7.4.1 AudioPolicyService的创建

AudioPolicyService和AudioFlinger都驻留于一个进程，之前在MixerThread来历一节中，曾简单介绍过APS的创建，现在需要仔细观察其中的内容。 1. 创建 AudioPolicyService AudioPolicyService的代码如下所示： **AudioPolicyService.cpp** ~~~ AudioPolicyService::AudioPolicyService() :BnAudioPolicyService() , //mpPolicyManager是Audio系统中的另一种HAL对象，它的类型是AudioPolicyInterface mpPolicyManager(NULL) { char value[PROPERTY_VALUE_MAX]; //TonePlayback用于播放Tone音，Tone包括按键音等 mTonePlaybackThread = new AudioCommandThread(String8("")); //用于处理控制命令，例如路由切换、音量调节等 mAudioCommandThread = newAudioCommandThread(String8("ApmCommandThread")); #if (defined GENERIC_AUDIO) || (definedAUDIO_POLICY_TEST) //注意AudioPolicyManagerBase的构造函数，把this传进去了。 mpPolicyManager = new AudioPolicyManagerBase(this); #else ... //使用硬件厂商实现的AudioPolicyInterface mpPolicyManager= createAudioPolicyManager(this); #endif //根据系统属性来判断照相机拍照时是否强制发声。为了防止偷拍，强制按快门的时候必须发出声音。 property_get("ro.camera.sound.forced",value, "0"); mpPolicyManager->setSystemProperty("ro.camera.sound.forced",value); } ~~~ 和AudioFlinger中的AudioHardwareInterface一样，在APS中可以见到另外一个HAL层对象AudioPolicyInterface，为什么在APS中也会存在HAL对象呢？ 如前所述，APS主要是用来控制Audio系统的，由于各个硬件厂商的控制策略不可能完全一致，所以Android把这些内容抽象成一个HAL对象。下面来看这个AudioPolicyInterface。 2. 对AudioPolicyInterface的分析 AudioPolicyInterface比AudioHardwareInterface简单直接。这里，只需看几个重点函数即可，代码如下所示： **AudioPolicyInterface.h** ~~~ class AudioPolicyInterface { public: ...... //设置设备的连接状态，这些设备有耳机、蓝牙等 virtualstatus_t setDeviceConnectionState( AudioSystem::audio_devicesdevice, AudioSystem::device_connection_state state, const char *device_address) = 0; //设置系统Phone状态，这些状态包括通话状态、来电状态等 virtual void setPhoneState(int state) = 0; //设置force_use的config策略，例如通话中强制使用扬声器 virtualvoid setForceUse(AudioSystem::force_use usage, AudioSystem::forced_config config) = 0; /* audio_io_handle_t是int类型。这个函数的目的是根据传入的参数类型 找到合适的输出句柄。这个句柄，在目前的Audio系统代表AF中的某个工作线程。 还记得创建AudioTrack的时候传入的那个output值吗？它就是通过这个函数得来的。 关于这个问题，马上会分析到 */ virtualaudio_io_handle_t getOutput( AudioSystem::stream_typestream, uint32_t samplingRate = 0, uint32_t format = AudioSystem::FORMAT_DEFAULT, uint32_t channels = 0, AudioSystem::output_flagsflags = AudioSystem::OUTPUT_FLAG_INDIRECT)= 0; //在下面这两个函数后会介绍。