Android 源码分析 - 声音 - HAL层

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本文深入探讨了Android系统的音频框架，涵盖了音频流类型、源类型、模式、设备及输出标志位，详细解析了音频模块接口、声音策略、音效模块以及相关接口定义。此外，还介绍了各种音频设备如默认、USB、蓝牙和远程声音的实现，以及声音策略的转换和升级。

audio.h

声音的类型和枚举值定义在：system/core/include/system/audio.h。

输入输出端口（audio_io_handle_t）

typedef int audio_io_handle_t;

流类型audio_stream_type_t（AUDIO_STREAM_*）

流类型在策略计算的主要依据。

编号	枚举	名称	说明
-1	DEFAULT
0	VOICE_CALL
1	SYSTEM
2	RING
3	MUSIC
4	ALARM
5	NOTIFICATION
6	BLUETOOTH_SCO
7	ENFORCED_AUDIBLE		不能被用户静音
8	DTMF
9	TTS
10	CNT		共10个有效类型
9	MAX		AUDIO_STREAM_CNT - 1

源类型audio_source_t（AUDIO_SOURCE_*）

源类型影响预处理音效，具体效果定义在audio_effects.conf配置文件中。

编号	枚举	名称	说明
0	DEFAULT
1	MIC
2	VOICE_UPLINK
3	VOICE_DOWNLINK
4	VOICE_CALL
5	CAMCORDER
6	VOICE_RECOGNITION
7	VOICE_COMMUNICATION
8	REMOTE_SUBMIX		Source for the mix to be presented remotely, Wifi Display
9	CNT		共9个有效类型
8	MAX		AUDIO_STREAM_CNT – 1
1999	SOURCE_HOTWORD

模式audio_mode_t（AUDIO_MODE_*）
设备audio_devices_t（AUDIO_DEVICE_*）
1. 输出（AUDIO_DEVICE_OUT_*）
2. 输入（AUDIO_DEVICE_IN_*，AUDIO_DEVICE_BIT_IN|）
输出标志位audio_output_flags_t（AUDIO_OUTPUT_FLAG_*）

编号	枚举	名称	说明
-2	INVALID
-1	CURRENT
0	NORMAL
1	RINGTONE
2	IN_CALL
3	IN_COMMUNICATION
4	CNT		共4个有效类型
3	MAX		AUDIO_STREAM_CNT – 1

位	枚举	名称	说明
无	NONE
31	BIT_IN		0x80000000
30	BIT_DEFAULT		0x40000000

位	枚举	名称	说明
0	EARPIECE
1	SPEAKER
2	WIRED_HEADSET
3	WIRED_HEADPHONE
4	BLUETOOTH_SCO
5	BLUETOOTH_SCO_HEADSET
6	BLUETOOTH_SCO_CARKIT
7	BLUETOOTH_A2DP
8	BLUETOOTH_A2DP_HEADPHONES
9	BLUETOOTH_A2DP_SPEAKER
10	AUX_DIGITAL
11	ANLG_DOCK_HEADSET
12	DGTL_DOCK_HEADSET
13	USB_ACCESSORY
14	USB_DEVICE
15	REMOTE_SUBMIX
30	DEFAULT		AUDIO_DEVICE_BIT_DEFAULT
	ALL		以上所有
	ALL_A2DP		所有BLUETOOTH_A2DP
	ALL_SCO		所有BLUETOOTH_SCO
	ALL_USB		所有USB_

位	枚举	名称	说明
0	COMMUNICATION
1	AMBIENT
2	BUILTIN_MIC
3	BLUETOOTH_SCO_HEADSET
4	WIRED_HEADSET
5	AUX_DIGITAL
6	VOICE_CALL
7	BACK_MIC
8	REMOTE_SUBMIX
9	ANLG_DOCK_HEADSET
10	DGTL_DOCK_HEADSET
11	USB_ACCESSORY
12	USB_DEVICE
13	DEFAULT		AUDIO_DEVICE_BIT_DEFAULT

位	枚举	名称	说明
无	NONE
1	DIRECT		没有软件混音器
2	PRIMARY		this output is the primary output of the device
3	FAST		output supports "fast tracks"
4	DEEP_BUFFER		use deep audio buffers
5	COMPRESS_OFFLOAD		有硬件codec负责播放压缩流
6	NON_BLOCKING		使用非阻塞write

audio

模块接口定义在hardware/libhardware/include/hardware/audio.h中。模块ID为“audio”，模块实例有“primary”、“a2dp”、“usb”、“r_submix”、“codec_offload”。

类型定义

接口定义

流配置，用于打开流程的配置参数

struct audio_config {

uint32_t sample_rate;

audio_channel_mask_t channel_mask;

audio_format_t format;

audio_offload_info_t offload_info;

};

typedef struct audio_config audio_config_t;

