Android音频系统之AudioFlinger(三)

1.1.1 PlaybackThread的循环主体

当一个PlaybackThread进入主循环后(threadLoop),音频事务就正式开启了。仔细观察的话，我们会发现这个循环中会不断地调用以“threadLoop_”开头的若干接口，比如threadLoop_mix、threadLoop_sleepTime、threadLoop_standby等等。以这样的前缀开头，是因为这些函数都是在threadLoop这个主体里被调用的，可以说代表了这个PlaybackThread所需要完成的各个操作步骤。

从上一小节可以了解到，当程序执行到PlaybackThread::onFirstRef时会去真正启动一个线程承载运行threadLoop，接下来我们具体看下这个循环体的处理流程。

bool AudioFlinger::PlaybackThread::threadLoop()

{ …        

    while (!exitPending())/*Step1.*/

    {   …    

        processConfigEvents();/*Step 2. */

        { /*把这段代码框起来的目的是限制自动锁变量_l的生命期，

           从而灵活地实现了自动锁的控制范围*/

          Mutex::Autolock  _l(mLock);

                                 …

          /*Step 3. Standby判断*/

          if(CC_UNLIKELY((!mActiveTracks.size() && systemTime() > standbyTime)|| mSuspended> 0)) {                       

                if (!mStandby){

                   threadLoop_standby();//调用设备的

                    mStandby =true;

                   mBytesWritten = 0;

                }

                                                 …

           }

                                  /*Step 4.*/

            mMixerStatus =prepareTracks_l(&tracksToRemove);

                                   …

        }

                                /*Step5.*/

        if(CC_LIKELY(mMixerStatus == MIXER_TRACKS_READY)) {

            threadLoop_mix();

        } else {

           threadLoop_sleepTime();

        }

                   …

        /*Step 6.*/

        if (sleepTime == 0) {

           threadLoop_write(); //不需要休眠，有数据要写

                                   …

            mStandby = false;

        } else {

            usleep(sleepTime);//进入休眠，时间长短是sleepTime

        }

                    /*Step 7.*/

        threadLoop_removeTracks(tracksToRemove);//移除相关Track

       tracksToRemove.clear();…

    }//while (!exitPending())结束

                …

    releaseWakeLock();

    return false;

}

Step1@ PlaybackThread::threadLoop, 循环的条件是!exitPending()为true。这个函数属于Thread类，它主要通过判断内部变量mExitPending的值来得出是否要结束线程。变量mExitPending在Thread初始化时为fasle，如果后面有人通过requestExit()、requestExitAndWait等等来请求退出，这个值就会改变，从而使得PlaybackThread结束循环。

Step2@ PlaybackThread::threadLoop, 处理config事件。当有配置改变的事件发生时，可以通过sendConfigEvent来通知PlaybackThread。这个函数将把事件添加到mConfigEvents全局变量中，以供processConfigEvents进行处理。配置事件包括如下几种：

    enum io_config_event {

        OUTPUT_OPENED,//Output打开

        OUTPUT_CLOSED,//Output关闭

        OUTPUT_CONFIG_CHANGED,//Output配置改变

        INPUT_OPENED, //Input打开

        INPUT_CLOSED, //Input关闭

        INPUT_CONFIG_CHANGED,//Input配置改变

        STREAM_CONFIG_CHANGED,//Stream配置改变

        NUM_CONFIG_EVENTS

    };

Step3@ PlaybackThread::threadLoop,判断当前是否符合Standby的条件，如果是的话就调用threadLoop_standby。这个函数最终还是通过HAL层的接口来实现，如下：

mOutput->stream->common.standby(&mOutput->stream->common);

Step4@ PlaybackThread::threadLoop, 进行数据准备，prepareTracks_l这个函数非常长，我们先用伪代码的形式整理一下它所做的工作，如下所示：

AudioFlinger::PlaybackThread::mixer_stateAudioFlinger::MixerThread::prepareTracks_l(…)

{

                /*Step 1. 当前活跃的Track数量*/

    size_t  count = mActiveTracks.size();

 

    /*Step 2. 循环处理每个Track，这是函数的核心*/

                for (size_t i=0; i<count ; i++) {

        Track* track =mActiveTracks[i];//伪代码没有考虑强指针

 

        /*Step 3. FastTrack下的处理*/

        if(track is FastTrack)

        {

                                                //dosomething;

        }

        /*Step 4. 准备数据，分为以下几个小部来完成*/

                                audio_track_cblk_t*cblk = track->cblk(); //Step 4.1 数据块准备

 

