音频系统的核心：AudioFlinger
AudioFlinger为上层提供访问和管理音频的接口，同时通过hal来管理音频设备。
AudioFlinger服务的启动：
Framework/av/media/audioserver/main_audioserver.cpp
int main(int argc __unused, char **argv){
AudioFlinger::instantiate();
AudioPolicyService::instantiate();
RadioService::instantiate();
SoundTriggerHwService::instantiate();
}
把音频相关的服务启动起来。这个服务是系统开机时由init进程启动的。
audioserver.rc
service audioserver /system/bin/audioserver
class main
user audioserver
服务的类型是main，就是在启动main这类service时，audioserver也就启动了。
那么audioFlinger什么时候开始执行工作？根据其继承关系：
class AudioFlinger : publicBinderService<AudioFlinger>,public BnAudioFlinger
一方面继承BinderService，完成了把AudioFlinger添加到serviceManager的工作，另一方面继承BnAudioFlinger，使其是一个强指针引用，在被第一次引用时，执行onFirstRef()开启工作。在这之后，其他进程就可以通过serviceManager来访问AudioFlinger，调用其接口来让audiofligner执行音频处理的操作。从功能上讲，audiopolicyservice是策略的制定者，如什么时候打开音频接口设备、某种stream类型额音频对应什么设备由其决定，audioflinger是策略的执行者，如具体如何与音频设备通信、如何维护系统中的音频设备、多个音频流的混音处理由它完成。
Audio系统中支持的音频设备接口有：
AudioFlinger.cpp
static const char * const audio_interfaces[] = {
AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID_PRIMARY,//主音频设备
AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID_A2DP,//蓝牙a2dp音频
AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID_USB,//usb音频
};
AudiopolicyService会读取音频设备的描述文件：audio_policy.conf，然后打开这三类音频接口中存在的那个。这个过程最终调用的是AudioFlinger::loadHwModule(constchar *name)，其中的name就是要打开音频设备的名字。
看下具体的调用过程：
void AudioPolicyService::onFirstRef(){
mAudioPolicyClient = new AudioPolicyClient(this);
mAudioPolicyManager = createAudioPolicyManager(mAudioPolicyClient);
}
AudioPolicyFactory.cpp
extern "C" AudioPolicyInterface* createAudioPolicyManager(
AudioPolicyClientInterface *clientInterface)
{
return new AudioPolicyManager(clientInterface);
}
AudioPolicyManager.cpp的构造函数中，会加载配置文件，调用audioflinger的loadHwModule方法。
AudioPolicyManager::AudioPolicyManager(AudioPolicyClientInterface *clientInterface){
ConfigParsingUtils::loadConfig(AUDIO_POLICY_VENDOR_CONFIG_FILE, config);
ConfigParsingUtils::loadConfig(AUDIO_POLICY_CONFIG_FILE, config);
mpClientInterface->loadHwModule(mHwModules[i]->getName());
}
这里的mpClientInterface，就是audiopolicyservice中的mAudioPolicyClient对象。
AudioPolicyClientImpl.cpp
audio_module_handle_t AudioPolicyService::AudioPolicyClient::loadHwModule(const char *name){
sp<IAudioFlinger> af = AudioSystem::get_audio_flinger();
return af->loadHwModule(name);
}
这里先获取audioflinger服务句柄，然后调用其：loadHwModule方法。
AudioFlinger.cpp
audio_module_handle_t AudioFlinger::loadHwModule(const char *name){
Mutex::Autolock _l(mLock);
return loadHwModule_l(name)
}
加锁后调用
audio_module_handle_t AudioFlinger::loadHwModule_l(const char *name){
//是否已经添加过这个audio_interface，是就直接返回。
for (size_t i = 0; i < mAudioHwDevs.size(); i++) {
if (strncmp(mAudioHwDevs.valueAt(i)->moduleName(), name, strlen(name)) == 0) {
ALOGW("loadHwModule() module %s already loaded", name);
return mAudioHwDevs.keyAt(i);
}
}
//加载指定的audio_interface，会加载设备所需的库文件，
audio_hw_device_t *dev;
int rc = load_audio_interface(name, &dev);
//执行初始化，每次操作device前，要先改变mHardwareStatus的值，操作结束后再将其恢复为AUDIO_HW_IDLE。
mHardwareStatus = AUDIO_HW_INIT;
rc = dev->init_check(dev);
mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE;
//把加载后的设备，添加到mAudioHwDevs这个键值对中，其中key是全局唯一的。
audio_module_handle_t handle = (audio_module_handle_t) nextUniqueId(AUDIO_UNIQUE_ID_USE_MODULE);
mAudioHwDevs.add(handle, new AudioHwDevice(handle, name, dev, flags));
}
每个audio_interface包含的设备通常不止一个，目前支持的音频设备如图：
一个audio_interface包含的音频输出通道output可能也不止一个，下面先看audioflinger是如何打开一个output通道的。
打开音频输出通道output在audioflinger中对应接口是openOutput。
AudioFlinger.cpp