它们的第二个参数表示使用的音频流类型， virtualstatus_t startOutput(audio_io_handle_t output, AudioSystem::stream_type stream) = 0; virtual status_t stopOutput(audio_io_handle_toutput, AudioSystem::stream_type stream) = 0; ...... //音量控制：设置不同音频流的音量级别范围，例如MUSIC有15个级别的音量 virtual void initStreamVolume(AudioSystem::stream_type stream, intindexMin, intindexMax) = 0; //设置某个音频流类型的音量级，例如觉得music声音太小时，可以调用这个函数提高音量级 virtualstatus_t setStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream, int index) = 0; } ~~~ 从上面的分析中可知，AudioPolicyInterface主要提供了一些设备切换管理和音量控制的接口。每个厂商都有各自的实现方式。目前，Audio系统提供了一个通用的实现类AudioPolicyManagerBase，以前这个类是放在hardware目录下的，现在是放到framework目录中了。图7-12展示了AP和HAL类之间的关系： :-:  图7-12 AudioPolicy和AudioPolicyInterface的关系 其中： - AudioPolicyService有一个AudioPolicyInterface类型的对象。 - AudioPolicyManagerBase有一个AudioPolicyClientInterace的对象。 AudioPolicyInterface中的一些函数后面会分析到，这些函数中有很多参数都是以AudioSystem::xxx方式出现的，那么 AudioSystem又是什么呢？ 3. AudioSystem的介绍 AudioSystem是一个Native类，这个类在Java层有对应的Java类，其中定义了一些重要的类型，比如音频流流程、音频设备等，这些都在AudioSystem.h中。下面来看其中的一些定义。 （1）stream type（音频流类型） 音频流类型，我们已在AudioTrack中见识过了，其完整定义如下： ~~~ enum stream_type { DEFAULT =-1,//默认 VOICE_CALL = 0,//通话声 SYSTEM = 1,//系统声，例如开关机提示 RING = 2,//来电铃声 MUSIC = 3,//媒体播放声 ALARM = 4,//闹钟等的警告声 NOTIFICATION = 5,//短信等的提示声 BLUETOOTH_SCO = 6,//蓝牙SCO ENFORCED_AUDIBLE = 7,//强制发声，照相机的快门声就属于这个类型 DTMF = 8,//DTMF,拨号盘的按键声 TTS = 9,//文本转语音，Text to Speech NUM_STREAM_TYPES }; ~~~ 音频流类型有什么用呢？为什么要做这种区分呢？它主要与两项内容有关： - 设备选择：例如，之前在创建AudioTrack时，传入的音频流类型是MUSIC，当插上耳机时，这种类型的声音只会从耳机中出来，但如果音频流类型是RING，则会从耳机和扬声器中同时出来。 - 音量控制：不同流类型音量级的个数不同，例如，MUSIC类型有15个级别可供用户调节，而有些类型只有7个级别的音量。 （2）audio mode（声音模式） audio mode和电话的状态有直接关系。先看它的定义： ~~~ enum audio_mode { MODE_INVALID = -2, MODE_CURRENT = -1, MODE_NORMAL = 0, //正常，既不打电话，也没有来电 MODE_RINGTONE,//有来电 MODE_IN_CALL,//通话状态 NUM_MODES }; ~~~ 为什么Audio需要特别强调Phone的状态呢？这必须和智能手机的硬件架构联系上。先看智能手机的硬件架构，如图7-13所示： :-:  图7-13 智能手机的硬件架构图 从图7-13中看出了什么？ - 系统有一个音频DSP，声音的输入输出都要经过它（不考虑蓝牙的情况）。但它处理完的数字信号，需通过D/A（数/模）转换后输出到最终的设备上，这些设备包括扬声器、听筒、耳机等。 >[info] **注意**：所谓的设备切换，是指诸如扬声器切换到听筒的情况，而前面常提到的音频输出设备，应该指的是DSP。 - 系统有两个核心处理器，一个是应用处理的核心，叫AP（Application Processor），可把它当做台式机上的CPU，在这上面可以运行操作系统。另一个和手机通信相关，一般叫BP（Baseband Processor 基带处理器），可把它当做台式机上的“猫”。 - 从图7-13中可看出，AP和BP都能向音频DSP发送数据，它们在硬件上通路上互不干扰。于是就出现了一个问题，即如果两个P同时往DSP发送数据，而互相之间没有协调，就可能出现通话声和音乐声混杂的情况。谁还会用这样的手机？所以打电话时，将由AP上的Phone程序主动设置Audio系统的mode，在这种mode下，Audio系统会做一些处理，例如把music音量调小等。 - 注意图中的蓝牙了吗？它没有像AP那样直接和音频DSP的相连，所以音频数据需要单独发给蓝牙设备。如果某种声音要同时从蓝牙和扬声器发出，亦即一份数据要往两个地方发送，便满足了AudioFlinger中DuplicatingThread出现的现实要求。 