        /*Step 4.2 要回放音频前，至少需要准备多少帧数据？*/

        uint32_t  minFrames = 1;//初始化

          //具体计算minFrames…

   

        /*Step 4.3 如果数据已经准备完毕*/

          //调整音量

          //其它参数设置

    }//for循环结束

   

     /*Step 5. 后续判断*/

       //返回结果，指明当前状态是否已经ready

}

现在我们针对上面的步骤来做“填空”。

Step1@ MixerThread::prepareTracks_l, mActiveTracks的数据类型是SortedVector，用于记录当前活跃的Track。它会随着新的AudioTrack的加入而扩大，也会在必要的情况下(AudioTrack工作结束、或者出错等等)remove相应的Track。

Step2&3@MixerThread::prepareTracks_l, 循环的条件就是要逐个处理该PlaybackThread中包含的Track。假如当前是一个FastTrack，我们还要做一些其它准备，这里就暂时不去涉及具体细节了。

Step4@ MixerThread::prepareTracks_l, 这一步是准备工作中最重要的，那就是缓冲数据。在学习代码细节前，我们先来了解数据传输时容易出现的underrun情况。

什么是BufferUnderrun呢？

当两个设备或进程间形成“生产者-消费者”关系时，如果生产的速度不及消费者消耗的速度，就会出现Underrun。以音频回放为例，此时用户听到的声音就可能是断断续续的，或者是重复播放当前buffer中的数据(取决于具体的实现)。

如何避免这种异常的发生？这也是Step4所要解决的问题，以下分为几个小步骤来看AudioFlinger是如何做到的。

Ø  Step4.1，取得数据块

  audio_track_cblk_t*cblk = track->cblk();

  关于audio_track_cblk_t的更多描述，可以参见后面数据流小节。

Ø  Step4.2 计算正确回放音频所需的最少帧数，初始值为1。

                                uint32_tminFrames = 1;

                                if((track->sharedBuffer() == 0) && !track->isStopped() &&!track->isPausing() &&

               (mMixerStatusIgnoringFastTracks == MIXER_TRACKS_READY)) {

            if(t->sampleRate() == (int)mSampleRate) {

                minFrames = mNormalFrameCount;

            } else {

                minFrames =(mNormalFrameCount * t->sampleRate()) / mSampleRate + 1 + 1;               

                minFrames +=mAudioMixer->getUnreleasedFrames(track->name());                

               ALOG_ASSERT(minFrames <= cblk->frameCount);

            }

         }

当track->sharedBuffer()为0时，说明AudioTrack不是STATIC模式的，否则数据就是一次性传送的，可以参见AudioTrack小节的描述。全局变量mSampleRate 是通过mOutput->stream->common.get_sample_rate获得的，它是由HAL提供的，代表的是设备的Sampling rate。

如果两者一致的话，就采用mNormalFrameCount，这个值在readOutputParameters函数中进行初始化。如果两者不一致的话，就要预留多余的量做rounding(+1)和interpolation(+1)。另外，还需要考虑未释放的空间大小，也就是getUnreleasedFrames得到的。得出的minFrames必需小于数据块的总大小，因而最后有个ASSERT。通常情况下frameCount分配的是一个buffer的两倍，可以参见AudioTrack小节的例子。

Ø  Step4.3 数据是否准备就绪了？

上一步我们计算出了数据的最小帧值，即minFrames，接下来就该判断目前的情况是否符合这一指标了，代码如下所示：

                    if ((track->framesReady() >=minFrames) && track->isReady() &&!track->isPaused()&& !track->isTerminated())

        {//数据准备就绪，并处于ready状态

            mixedTracks++; //需要mix的Track数量增加1

            …

            /*计算音量值*/

            uint32_t vl, vr,va; //三个变量分别表示左、右声道、Aux level音量

            if(track->isMuted() || track->isPausing()||mStreamTypes[track->streamType()].mute) {

                vl = vr = va =0; //当静音时，变量直接赋0

                if (track->isPausing()) {

                   track->setPaused();

                }

            } else {               

                /*这里获得的是针对每个stream类型设置的音量值，也就是后面“音量调节”小节里最

                  后执行到的地方，在这里就起到作用了*/

                                                  float typeVolume =mStreamTypes[track->streamType()].volume;               

                float v =masterVolume * typeVolume; //主音量和类型音量的乘积

                uint32_t  vlr = cblk->getVolumeLR(); //这里得到的vlr必须经过验证是否在合理范围内

                vl = vlr &0xFFFF; //vlr的高低位分别表示vr和vl

                vr = vlr>> 16;

                if (vl >MAX_GAIN_INT) { //对vl进行合理值判断

                   ALOGV("Track left volume out of range: %04X", vl);

                    vl =MAX_GAIN_INT;