status_t AudioFlinger::openOutput(audio_module_handle_t module,
audio_io_handle_t *output,
audio_config_t *config,
audio_devices_t *devices,
const String8& address,
uint32_t *latencyMs,
audio_output_flags_t flags){
//调用openOutput_l，这里的module就是loadHwModule获得的，它是一个audio interface的id号，通过这个id在mAudioHwDevs中找到对应的AudioHwDevices对象。
sp<PlaybackThread> thread = openOutput_l(module, output, config, *devices, address, flags);
//如果当前设备时主设备primary output，需要进行相关模式设置，
if ((mPrimaryHardwareDev == NULL) && (flags & AUDIO_OUTPUT_FLAG_PRIMARY)) {
ALOGI("Using module %d has the primary audio interface", module);
mPrimaryHardwareDev = thread->getOutput()->audioHwDev;
AutoMutex lock(mHardwareLock);
mHardwareStatus = AUDIO_HW_SET_MODE;
mPrimaryHardwareDev->hwDevice()->set_mode(mPrimaryHardwareDev->hwDevice(), mMode);
mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE;
}
}
这里主要围绕AudioHwDevice*outHwDev做一些操作。
sp<AudioFlinger::PlaybackThread> AudioFlinger::openOutput_l(
audio_module_handle_t module,
audio_io_handle_t *output,
audio_config_t *config,
audio_devices_t devices,
const String8& address,
audio_output_flags_t flags){
//查找合适的音频接口设备audio interface，
AudioHwDevice *outHwDev = findSuitableHwDev_l(module, devices);
//为设备打开一个输出流，会获得一个audio_stream_out_t *stream; 一个audio_devices_t devices,其中会生成一个AudioStreamOut（AudioStreamOut *outputStream = new AudioStreamOut(this, flags);）就是来封装audio_stream_out_t和audio_devices_t的。
AudioStreamOut *outputStream = NULL;
status_t status = outHwDev->openOutputStream(
&outputStream, *output, devices, flags, config, address.string());
//创建播放线程，并添加到mPlaybackThreads全局变量中，
PlaybackThread *thread;
if (flags & AUDIO_OUTPUT_FLAG_COMPRESS_OFFLOAD) {
thread = new OffloadThread(this, outputStream, *output, devices, mSystemReady);
} else if ((flags & AUDIO_OUTPUT_FLAG_DIRECT){
thread = new DirectOutputThread(this, outputStream, *output, devices, mSystemReady);
} else {
thread = new MixerThread(this, outputStream, *output, devices, mSystemReady);
}
mPlaybackThreads.add(*output, thread);
}
AudioHwDevice 类型的指针变量*outHwDev，代表了一个打开的音频接口设备，它由一个成员变量audio_hw_device_t* const mHwDevice;数据类型audio_hw_device_t包含了一个音频接口设备所具有的属性集合。
typedef struct audio_hw_device audio_hw_device_t; 这是一个类型定义
struct audio_hw_device {
// hw_device_t 类型的common，是音频设备的通用方法，代表了硬件设备在HAL层要实现的共有属性。它必须是audio_hw_device的第一个成员，这个写法有点类似于c++的继承，表示audio_hw_device继承于hw_device_t，使用这个数据结构时将把hw_device_t转成audio_hw_device指针，在上下文中这是一个已知的hw_device_t的引用，代表的是audio_hw_device。
struct hw_device_t common;
//设置audio interface的主音量，
int (*set_master_volume)(struct audio_hw_device *dev, float volume);
//设置音频模式类型，当音频模式改变时被调用，标准音频播放是AUDIO_MODE_NORMAL，播放铃声是AUDIO_MODE_RINGTONE，正在通话是AUDIO_MODE_IN_CALL。
int (*set_mode)(struct audio_hw_device *dev, audio_mode_t mode);
//打开音频硬件的输出流，
int (*open_output_stream)(struct audio_hw_device *dev,
audio_io_handle_t handle,
audio_devices_t devices,
audio_output_flags_t flags,
struct audio_config *config,
struct audio_stream_out **stream_out,
const char *address);
}
具体看下上述步骤中的详细过程，
首先，查找相应的audiointerface，当前系统支持的音频设备都记录在mAudioHwDevs中。
AudioHwDevice*AudioFlinger::findSuitableHwDev_l(
audio_module_handle_tmodule, audio_devices_t devices){
// if module is 0, the request comes from an old policy manager and weshould load
// well knownmodules
//module等于0，首先加载所有已知的音频接口设备，这个加载最终还是调用audioflinger的loadHwModule方法实现；然后根据devices确定符合要求的设备。
if (module == 0) {
for (size_t i = 0; i < ARRAY_SIZE(audio_interfaces); i++) {
loadHwModule_l(audio_interfaces[i]);
}
// then try to find a module supporting the requested device.
