Android 4.4 Kitkat 音频实现及简要分析

在 Android 4.4 上实现录放音

背景

Android 自 ICS 开始，音频系统就有了很大的变化，先是抛弃了 alsalib，然后是采用了 AIO，各级框架上，都有了自己的特色，与 Linux 的音频应用渐行渐远，形成了自己独特的音频管理和音频配置功能。总的来说改进还是非常大，至少在用户体验上已经大大的超越了之前的版本。我们就从 4.4 的音频实现上来分析其中的一些变化和实现机制。

要求

首先是硬件功能正常，这个不表。 Linux 支持 alsa 驱动，生成 alsa 子系统，最好是能够在 buildroot 等其他文件系统上事先测试音频的播放和录制。

HAL

音频的 HAL 简单实现，参考 device/asus/grouper/audio ， 如果没有太复杂的音频配置，基本上可以在这个代码基础上稍微修改，主要是一些播放和录制的参数。这个 HAL 已经实现了通用的接口，并且调用的也是标准的 tinyalsa 的接口，移植性非常高。我们这里使用的 wm8904，功能不多，直接使用即可。

Android 的配置

主要是4个文件 audio_policy.conf  media_profiles.xml media_codecs.xml mixer_paths.xml 参考 asus ，不必大改，基本照抄，完全可以直接使用，开源万岁。

做好文件系统，这个时候系统应该就不使用 default 的 stub 音频 HAL ， 而是用我们添加的 audio HAL 了。 但是能否发声，这个多半还是不能。

调试

audio 系统调用了  libtinyalsa libaudioutils libaudioroute 几个底层库。 这几个移植了一些通用的 alsa 设备打开配置功能，但是具体平台却并不一定都能正常执行，主要是这些库实现都很简单，没有考虑全面，你的硬件细节可能刚好被他们忽略了，同样以我们的 wm8904 来说，我们不支持 time stamp ，但是 tinyalsa 是默认打开的必须将其关掉。

    disable tstamp for wm8904.
    
    Change-Id: Ia22aa6ed39ede6214657487344d0488be93e5544

diff --git a/pcm.c b/pcm.c
index 4501777..94cf6ee 100644
--- a/pcm.c
+++ b/pcm.c
@@ -691,7 +691,7 @@ struct pcm *pcm_open(unsigned int card, unsigned int device,
 
 
     memset(&sparams, 0, sizeof(sparams));
-    sparams.tstamp_mode = SNDRV_PCM_TSTAMP_ENABLE;
+    sparams.tstamp_mode = SNDRV_PCM_TSTAMP_NONE;
     sparams.period_step = 1;
 
     if (!config->start_threshold) {

具体哪些参数不对，或者不合适，就需要 Android 驱动工程师根据硬件设计和芯片手册，逐个查证，配置到一个音频系统工作的最佳状态。那么用户体验才能最好。

Android 音频系统分析

以下分析基于 4.4.2

audio HAL

tinyalsa 与 audioroute

Android 音频系统基于 Linux 的 ALSA 驱动， tinyalsa 在 alsa 的驱动基础上封装音频接口，提供给 audio HAL， audio HAL 提供接口给 Android audioflinger 等 framework。

HAL 需要实现 audio 硬件的打开与关闭（这里是 android 认为的硬件）。

static inline int audio_hw_device_open(const struct hw_module_t* module,
                                       struct audio_hw_device** device)
{
    return module->methods->open(module, AUDIO_HARDWARE_INTERFACE,
                                 (struct hw_device_t**)device);
}

static inline int audio_hw_device_close(struct audio_hw_device* device)
{
    return device->common.close(&device->common);
}

需要实现 in 和 out 的 数据流

struct audio_stream_out   struct audio_stream_in 

in 主要有 read 方法用于读取音频数据，   out 主要有 write 方法，写入数据到设备，分别实现录音和放音。

详见： hardware/libhardware/include/hardware/audio.h

其中的方法又是调用的 tinyalsa 的接口，关于 pcm 的操作：

/* Open and close a stream */
struct pcm *pcm_open(unsigned int card, unsigned int device,
                     unsigned int flags, struct pcm_config *config);
int pcm_close(struct pcm *pcm);
int pcm_is_ready(struct pcm *pcm);

/* Obtain the parameters for a PCM */
struct pcm_params *pcm_params_get(unsigned int card, unsigned int device,
                                  unsigned int flags);
void pcm_params_free(struct pcm_params *pcm_params);
unsigned int pcm_params_get_min(struct pcm_params *pcm_params,
                                enum pcm_param param);
unsigned int pcm_params_get_max(struct pcm_params *pcm_params,
                                enum pcm_param param);

/* Set and get config */
int pcm_get_config(struct pcm *pcm, struct pcm_config *config);
int pcm_set_config(struct pcm *pcm, struct pcm_config *config);

/* Returns a human readable reason for the last error */
const char *pcm_get_error(struct pcm *pcm);

/* Returns the sample size in bits for a PCM format.
 * As with ALSA formats, this is the storage size for the format, whereas the
 * format represents the number of significant bits. For example,
 * PCM_FORMAT_S24_LE uses 32 bits of storage.
 */
unsigned int pcm_format_to_bits(enum pcm_format format);

