (*set_mode)(struct audio_hw_device *dev, int mode); 
  34.  
  35.     /* mic mute */ 
  36.     int (*set_mic_mute)(struct audio_hw_device *dev, bool state); 
  37.     int (*get_mic_mute)(const struct audio_hw_device *dev, bool *state); 
  38.  
  39.     /* set/get global audio parameters */ 
  40.     int (*set_parameters)(struct audio_hw_device *dev, const char *kv_pairs); 
  41.  
  42.     /* 
  43.      * Returns a pointer to a heap allocated string. The caller is responsible 
  44.      * for freeing the memory for it. 
  45.      */ 
  46.     char * (*get_parameters)(const struct audio_hw_device *dev, 
  47.                              const char *keys); 
  48.  
  49.     /* Returns audio input buffer size according to parameters passed or 
  50.      * 0 if one of the parameters is not supported 
  51.      */ 
  52.     size_t (*get_input_buffer_size)(const struct audio_hw_device *dev, 
  53.                                     uint32_t sample_rate, int format, 
  54.                                     int channel_count); 
  55.  
  56.     /** This method creates and opens the audio hardware output stream */ 
  57.     int (*open_output_stream)(struct audio_hw_device *dev, uint32_t devices, 
  58.                               int *format, uint32_t *channels, 
  59.                               uint32_t *sample_rate, 
  60.                               struct audio_stream_out **out); 
  61.  
  62.     void (*close_output_stream)(struct audio_hw_device *dev, 
  63.                                 struct audio_stream_out* out); 
  64.  
  65.     /** This method creates and opens the audio hardware input stream */ 
  66.     int (*open_input_stream)(struct audio_hw_device *dev, uint32_t devices, 
  67.                              int *format, uint32_t *channels, 
  68.                              uint32_t *sample_rate, 
  69.                              audio_in_acoustics_t acoustics, 
  70.                              struct audio_stream_in **stream_in); 
  71.  
  72.     void (*close_input_stream)(struct audio_hw_device *dev, 
  73.                                struct audio_stream_in *in); 
  74.  
  75.     /** This method dumps the state of the audio hardware */ 
  76.     int (*dump)(const struct audio_hw_device *dev, int fd); 
  77. }; 
  78. 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/ 非legacy：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：

  1. static int legacy_adev_open(const hw_module_t* module, const char* name, 
  2.                             hw_device_t** device) 
  3. { 
  4.     ...... 
  5.  
  6.     ladev->hwif = createAudioHardware(); 
  7.     if (!ladev->hwif) { 
  8.         ret = -EIO; 
  9.         goto err_create_audio_hw; 
  10.     } 
  11.  
  12.     ...... 
  13. } 

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…

(sepnic)
本站文章除注明转载外，均为本站原创或编译欢迎任何形式的转载，但请务必注明出处，尊重他人劳动，同学习共成长。转载请注明：文章转载自：罗索实验室 [http://www.rosoo.net/a/201203/15785.html]
本文出处：CSDN博客　作者：sepnic 原文
顶一下
(9)
100%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
相关文章
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规，严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
表情:
用户名: 验证码:点击我更换图片
最新评论 进入详细评论页>>
栏目列表
将本文分享到微信
织梦二维码生成器
推荐内容
热点内容