Android 音频框架 基于android 12

前言

• Android 的音频是一个相当复杂的部分。从应用到框架、hal、kernel、最后到硬件，每个部分的知识点都相当的多。而android 这部分代码在版本之间改动很大、其中充斥着各种workaround的处理，让人看的云里雾里。网上相应的分析文章也很多，有些就贴大段的代码 是很不容易理解的。
• 本系列就遵循从整体到局部， 从简单到复杂来分析。很多时候可能是带着问题来看文章。而写博客的目的 一是记录分析的过程，从迷茫 混乱到清晰 有序的关键概念和流程的理解。二是对系统或者框架思想的一个整体理解，为解决问题打下基础。
• 总体的一个理解：借用android 官网的一张图， 从应用层开始，所有封装中的音频数据经过解码后为pcm数据（或者音频的裸数据），这个数据就拷贝到framework层，framework根据设备和配置文件中定义的路由情况，将应用层指定的数据送到对应的设备进行输出。
  

本篇文章的目标包括以下几点

1. 从开机出发理解android audioservice 中audioflinger、audiopolicy提供怎样的服务。
2. 从播放出发理解android的音频数据如何一路送到硬件。
3. 从vendor.auio-hal出发理解hal层提供了怎样的服务。

音频服务audioserver

• 首先从开机启动的音频相关服务audioserver开始

  • 开机init.rc文件中和音频有关的service audioserver其包括android 音频框架两个最重要的服务audioflinger 和audiopolicy。当然这两个服务之间并没有相互隔离的很开，有些函数会在这两个服务直接相互调用。

• audioflinger的作用：

  • 跟HAL层的接口进行交互的地方， 包括load具体的某个module的实现，open相应的stream、往stream中写数据。
  • 为每个open的stream 创建相对应的线程，并维护线程和dev之间的关系，创建线程的时机是在成功open stream之后。
  • 维护和暴露给外部接口相对应的track，对外部track写到stream的数据进行处理包括mix、格式转换、采样率转换、音效处理、音量处理等等。
  • 创建patch，为音频输入和输出直接创建通路和线程， 使输入的数据直接输出到输出设备，而不需要通过应用层。
  • 根据配置track的模式、生成不同的线程，对数据进行不同的处理 主要有三种分别为direct（track的数据直接写到hal）、mix（经过混音 格式转换等处理）、offload （不经过解码数据直接写到dsp中。

• audiopolicy的作用：

  • 载入音频audio_policy_configuration.xml配置文件，并将配置文件中的moules、module、port、profile、routes抽象成代码中的各种概念比如modules、device、port等等。并在解析到attach device后 去调用audioflinger的openOutput stream打开设备.
  • 保存路由的信息、这里面包括xml定义的 和 通过外部注册到policy的mix。
  • track 启动播放的时候 会调用audiopolicy的接口getoutputfromattr 通过attr获取输出的设备。获取设备后同时可以找到对应的线程，这样往track写的数据 就会写到hal。

音频数据链路

• 简单的来讲 外部通过解码或者未解码的数据 buffer 写到track（这个track 可以是应用层也可以是framework层，应用层的调用到mediaPlayerservice 中的AudioOutput 其继承了AudioSink，audioSink是外部用的），

• 从前面的分析可以往这个track写数据最终都会要通过output device对应的线程里面去写的。可以看出这两个是属于不同的进程。一个是mediaserver 一个是audioserver，其数据交互是通过匿名共享内存来实现。 这个共享内存在audioflinger创建track的时候分配的。在mediaserver 往track写数据的时候，会把数据拷贝到这个共享内存中，然后audioflinger 把数据从共享内存中拷贝出来 经过一系列处理写到hal中。

hal 提供什么样的作用

hal的功能有定义的一系列的接口，主要就是打开声卡设备、然后往声卡设备里面写数据。hal提供给外部audioFlinger的主要接口是openDevice 和open_output_stream。不同vendor实现的方式不一样，目前看到的大部分的实现是基于tinyalsa提供的接口来实现对声卡控件的操作和声卡的读写。

• open_output_stream

  实现是创建了stream_out结构体，并赋值实现stream_out结构体中的不同函数指针。并将这个结构体返回给外部调用。这个会转换为外部的结构体 AudioStreamOut。 这个结构体会传递到audioFlinger 创建MixerThread中，后续应用调用audiotrack的write 函数会调用到hal层的write函数hal层使用tinyalsa 或者alsa的写到内核驱动中。

• out_write

  hal中只有在out_write里面才会真正的去打开底层的硬件 进行数据的写入。

总结：
总的来说， 外部 framework audioflinger 通过hal提供的接口创建出dev 和stream以用来获取hal层的能力，相关的接口实现在audio hal中有定义，然后audioFlinger 通过调用dev和stream的指针函数来操作hal，主要的接口有打开设备 打开流 写数据 读数据等等。