/* Returns the buffer size (int frames) that should be used for pcm_write. */
unsigned int pcm_get_buffer_size(struct pcm *pcm);
unsigned int pcm_frames_to_bytes(struct pcm *pcm, unsigned int frames);
unsigned int pcm_bytes_to_frames(struct pcm *pcm, unsigned int bytes);

/* Returns the pcm latency in ms */
unsigned int pcm_get_latency(struct pcm *pcm);

/* Returns available frames in pcm buffer and corresponding time stamp.
 * The clock is CLOCK_MONOTONIC if flag PCM_MONOTONIC was specified in pcm_open,
 * otherwise the clock is CLOCK_REALTIME.
 * For an input stream, frames available are frames ready for the
 * application to read.
 * For an output stream, frames available are the number of empty frames available
 * for the application to write.
 */
int pcm_get_htimestamp(struct pcm *pcm, unsigned int *avail,
                       struct timespec *tstamp);

/* Write data to the fifo.
 * Will start playback on the first write or on a write that
 * occurs after a fifo underrun.
 */
int pcm_write(struct pcm *pcm, const void *data, unsigned int count);
int pcm_read(struct pcm *pcm, void *data, unsigned int count);

/*
 * mmap() support.
 */
int pcm_mmap_write(struct pcm *pcm, const void *data, unsigned int count);
int pcm_mmap_read(struct pcm *pcm, void *data, unsigned int count);
int pcm_mmap_begin(struct pcm *pcm, void **areas, unsigned int *offset,
                   unsigned int *frames);
int pcm_mmap_commit(struct pcm *pcm, unsigned int offset, unsigned int frames);

/* Start and stop a PCM channel that doesn't transfer data */
int pcm_start(struct pcm *pcm);
int pcm_stop(struct pcm *pcm);

/* Interrupt driven API */
int pcm_wait(struct pcm *pcm, int timeout);

/* Change avail_min after the stream has been opened with no need to stop the stream.
 * Only accepted if opened with PCM_MMAP and PCM_NOIRQ flags
 */
int pcm_set_avail_min(struct pcm *pcm, int avail_min);

值得一提的是 HAL 现在不包含 route 的操作， audio route 交给了 libaudioroute.so ， 它也是调用 tinyalsa 的接口，并包含一个 xml 解析器，解析 mixer_paths.xml 里面的 route 配置数据。这样系统就可以对 alsa 的 pcm 和 mixer 进行操作了，理论上应该可以放音了，使用 tinyalsa 提供的工具可以进行测试，当然无法测试 HAL 的接口。

tinycap      tinymix      tinypcminfo  tinyplay

tinyplay 可以播放 wav 格式的纯音频数据。 tinymix 可以查看和配置音频路径：

root@sama5d3:/ # tinymix                                                       
Mixer name: 'wm8904 @ SAMA5D3EK'
Number of controls: 41
ctl     type    num     name                                     value
0       INT     1       EQ1 Volume                               12
1       INT     1       EQ2 Volume                               12
2       INT     1       EQ3 Volume                               12
3       INT     1       EQ4 Volume                               12
4       INT     1       EQ5 Volume                               12
5       INT     2       Digital Capture Volume                   96 96
6       ENUM    1       Left Caputure Mode                       Single-Ended
7       ENUM    1       Right Capture Mode                       Single-Ended
8       INT     2       Capture Volume                           5 5
9       BOOL    2       Capture Switch                           Off Off
10      BOOL    1       High Pass Filter Switch                  On
11      ENUM    1       High Pass Filter Mode                    Hi-fi
12      BOOL    1       ADC 128x OSR Switch                      On
13      INT     1       Digital Playback Boost Volume            0
14      INT     2       Digital Playback Volume                  96 96
15      INT     2       Headphone Volume                         45 45
16      BOOL    2       Headphone Switch                         On On
17      BOOL    2       Headphone ZC Switch                      On On
18      INT     2       Line Output Volume                       57 57
19      BOOL    2       Line Output Switch                       On On
20      BOOL    2       Line Output ZC Switch                    On On
21      BOOL    1       EQ Switch                                Off
22      BOOL    1       DRC Switch                               Off
23      ENUM    1       DRC Path                                 ADC
24      BOOL    1       DAC OSRx2 Switch                         Off
25      BOOL    1       DAC Deemphasis Switch                    Off
26      INT     2       Digital Sidetone Volume                  0 0
27      ENUM    1       LINER Mux                                DAC
28      ENUM    1       LINEL Mux                                DAC
29      ENUM    1       HPR Mux                                  DAC
30      ENUM    1       HPL Mux                                  DAC
31      ENUM    1       Right Sidetone                           None
32      ENUM    1       Left Sidetone                            None
33      ENUM    1       DACR Mux                                 Right
34      ENUM    1       DACL Mux                                 Left
35      ENUM    1       AIFOUTR Mux                              Right
36      ENUM    1       AIFOUTL Mux                              Left
37      ENUM    1       Right Capture Inverting Mux              IN1R
38      ENUM    1       Right Capture Mux                        IN2R
39      ENUM    1       Left Capture Inverting Mux               IN1L
40      ENUM    1       Left Capture Mux                         IN2L

audioflinger

audioflinger 是 audio 音频服务器，它会加载 audio hal ，并处理 audio 应用发出音频请求。这个分析的有很多，参考以下：

http://blog.csdn.net/DroidPhone/article/details/5941344