流audio_stream

打开的输入输出流，可以动态增加删除设备连接。

成员	类型	说明
get_sample_rate	uint32_t(*)
set_sample_rate	int(*)	没有使用，用set_parameters代替 AUDIO_PARAMETER_STREAM_SAMPLING_RATE
get_buffer_size	size_t(*)	采样大小的整数倍
get_channels	audio_channel_mask_t (*)	比如：AUDIO_CHANNEL_OUT_STEREO或者 AUDIO_CHANNEL_IN_STEREO
get_format	audio_format_t (*)	比如：AUDIO_FORMAT_PCM_16_BIT
set_format	int (*)	没有使用，用set_parameters代替 AUDIO_PARAMETER_STREAM_FORMAT
standby	int (*)	进入standby模式，在下一次IO操作时退出
dump	int (*)
get_device	audio_devices_t (*)	获取流连接的设备（多个）
set_device	int (*)	没有使用，用set_parameters代替 AUDIO_PARAMETER_STREAM_ROUTING
set_parameters	int (*)	key1=value1;key2=value2，上层先调用standby
get_parameters	char * (*)	调用者使用free释放返回的字符串
add_audio_effect	int (*)
remove_audio_effect	int (*)

输出流audio_stream_out_t，继承audio_stream

成员	类型	说明
get_latency	uint32_t (*)	单位：毫秒
set_volume	int (*)	当使用硬件做混音时用该方法
write	ssize_t (*)	非阻塞模式，可能返回小于输入量
get_render_position	int (*)	返回上次退出standby模式后输出的采样数
get_next_write_timestamp	int (*)	下一帧将输出的时刻，微秒，相对值HAL自定义
set_callback	int (*)	设置非阻塞模式，有空间时回调
pause	int (*)
resume	int (*)
drain	int (*)	阻塞，非阻塞
flush	int (*)	清空缓存，必须先pause
get_presentation_position	int (*)	3.0版本

输入流audio_stream_in_t，继承audio_stream

成员	类型	说明
set_gain	int (*)	将来使用
read	ssize_t (*)	阻塞
get_input_frames_lost	uint32_t (*)	返回从上次调用该方法后丢弃的采样数

模块hw_module_t

无特殊成员。

设备audio_hw_device_t

成员	类型	说明
get_supported_devices	uint32_t (*)	返回audio_devices_t为组合。2.0版本开始不实现该方法，提供audio_policy.conf
init_check	int (*)	判断初始化是否完成
set_voice_volume	int (*)	电话音量，音量值从0.0到1.0
set_master_volume	int (*)	除电话音量的其他音量，返回非0表示由混音器模拟音量调节
get_master_volume	int (*)	AudioFlinger在启动时查询主音量，用于设置初始化音量，方法可以为NULL表示不支持
set_mode	int (*)	设置声音模式AUDIO_MODE_NORMAL等
set_mic_mute	int (*)	mic mute
get_mic_mute	int (*)
set_parameters	int (*)	设置全局声音参数
get_parameters	char * (*)	调用者通过free释放返回的字符串
get_input_buffer_size	size_t (*)	返回根据配置计算的缓存大小
open_output_stream	int (*)	打开输出流
close_output_stream	void (*)	关闭输出流
open_input_stream	int (*)	打开输入流
close_input_stream	void (*)	关闭输入流
dump	int (*)
set_master_mute	int (*)	设置静音状态，返回非0表示由混音器模拟
get_master_mute	int (*)	AudioFlinger在启动时查询主静音状态，用于设置初始化状态，方法可以为NULL表示不支持

Default声音

空的声音模块实现，模块名audio.primary.default。

源代码位置：hardware/libhardware/modules/audio/。

Usb声音

简单的USB声音实现，模块名audio.usb.default，依赖tinyalsa。

源代码位置：hardware/libhardware/modules/usbaudio/。

struct pcm_config pcm_config = {

.channels = 2,

.rate = 44100,

.period_size = 1024,

.period_count = 4,

.format = PCM_FORMAT_S16_LE,

};

设置参数“card”、“device”，作为tinyalsa中pcm_open的card，device参数。

声音输出对应pcm_write。

蓝牙声音

源代码位置：external/bluedroid/audio_a2dp_hw。

蓝牙声音模块audio.a2dp.default，采用蓝牙的 A2DP 协议输出声音

struct a2dp_audio_device {

struct audio_hw_device device;

struct a2dp_stream_out *output;

};

static struct hw_module_methods_t hal_module_methods = {

.open = adev_open,

};

struct audio_module HAL_MODULE_INFO_SYM = {

.common = {

.tag = HARDWARE_MODULE_TAG,

.version_major = 1,

.version_minor = 0,

.id = AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID,

.name = "A2DP Audio HW HAL",

.author = "The Android Open Source Project",

.methods = &hal_module_methods,

};