for (size_t i = 0; i < mAudioHwDevs.size(); i++) {
AudioHwDevice *audioHwDevice = mAudioHwDevs.valueAt(i);
audio_hw_device_t *dev = audioHwDevice->hwDevice();
if ((dev->get_supported_devices != NULL) &&
(dev->get_supported_devices(dev) & devices) == devices)
return audioHwDevice;
}
}else {
// check a match for the requested module handle
//module非0时，查找全局的mAudioHwDevs变量确认符合要求的设备。
AudioHwDevice *audioHwDevice = mAudioHwDevs.valueFor(module);
if (audioHwDevice != NULL) {
return audioHwDevice;
}
}
return NULL;
}
其次，打开音频输出流，
AudioHwDevice.cpp
status_t AudioHwDevice::openOutputStream(
AudioStreamOut **ppStreamOut,
audio_io_handle_t handle,
audio_devices_t devices,
audio_output_flags_t flags,
struct audio_config *config,
const char *address){
AudioStreamOut *outputStream = new AudioStreamOut(this, flags);
status_t status = outputStream->open(handle, devices, config, address);
}
openOutputStream 也就是打开了一个audio_stream_out_t，这个指向指针的指针参数：AudioStreamOut**ppStreamOut,实际是一个出参，它包含了AudioStreamOut*outputStream，这个outputStream也就是要返回的结果，AudioStreamOut中有一个变量是audio_stream_out_t *stream;这个打开流的过程，主要是对audio_stream_out_t变量的操作，为他的函数指针做初始化，这个过程涉及到驱动，不太懂，就不往下跟了。
AudioStreamOut.cpp
status_t AudioStreamOut::open(
audio_io_handle_t handle,
audio_devices_t devices,
struct audio_config *config,
const char *address){
audio_stream_out_t *outStream;
int status = hwDev()->open_output_stream(
hwDev(),
handle,
devices,
customFlags,
config,
&outStream,
address);
}
最后，通道打开后，就要往通道中传数据了，也就是playbackthread播放线程做的工作。包括混音和直接输出。以混音为例，创建混音线程MixerThread，添加到mPlaybackThreads中。
DefaultKeyedVector< audio_io_handle_t,sp<PlaybackThread> > mPlaybackThreads;
DefaultKeyedVector< audio_io_handle_t,sp<RecordThread> > mRecordThreads;
系统中的播放线程都会添加到全局变量mPlaybackThreads中，录音线程也会添加到全局变量mRecordThreads中。
播放线程的继承关系图
播放线程的基类都是Thread，
class MixerThread : public PlaybackThread ；
class PlaybackThread : public ThreadBase（frameworks/av/services/audioflinger/Threads.h）
class ThreadBase : public Thread（frameworks/av/services/audioflinger/Threads.h）
classThread : virtual public RefBase (system/core/include/utils/Thread.h)Threads.cpp
AudioFlinger::MixerThread::MixerThread(const sp<AudioFlinger>& audioFlinger, AudioStreamOut* output, audio_io_handle_t id, audio_devices_t device, bool systemReady, type_t type) : PlaybackThread(audioFlinger, output, id, device, type, systemReady), mFastMixerFutex(0), mMasterMono(false){
AudioMixer* mAudioMixer; // normal mixer
sp<NBAIO_Sink> mOutputSink;
mAudioMixer = new AudioMixer(mNormalFrameCount, mSampleRate);
mOutputSink = new AudioStreamOutSink(output->stream);
mOutputSink->negotiate(offers, 1, NULL, numCounterOffers);
。。。
}
首先生成AudioMixer对象mAudioMixer，接着创建一个NBAIO（Non-blocking audio I/O interface 非阻塞音频IO接口）Sink对象mOutputSink。
一个播放线程的任务就是循环处理上层的音频数据回放请求，然后将其传到下一层，最终写入硬件设备，所以应该会有一个线程循环的地方。
从前面MixerThread的继承关系，它的父类有RefBase这个强指针，所以在其第一次被引用时将调用onFirstRef方法。
Threads.cpp
