Android Audio system Overview

Android Audio system

1.基于ALSA的Andorid音频系统拥有一个比较标准和健全的架构，自上而下由Audio应用程序、Audio Java框架层、Audio本地框架层、AudioFlinger、Audio硬件抽象层、alsa-lib和底层Audio驱动几个部分组成。本文研究基于ALSA的Android音频系统的总体设计，分析其架构各个层次的功能
2.Audio硬件抽象层是AudioFlinger和底层Audio驱动的接口，需要根据具体平台进行移植，可以有多种实现方式。本文介绍基于ALSA的Audio硬件抽象层的具体实现。
3、采用ASoC（ALSA System on Chip）架构实现Audio驱动。ASoC中，Audio驱动包括codec驱动，platform驱动和machine驱动三部分。本文研究ALC5625驱动和I2S驱动的具体实现，以及machine驱动如何将两者整合起来



1、Audio 应用程序
与 Audio 相关的应用程序非常多，主要有录音器、音乐播放器、视频播放器等。这些应用程序通过调用下层提供的 Audio 相关接口实现各种音频功能， 它们位于最顶层直接与用户进行交互，承担为用户提供良好音频体验的责任。 该部分在本文中不做具体介绍。
2、Audio Java 框架层
代码路径：frameworks/base/media/java/android/media
与 Audio 相关的 Java 包是 android.media，主要包含的类有 AudioManager、AudioService、MediaPlayer、MediaRecorder、AudioTrack、AudioRecord 等等。这部分主要给上层应用程序提供 Audio 相关接口。
3、Audio 本地框架层
头文件路径：frameworks/base/include/media
代码路径：frameworks/base/media/libmedia
Audio 本地框架是 media 库的一部分，本部分的内容被编译成库 libmedia.so，主要包含的类有 AudioTrack， AudioRecord， AudioSystem 等等。这部分使用 C/C++语言编写，上层 Java 代码调用 libmedia.so 提供的各种接口需要经过 JNI（Java Native Interface） 。JNI 使得在 Java 虚拟机内部运行的 Java 代码能够与用其它编程语言（如 C、C++和汇编语言）编写的应用程序和库进行交互操作。
4、AudioFlinger
代码路径：frameworks/base/services/audioflinger
这部分内容被编译成库 libaudioflinger.so。AudioFlinger 的功能是管理音频输入输出流，管理各种工作线程和音轨。 AudioFlinger 向下访问 Audio 硬件抽象层，向上通过 IAudioFinger 接口提供服务。所以，AudioFlinger 在 Android 的音频系统框架中起着承上启下的作用，地位相当重要。
5、Audio 硬件抽象层
头文件路径：hardware/libhardware_legacy/include/hardware_legacy
代码路径：hardware/alsa_sound
Audio 硬件抽象层，简称 AudioHAL，是 AudioFlinger 和 Audio 驱动的接口。它的实现在各个平台中可能不同，需要继承 AudioHardwareInterface.h 等头文件中定义的各种类并实现它们。本设计采用基于 ALSA 实现 Audio 硬件抽象层，Audio 硬件抽象层并不直接操作底层驱动程序提供的设备节点，而是调用 alsa-lib提供的 API。
6、alsa-lib
代码路径：external/alsa-lib
默认情况下，Android4.0 不再使用原始的 alsa-lib，取而代之的是 tinyalsa。Tinyalsa 只提供基本的接口，比 alsa-lib 更加小巧而简单，但是 tinyalsa 无法完全替代 alsa-lib，相反 alsa-lib 可以完全替代 tinyalsa。本设计没有使用 tinyalsa，而是延用原来的 alsa-lib。Alsa-lib 是用户空间的函数库，提供了 libasound.so 给应用程序使用，应用程序应包含头文件 asoundlib.h 。这个库通过提供封装函数（ALSA-API）使 ALSA 应用程序不需要涉及具体硬件，编写起来更容易。 Alsa-lib中有 kcontrol 、timer、dmix、pcm 等，都是以插件（plugin）的形式存在的，asound.conf 中可对这些插件进行配置。 Alsa-lib 通过使用系统调用的接口 （open、ioctl、write、read 等）实现与底层驱动的对接。
7、Audio 驱动
代码路径：sound/soc
声卡驱动核心代码：sound/soc/soc-core.c
Codec 驱动代码路径：sound/soc/codecs
ASoC platform 驱动和 machine 驱动代码路径：sound/soc/rk29
Audio 驱动运行在 Linux 内核空间，为用户空间提供音频系统的控制接口和数据接口。本设计采用 ASoC 架构实现 Audio 驱动，使用标准的 alsa-driver 作为声卡驱动程序。