远程声音

远程声音实现，模块名audio.r_submix.default，通过模拟管道media/nbaio支持一对输入输出声音设备。

源代码位置：hardware/libhardware/modules/audio_remote_submix/。

Legacy声音

升级老的声音策略模块到新框架，这些源文件并没有被编译。

源代码位置：hardware/libhardware_legacy/audio/。

源文件：

AudioDumpInterface.cpp

将输出的Audio数据写入到文件中，通过sleep模拟写入阻塞。

AudioHardwareStub.cpp

声音输入输出的空实现，通过sleep模拟读写阻塞。

AudioHardwareGeneric.cpp

通用的一个Audio硬件抽象层，使用硬件驱动/dev/eac。

A2dpAudioInterface.cpp

蓝牙声音，包装另一个AudioInterface，非蓝牙设备的请求转给这个AudioInterface。

上面的实现都是基于老的声音设备接口，audio_hw_hal.cpp中的代码实现了将老接口装换为新接口的逻辑。

audio_policy.h

声音策略的类型和枚举值定义在：system/core/include/system/audio_policy.h。

强制使用配置是一个从使用类型（audio_policy_forced_use_t）到配置目标（audio_policy_forced_cfg_t）的映射。

配置目标，audio_policy_forced_cfg_t（AUDIO_POLICY_FORCE_*）

用于audio_policy->set_force_use()

编号	枚举	名称	说明
0	NONE
1	SPEAKER
2	HEADPHONES
3	BT_SCO
4	BT_A2DP
5	WIRED_ACCESSORY
6	BT_CAR_DOCK
7	BT_DESK_DOCK
8	ANALOG_DOCK
9	DIGITAL_DOCK
10	NO_BT_A2DP
11	SYSTEM_ENFORCED
12	CFG_CNT		共12个选项
11	CFG_MAX		AUDIO_POLICY_FORCE_CFG_CNT - 1
0	DEFAULT		默认NONE

使用类型，audio_policy_forced_use_t（AUDIO_POLICY_FORCE_*）

用于audio_policy->set_force_use()

编号	枚举	名称	说明
0	FOR_COMMUNICATION
1	FOR_MEDIA
2	FOR_RECORD
3	FOR_DOCK
4	BT_A2DP
5	FOR_SYSTEM
6	USE_CNT		共6个选项
7	USE_MAX		AUDIO_POLICY_FORCE_USE_CNT - 1
6	USE_CNT

设备状态audio_policy_dev_state_t（AUDIO_POLICY_DEVICE_STATE_*）

用于audio_policy->set_device_connection_state()

编号	枚举	名称	说明
0	UNAVAILABLE
1	AVAILABLE
2	CNT		共2个选项
1	MAX		AUDIO_POLICY_DEVICE_STATE_CNT - 1

audio_policy_tone_t（AUDIO_POLICY_TONE_*）

编号	枚举	名称	说明
0	IN_CALL_NOTIFICATION		生成一个TONE通知正在打电话的用户
1	CNT		共1个选项
0	MAX		AUDIO_POLICY_DEVICE_STATE_CNT - 1

audio_policy

模块接口定义在hardware/libhardware/include/hardware/audio_policy.h中。模块ID为“audio_policy”。

类型定义

接口定义

策略audio_policy

负责声音路由，音量控制。包括：

跟踪系统状态：热插拔设备连接，电话状态，用户请求
处理创建AudioTrack时的get_output查询，释放AudioTrack时release_output
相似的：get_input() and release_input()
处理音量控制请求

成员	类型	说明
set_device_connection_state	int (*)	通知设备连接状态变化
get_device_connection_state	audio_policy_dev_state_t (*)	查询设备连接状态
set_phone_state	void (*)	通知电话状态变化audio_mode_t
set_ringer_mode	void (*)	废弃方法
set_force_use	void (*)	对应某个使用方式，强制使用指定设备分类
get_force_use	audio_policy_forced_cfg_t (*)	查询某个使用方式的强制使用设备分类
set_can_mute_enforced_audible	void (*)	如果可以强行静音，标记为ENFORCED_AUDIBLE的流也可以静音
init_check	int (*)	检查初始化是否完成
get_output	audio_io_handle_t (*)	请求建立适应指定流类型和配置的输出句柄
start_output	int (*)	指示某个输出句柄开始被某个流类型使用
stop_output	int (*)	指示某个输出句柄停止被某个流类型使用
release_output	void (*)	释放输出句柄
get_input	audio_io_handle_t (*)	请求建立适应某个源和配置的输入句柄
start_input	int (*)	指示某个输入句柄开始被某个源类型使用
stop_input	int (*)	指示某个输入句柄停止被某个源类型使用
release_input	void (*)	释放输入句柄
init_stream_volume	void (*)	初始化流类型的音量索引范围
set_stream_volume_index	int (*)	设置流的音量索引
get_stream_volume_index	int (*)	获取流的音量索引
set_stream_volume_index_for_device	int (*)	设置流的指定设备的音量索引
get_stream_volume_index_for_device	int (*)	获取流的指定设备的音量索引
get_strategy_for_stream	uint32_t (*)	获取流的策略
get_devices_for_stream	audio_devices_t (*)	获取流的设备集
get_output_for_effect	audio_io_handle_t (*)	用效果获取输出句柄
register_effect	int (*)
unregister_effect	int (*)
set_effect_enabled	int (*)
is_stream_active	bool (*)
is_stream_active_remotely	bool (*)
is_source_active	bool (*)
dump	int (*)
is_offload_supported	bool (*)

