Android音频子系统（九）------数字耳机功耗问题解析
你好！这里是风筝的博客，
欢迎和我一起交流。
其实我们知道，在手机里面，除了相机和整机性能，还有一个用户最关键的地方：功耗。
功耗一直是用户在意的地方，如果用户用手机发现耗电耗得飞起，那估计在网上能把人喷死。
所以这里，抛砖引玉，放一个数字耳机播放音乐功耗高的问题解析，仅供学习参考。
背景
【前提条件】飞行模式，默认音量，手动息屏
【操作步骤】
1.手机插入数字耳机，关闭音效，调节到默认媒体音量
2.打开音乐播放器，添加《测试专用音乐.mp3》到播放列表
3.点击播放歌曲2秒内手动息屏，播放45秒后记录播放2分钟的平均电流
音效开关位置：设置——声音与振动——全局音效（此处不同手机音效名字可能不一样）
【实际结果】测试版本S比R对比版本大32.4mA
【期望结果】测试版本与对比版本相差在3mA之内
这里解释一下，同一台手机，在从Android R升级Android S，升级之后，S版本上数字耳机播放音乐场景，比原先在Android R上多了32mA。
功耗拆解
因为都是用的同一台手机，所以硬件是一样的配置，功耗可以排除由硬件引起。
使用功耗板进行功耗数据拆解：
一些无关紧要的数据我就打码了，避免麻烦。
上图是功耗拆解图，左边是Android R的数据，右边是Android S的数据，从拆解出来的功耗可以明显看出，功耗主要差异在BB上，大核（PROCB）20mA，小核（PROCL）30mA，对比正常Android R版本，大核（PROCB）5mA，小核（PROCL）8mA。
分析systrace
进一步抓取trace分析到底是CPU上哪个线程导致功耗异常，抓取trace分析如下图：
发现trace里有一个线程运行的时间最长：mtk.mp3.decoder，有较大的嫌疑，怀疑是decoder吃掉了功耗。
和负责编解码的同事沟通，MTK在Android S上确实引入了C2 解码框架，但是这个decoder主要是跑在小核上，功耗拆解出来，大核功耗差异有15mA，小核功耗差异有22mA，理论上C2负载的增加不会引入32mA这么多。
为了进一步测试功耗是否由C2编解码器引起的，做了一个实验，将MP3文件转换为WAV格式去播放，这样可以避免音乐文件进行解码。
对比测试，播放WAV和 MP3功耗差异在20mA 左右，并没有发现功耗有明显下降，可以确定多出来的功耗应该不是 decoder 造成的（对于硬解码负载增加功耗增益， MTK做过1080P30fps 视频播放， C2架构比OMX最多大5ma）。
但至少得出，播放MP3音乐比播放WAV格式音乐会多出10mA左右功耗，但不是本题的主要根因。
再次和测试沟通，发现同场景下，模拟耳机没有功耗问题，只有数字耳机存在问题。
这个就比较有意思了，因为在音频服务层framework代码里，是不区分模拟耳机和数字耳机的，它俩的播放流程是一致的！
再次抓取数字耳机场景下Android S和Android R两份systrace对比结果（左边S右边R）：
Mix线程数字耳机S比R开销大：
extractor线程数字耳机S比R开销大：
音乐播放器APP数字耳机开销S比R大，同时也存在更多线程：
灭屏后台播放音乐， 数字耳机S上systemUI还在吃掉性能。
system server 数字耳机S比R多出11个线程。
surfaceflinger开销数字耳机S大于R。
从systrace上看，Audioserver确实没有新增负载，和之前想的一样，而且AudioserverS上负载还低于R。
目前两份systrace可以确认到：
- c2解码器新增了负载。
- 音乐app增加了负载。
- surfaceflinger增加了负载。
- hal层mix线程新增负载。
问题搞到这里，我是觉得比较奇怪的，因为Android S和Android R都是用的同一个音乐APP进行测试，不应该这部分会引起负载增加才对。