Audio 关键类详解

1.AudioManage class
a.设置系统音量
b．控制系统的铃声模式
c．设置系统的音频模式
2.AudioTrack
AudioTrack 实 现音频系统回放功能 。 C++ 类 AudioTrack 的代码在frameworks\base\media\libmedia\AudioTrack.cpp 中，Java 类 AudioTrack 的代码在 framework\base\media\java\android\media\AudioTrack.java 中



结构体 audio_track_cblk_t[10][11]管理共享内存，在 AudioTrackShared.h 中定义，在 AudioTrack.cpp 中实现。audio_track_cblk_t 管理的共享内存由 AudioFlinger:: ThreadBase::TrackBase::TrackBase()申请分配，其作用是实现 C++类 AudioTrack与 AudioFlinger，C++类 AudioRecord 与 AudioFlinger 之间的音频数据传输，如图 5-3 所示。回放时， C++类 AudioTrack 将音频数据写入该共享内存， AudioFlinger接收到音频数据后，回放线程调用 AudioStreamOut 接口再将音频数据输出给Audio 硬件。录音时，Audio 硬件采集音频数据，AudioFlinger 的录音线程调用AudioStreamIn 接口将数据读取到共享内存， C++类 AudioRecord 再从共享内存中读取音频数据



3.AudioRecord
AudioRecord 实现 音频系统 录音 功能 。 C++ 类 AudioRecord 的代码在frameworks\base\media\libmedia\ AudioRecord.cpp 中， Java 类 AudioRecord 的代码在 framework\base\media\java\android\media\AudioRecord.java 中
Java 类 AudioRecord 使用流程如下：首先创建一个 AudioRecord 实例和一个录音缓冲区；接下来就可以调用 startRecording()开始录音，然后调用 read()不停地读取音频数据到缓冲区；最后， 调用 stop()停止录音， 调用 release()释放资源。
录音时，Java 应用程序调用 Java 类 AudioRecord 提供接口， Java 类AudioRecord 本身并不直接处理音频数据，而是通过 JNI 调用本地框架层中 C++类 AudioRecord 提供的接口，然后再通过 Binder 机制跨进程进一步调用AudioFlinger。具体调用流程如图 5-4 所示：

4.AudioFlinger
AudioFlinger 是 Android 音频系统的一个重量级服务，向下访问 Audio 硬件抽象层，向上通过 IAudioFlinger 接口提供服务，起着承上启下的重要作用。AudioFlinger 在 frameworks/base/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp 中被创建实例化，相关代码在 frameworks/base/libs/audioflinger 中。其中， AudioFlinger.h和 AudioFlinger.cpp 是 AudioFlinger 的核心文件，提供了类 AudioFlinger，这个类是一个 IAudioFlinger 的具体实现。
AudioFlinger 实现音频的统一管理，主要提供 createTrack ，openRecord，openOutput，openInput 等方法。createTrack()创建回放音轨 Track，openRecord()创建录音音轨 RecordTrack ， openOutput() 打 开 Audio 硬件输出流并创建MixerThread 或 DirectoutputThread，openInput()打开 Audio 硬件输入流并创建RecordThread。



5.AudioPolicyService和AudioPolicyManager
AudioPolicyService 是 Android 音频系统的另一个重量级服务，在frameworks/base/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp 中 被创建 实例 化 。AudioPolicyService 继承了 IAudioPolicyService 接口，Java 应用层可通过 JNI 并经由 IAudioPolicyService 接口，访问 AudioPolicyService 提供的服务。
AudioPolicyService 主要提供以下服务：
1、输入输出设备的连接状态的获取和设置。
2、音频策略（strategy）的获取。
3、音量调节，音频参数设置。
4、音频模式设置，铃声模式设置。