策略执行（audio_policy_service_ops），由外部模块实现

成员	类型	说明
open_output	audio_io_handle_t (*)	用指定参数打开输出句柄，参数可以指示用默认值，返回时参数反映实际值
open_duplicate_output	audio_io_handle_t (*)	用两个输出句柄创建复制的句柄，由混音线程处理复制
close_output	int (*)	关闭输出句柄
suspend_output	int (*)	暂停输出，硬件输出流处于standby，混音线程继续但是输出被丢弃
restore_output	int (*)	恢复
open_input	audio_io_handle_t (*)	废弃的，应该使用open_input_on_module
close_input	int (*)	关闭输入句柄
set_stream_volume	int (*)	一个流在不同输出上有不同音量
set_stream_output	int (*)	路由流到指定输出句柄上
set_parameters	void (*)
get_parameters	char * (*)
start_tone	int (*)
stop_tone	int (*)
set_voice_volume	int (*)
move_effects	int (*)
load_hw_module	audio_module_handle_t (*)
open_output_on_module	audio_io_handle_t (*)
open_input_on_module	audio_io_handle_t (*)

模块audio_policy_module_t

无特殊成员。

设备audio_policy_device

成员	类型	说明
create_audio_policy	int (*)	返回audio_devices_t为组合。2.0版本开始不实现该方法，提供audio_policy.conf
destroy_audio_policy	int (*)	判断初始化是否完成

Null声音策略

空的声音策略模块实现，模块名audio_policy.stub。

源文件：hardware/libhardware/modules/audio/audio_hw.c

Legacy声音策略

升级老的声音策略模块到新框架，模块名audio_policy.default。

源文件：hardware/libhardware_legacy/audio/audio_policy_hal.c

新老类型对应关系：（老的定义在include/hardware_legacy/AudioSystemLegacy.h）

新	老	说明
audio_stream_t	AudioSystem::stream_type
audio_source_t	audio_source
audio_format_t	AudioSystem::audio_format
audio_channel_mask_t	AudioSystem:: audio_channels
audio_in_acoustics_t	AudioSystem::audio_in_acoustics
audio_mode_t
audio_devices_t	AudioSystem::audio_devices
audio_output_flags_t	AudioSystem::output_flags
audio_policy_forced_cfg_t	AudioSystem::forced_config
audio_policy_force_use_t	AudioSystem::force_use
audio_policy_dev_state_t	AudioSystem::device_connection_state
audio_policy_tone_t

老的AudioPolicyInterface接口方法：

成员	类型	说明
setDeviceConnectionState	status_t (*)
getDeviceConnectionState	AudioSystem::device_connection_state (*)
setPhoneState	void (*)
setForceUse	void (*)
getForceUse	AudioSystem::forced_config (*)
set_can_mute_enforced_audible		setSystemProperty("ro.camera.sound.forced")
setSystemProperty	void (*)	没有新的对应方法
initCheck	status_t (*)
getOutput	audio_io_handle_t (*)
startOutput	status_t (*)
stopOutput	status_t (*)
releaseOutput	void (*)
getInput	audio_io_handle_t (*)
startInput	status_t (*)
stopInput	status_t (*)
releaseInput	void (*)
initStreamVolume	void (*)
set_stream_volume_index		setStreamVolumeIndex AUDIO_DEVICE_OUT_DEFAULT
get_stream_volume_index		getStreamVolumeIndex AUDIO_DEVICE_OUT_DEFAULT
setStreamVolumeIndex	status_t (*)	set_stream_volume_index_for_device
getStreamVolumeIndex	status_t (*)	get_stream_volume_index_for_device
getStrategyForStream	uint32_t (*)
getDevicesForStream	audio_devices_t (*)
getOutputForEffect	audio_io_handle_t (*)
registerEffect	status_t (*)
unregisterEffect	status_t (*)
setEffectEnabled	status_t (*)
isStreamActive	bool (*)
isStreamActiveRemotely	bool (*)
isSourceActive	status_t (*)
dump	int (*)
isOffloadSupported	bool (*)