void AudioFlinger::PlaybackThread::onFirstRef()
{
run(mThreadName, ANDROID_PRIORITY_URGENT_AUDIO);
}
这个run方法，会create一个新线程，并调用新线程的threadLoop，然后循环的处理混音业务，这个新线程的threadLoop的返回值如果为true，threadLoop就会被再起调用，继续循环，如果返回false，就结束循环。看下具体代码：
这个run方法是system/core/include/utils/Thread.h中的，
后面两个参数是默认参数。virtual status_t run( const char* name,
int32_t priority = PRIORITY_DEFAULT, size_t stack = 0);
它的实现：
System/core/libutils/Threads.cpp
status_t Thread::run(const char* name, int32_t priority, size_t stack){
//这个函数一方面doCreateThread创建一个线程，另一方面_threadLoop方法，这个_threadLoop方法中将调用子类的threadLoop，并判断是否结束循环，
res = androidCreateRawThreadEtc(_threadLoop,
this, name, priority, stack, &mThread);
}
这里调用了子类的threadLoop，也即是playbackthread的threadloop。
int Thread::_threadLoop(void* user){
do {
result = self->threadLoop();
if (result == false || self->mExitPending) {
self->mExitPending = true;
break;
}
} while(strong != 0);
}
这里的self就是thread子类对象，如果threadLoop返回false，或者子类自己退出了，都会跳出while循环。
这样音频通道的建立就完成了，下面就是AudioTrack往这个通道输入数据。
整个过程：audiopolicyManager构造时，会根据audio_policy.conf来分析系统中有哪些audio interface，然后通过audioflinger::loadHwModule加载audiointerface对应的库文件，依次打开其中的输出通道output。打开openoutput时，打开了audio_stream_out_t通道，生成了audioStreamOut对象，创建了playbackthread线程。后面就等着audiotrack不断地跟audioflinger传递数据，整个音频回放就开始了。
接下来看playbackthread的循环体threadloop的处理过程：
Framework/av/services/audioflinger/Threads.cpp
bool AudioFlinger::PlaybackThread::threadLoop(){
while (!exitPending()){
//处理配置变更。
processConfigEvents_l();
//判断是否要进入standby，当前活跃的track数为0，或需要挂起都会进入standby
if ((!mActiveTracks.size() && systemTime() > mStandbyTimeNs) || isSuspended()){
if (shouldStandby_l()) {
threadLoop_standby();
mStandby = true;
}
}
//准备音频数据。
mMixerStatus = prepareTracks_l(&tracksToRemove);
//如果准备好了，就执行混音mix，否则休眠一段时间。
if (mMixerStatus == MIXER_TRACKS_READY) {
threadLoop_mix();
}else{
threadLoop_sleepTime();
}
//如果mSleepTimeUs等于0，说明一定要写入数据到音频硬件设备，否则进入wait，等待时间是mSleepTimeUs
if (mSleepTimeUs == 0) {
ret = threadLoop_write();
}else{
mWaitWorkCV.waitRelative(mLock, microseconds((nsecs_t)mSleepTimeUs));
}
//最后，移除相关track。
threadLoop_removeTracks(tracksToRemove);
tracksToRemove.clear();
}
}
看下关键步骤的详细过程：
prepareTracks_l准备数据：
AudioFlinger::PlaybackThread::mixer_state AudioFlinger::MixerThread::prepareTracks_l(
Vector< sp<Track> > *tracksToRemove){
//当前需要处理的track的数量。mActiveTracks记录当前活跃的track，有新的audiotrack加入，也会在audiotrack工作结束或出错时remove相应track。
size_t count = mActiveTracks.size();
//循环处理每一个track。
for (size_t i=0 ; i<count ; i++) {
const sp<Track> t = mActiveTracks[i].promote();
//处理fast track
if (track->isFastTrack()) {
}
//准备数据块。
audio_track_cblk_t* cblk = track->cblk();
//回放音频，需要准备多少帧数据。
desiredFrames = sourceFramesNeededWithTimestretch(
sampleRate, mNormalFrameCount, mSampleRate, playbackRate.mSpeed);
desiredFrames += mAudioMixer->getUnreleasedFrames(track->name());
//track->sharedBuffer()为0，说明这个audiotrack不是static模式，也即是数据不是一次性传送的。