                }

                if (vr >MAX_GAIN_INT) {//对vr进行合理值判断

                   ALOGV("Track right volume out of range: %04X", vr);

                    vr =MAX_GAIN_INT;

                }

                // now applythe master volume and stream type volume

                vl =(uint32_t)(v * vl) << 12;

                vr =(uint32_t)(v * vr) << 12;

                uint16_tsendLevel = cblk->getSendLevel_U4_12();

                // send levelcomes from shared memory and so may be corrupt

                if (sendLevel> MAX_GAIN_INT) {

                    ALOGV("Track send level out of range:%04X", sendLevel);

                    sendLevel= MAX_GAIN_INT;

                }

                va =(uint32_t)(v * sendLevel);

            } …          

           mAudioMixer->setParameter(name, param, AudioMixer::VOLUME0, (void*)vl);

           mAudioMixer->setParameter(name, param, AudioMixer::VOLUME1, (void*)vr);

           mAudioMixer->setParameter(name, param, AudioMixer::AUXLEVEL, (void*)va);

            …           

        } else {//数据未准备就绪，略过。。。

  对于音量的设置还有很多细节，大家有兴趣的可以深入研究下。在得到vl、vr和va的值后，还需要把它们应用到AudioMixer中去，不过在prepareTracks_l中还只是调用mAudioMixer->setParameter设置了这些参数，真正的实现是在threadLoop_mix中，我们后面会讲到这个函数。

Step5@ MixerThread::prepareTracks_l, 通过对每个Track执行上述的处理后，最后要返回一个结果，这通常取决于：

①是否有activetrack

②active track的数据是否已经准备就绪

返回的最终值将影响到threadLoop的下一步操作。

 

完成了prepareTracks_l的分析，我们再回到前面的threadLoop。

Step5@ PlaybackThread::threadLoop, 如果上一步的数据准备工作已经完成(即返回值是MIXER_TRACKS_READY),就开始进行真正的混音操作，即threadLoop_mix，否则会休眠一定的时间——如此循环往复直到退出循环体。

void AudioFlinger::MixerThread::threadLoop_mix()

{

    int64_t pts;

                …

   mAudioMixer->process(pts);

    …

}

这样就进入AudioMixer的处理了，我们放在下一小节做统一分析。

假如数据还没有准备就绪，那么AudioFlinger将调用threadLoop_sleepTime来计算需要休眠多长时间(变量sleepTime)，并在threadLoop主循环的末尾(在remove track之前)执行usleep进入休眠。

Step6@ PlaybackThread::threadLoop, 将数据写到HAL中，从而逐步写入到硬件设备中。

void AudioFlinger::PlaybackThread::threadLoop_write()

{

    mLastWriteTime =systemTime();

    mInWrite = true;

    int bytesWritten;

    if (mNormalSink != 0) {

                   …

        ssize_t framesWritten= mNormalSink->write(mMixBuffer, count);

        …

    } else {

        bytesWritten =(int)mOutput->stream->write(mOutput->stream, mMixBuffer,mixBufferSize);

    }

    if (bytesWritten > 0)mBytesWritten += mixBufferSize;

    mNumWrites++;

    mInWrite = false;

}

分为两种情况：

Ø  如果是采用了NBAIO(Non-blocking AudioI/O)，即mNormalSink不为空，则通过它写入HAL

Ø  否则使用普通的AudioStreamOut(即mOutput变量)将数据输出

 

Step7@ PlaybackThread::threadLoop, 移除tracksToRemove中指示的Tracks。是否移除一个Track是在prepareTracks_l中判断中，可以概括为以下几种情况：

Ø  对于Fast Track，如果它的状态(mState)是STOPPING_2、PAUSED、TERMINATED、STOPPED、FLUSHED，或者状态是ACTIVE但underrun的次数超过限额(mRetryCount)，则会被加入tracksToRemove列表中

Ø  当前的Track数据未准备就绪的情况下,且是STATICTRACK或者已经停止/暂停，也会被加入tracksToRemove列表中

在tracksToRemove列表中的Track，与其相关的output将收到stop请求(由AudioSystem::stopOutput发起)。

关于AudioFlinger中与AudioTrack、AudioPolicyService有交互的部分，我们还将在后续小节进行阐述。