最终确认结果如下：
- c2最多不会增加超过5mA，不是主要功耗差异。
- S和R都是使用同一版本音乐APP，可以排除。
- 灭屏播放，和显示无关，应该是亮屏操作logkit引入。
- 替换R上hal里mix线程代码到S上，功耗无明显下降。
怀疑上一份systrace抓的是不是有点问题，重新又抓了S和R两份systrace做对比：
可以看出Mix线程的开销S是和R差不多的，总体来看hal里S是比R开销要低，理论上功耗不会变高，还会变低才对。
此时到这里又觉得奇怪了，功耗拆解出来表示功耗差异主要由CPU引起，主要是在上层，（底层代码一般只做HW enable，是硬件功耗，不是CPU功耗），而且两次抓的systrace差异非常大，很不稳定，cpu loading表现完全不同。但总loading显示S负载还要低于R，所以功耗差异不应该在CPU上才对，这和功耗拆解出来的结论相互矛盾。
底层排查
不过问题还要继续分析，当前上层基本排查完毕，开始排查底层，使用tinyplay播放音乐测试，这样可以屏蔽上层差异，tinyplay播放这样只涉及底层音频驱动，结果…
发现tinyplay播放音乐场景，Android S和Android R上数字耳机功耗差异不大，大概在2-3mA左右，基本排除底层驱动和硬件原因。
此时上层和底层都排查完毕，还是没发现问题出在哪里…
CPU的差异
基于硬件提供的功耗拆解，耗电差异主要在CPU上，结合之前说过感觉systrace抓的有点问题，决定还是继续抓取systrace分析。
这次使用脚本和adb命令来抓取systrace，放到chrome://tracing/去分析！
多次试验然后抓取systrace发现，对比线程之间消耗差异不大，没有发现某个线程开销比较大。
不过从systrace可以看出：
Android R上线程消耗比较平均的分布在CPU0~CPU7上。
Android S线程主要分布CPU0 ~ CPU4上，CPU5~CPU7基本处于没跑什么东西。
这就比较耐人寻味了。
进一步实验发现，在Android S上，每次刷机完成之后，只要尽快息屏进行功耗测试，那么功耗就是正常的，功耗和Android R上一致，不管放多久只有不亮屏都是正常的，只要手机一从息屏变为亮屏且解锁之后，再次测试，功耗就变得异常了，也就是会比Android R上多出32mA：
关键数据就打码了，避免麻烦。可看到，息屏亮屏之后测试，确实比之前测出的功耗高出一截。
难道和亮灭屏有啥联系？？？不过话又说回来，为啥模拟耳机没有这个问题？
再放两张电流图：
上图是Android S上未息屏亮屏前，数字耳机播放音乐的电流图，此时功耗是正常的。
上图是Android S上息屏亮屏之后，数字耳机播放音乐的电流图。此时功耗出现异常。
为了避免麻烦，数据都打码了，可以对比两张图，发现正常时，功耗的底电流在刻度6那个地方，异常时，功耗底电流飙升到了快刻度7那个位置。
说明可能并不是因为数字耳机播放流程里某个线程导致功耗异常，而是系统功耗就出现了异常，导致底电流升高，怪不得查看了好多遍systrace也没发现啥头绪。
结合之前systrace里面，发现CPU loading状态的异常，MTK给出了查看CPU频率的指令：
cat /proc/cpufreq/MT_CPU_DVFS_CCI/cpufreq_freq
结果发现，正常功耗时，CPU频率大概在800M左右，功耗异常时，CPU频率直接飙到了1.6G。而且一直降不下来…
问题分析到这，慢慢脱离audio的范畴了，已经不是我一个小小的音频工程师能cover的了，需要专门负责内核的同事介入了。
和内核老哥们说了这个事情，结果他们又双叒叕和我说有补丁！
原来他们前天修复了一个问题，超大核拉住不释放的问题。我打上这个补丁之后，功耗果然正常了…
好家伙，就我搁这分析了好几星期，结果还不是audio的锅，又给人擦屁股了，窝不响丸了！！！