if ((track->sharedBuffer() == 0) && !track->isStopped() && !track->isPausing() &&
(mMixerStatusIgnoringFastTracks == MIXER_TRACKS_READY)) {
minFrames = desiredFrames;
}
//数据准备完毕，设置音量、设置一些参数
size_t framesReady = track->framesReady();
mAudioMixer->setParameter(name, param, AudioMixer::VOLUME0, &vlf);
mAudioMixer->setParameter(……);
}//for循环结束
}
看完了prepareTracks_l的实现，在回到前面的thread_loop。
如果prepare_track_l的数据准备工作已经完成，就开始进行混音操作，即threadLoop_mix。
void AudioFlinger::MixerThread::threadLoop_mix(){
mAudioMixer->process();//进入到AudioMix处理。
}
每一个MixerThread都有一个唯一对应的AudioMixer，它的作用是完成音频的混音操作。
AudioMixer对外接口主要有Parameter相关（setParameter），Resampler（setResampler），Volume（adjustVolumeRamp），Buffer（setBufferProvider），Track（getTrackName）几部分。
AudioMixer的核心是一个state_t类型的变量mState，所有的混音工作都会在这个变量中体现出来：struct state_t {
uint32_t enabledTracks;
uint32_t needsChanged;
size_t frameCount;
process_hook_t hook; // one of process__*, never NULL
int32_t *outputTemp;
int32_t *resampleTemp;
NBLog::Writer* mLog;
int32_t reserved[1];
// FIXME allocate dynamically to save some memory when maxNumTracks < MAX_NUM_TRACKS
track_t tracks[MAX_NUM_TRACKS] __attribute__((aligned(32)));
};
数组tracks的大小MAX_NUM_TRACKS =32，表示最多支持32路同时混音，其类型track_t是对每一个track的描述，setParameter接口最终影响的就是track的属性。
struct track_t {
uint32_t needs;
union {
int16_t volume[MAX_NUM_VOLUMES]; // U4.12 fixed point (top bit should be zero)
int32_t volumeRL;
};
const void* in; // current location in buffer
AudioResampler* resampler;
……
}
AudioFlinger中threadloop，不断调用prepareTracks_l来准备数据，每次prepare实际都是对所有Tracks的一次调整 ，如果属性有变化，会通过setParamter通知AudioMixer。
前面AudioMixer::process()调用了mState.hook(&mState);hook是一个函数指针，根据不同场景会分别指向不同函数实现：
在AudioMixer初始化时，hook指向process__nop;
mState.hook = process__nop;
在状态改变、参数变化时，hook指向process__validate
void AudioMixer::setParameter(int name, int target, int param, void *value){
invalidateState(1 << name);
}
void AudioMixer::invalidateState(uint32_t mask){
mState.hook = process__validate;
}
process__validate又会根据不同的场景，将hook指向不同的函数：
void AudioMixer::process__validate(state_t* state){
//初始值
state->hook = process__nop;
//针对处于enable状态的track
if (countActiveTracks > 0) {
if (resampling)
state->hook = process__genericResampling; //重采样
else
state->hook = process__genericNoResampling;//不重采样
}
}
混音之后，将数据写入hal中，进一步写入硬件设备中：
ssize_t AudioFlinger::PlaybackThread::threadLoop_write(){
//如果NBAIO(Non blocking audio I/O)sink是存在的，就用mNormalSink写入hal设备，否则就用AudioStreamOut将数据输出。
if (mNormalSink != 0) {
ssize_t framesWritten = mNormalSink->write((char *)mSinkBuffer + offset, count);
}else{
bytesWritten = mOutput->write((char *)mSinkBuffer + offset, mBytesRemaining);
}
}
最后，调用：threadLoop_removeTracks移除tracksToRemove中指示的tracks，在这个列表中的track，与其相关的output将收到stop请求（即AudioSystem::stopOutput(…)）。
void AudioFlinger::PlaybackThread::threadLoop_removeTracks(
const Vector< sp<Track> >& tracksToRemove){
AudioSystem::stopOutput(mId, track->streamType(),track->sessionId());
}