注意：蓝牙设备实际上会建立两条数据通路：SCO和A2DP。A2DP和高质量立体声有关，且必须由AudioFlinger向它发送数据。所以“音频数据需要单独发送给蓝牙设备”，这个设备实际上是指蓝牙的A2DP设备。蓝牙技术很复杂，有兴趣的读者可以自行研究。 （3）force use和config（强制使用及配置） 大家知道，手机通话时可以选择扬声器输出，这就是强制使用的案例。Audio系统对此有很好的支持。它涉及到两个方面： - 强制使用何种设备，例如使用扬声器、听筒、耳机等。它由forced_config控制，代码如下所示： ~~~ enum forced_config { FORCE_NONE, FORCE_SPEAKER, //强制使用扬声器 FORCE_HEADPHONES, FORCE_BT_SCO, FORCE_BT_A2DP, FORCE_WIRED_ACCESSORY, FORCE_BT_CAR_DOCK, FORCE_BT_DESK_DOCK, NUM_FORCE_CONFIG, FORCE_DEFAULT = FORCE_NONE } ~~~ - 在什么情况下需要强制使用，是通话的强制使用，还是听音乐的强制使用？这须由force_use控制，代码如下所示： ~~~ enumforce_use { FOR_COMMUNICATION,//通话情况，注意前缀，是FOR_XXX FOR_MEDIA,//听音乐等媒体相关的情况 FOR_RECORD, FOR_DOCK, NUM_FORCE_USE } ~~~ 所以，AudioPolicyInterface的setForceUse函数，就是设置在什么情况下强制使用什么设备： ~~~ virtual void setForceUse(AudioSystem::force_useusage,//什么情况 AudioSystem::forced_configconfig //什么设备 )= 0; ~~~ （4）输出设备的定义 前面曾反复提到输出设备。这些设备在软件中是怎么表示的呢？Audio定义了很多输出设备，来看其中几个： ~~~ enum audio_devices { //output devices DEVICE_OUT_EARPIECE = 0x1, //听筒 DEVICE_OUT_SPEAKER = 0x2, //扬声器 DEVICE_OUT_WIRED_HEADSET = 0x4, //耳机 DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE = 0x8, //另外一种耳机 DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO = 0x10, //蓝牙相关，SCO用于通话的语音传输 DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO_HEADSET = 0x20, DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO_CARKIT= 0x40, DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP = 0x80, //蓝牙相关，A2DP用于立体声传输 DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP_HEADPHONES = 0x100, DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP_SPEAKER = 0x200, DEVICE_OUT_AUX_DIGITAL = 0x400, DEVICE_OUT_DEFAULT= 0x8000, ...... } ~~~ 至此，AudioSystem中常用的定义都已见过了，现在要回到APS的创建上了。对这个例子，将使用Generic的设备，所以会直接创建AudioPolicyManagerBase对象，这个对象实现了AudioPolicyInterface的所有功能。一起来看。 说明：实际上很多硬件厂商实现的AudioPolicyInterface，基本上是直接使用这个AudioPolicyManagerBase。 4. AudioPolicyManagerBase的分析 AudioPolicyManagerBase类在AudioPolicyManagerBase.cpp中实现，先来看它的构造函数： **AudioPolicyManagerBase.cpp** ~~~ AudioPolicyManagerBase::AudioPolicyManagerBase( AudioPolicyClientInterface*clientInterface) :mPhoneState(AudioSystem::MODE_NORMAL),mRingerMode(0), mMusicStopTime(0),mLimitRingtoneVolume(false) { //APS实现了AudioPolicyClientInterface接口 mpClientInterface= clientInterface;//这个clientInterface就是APS对象 //清空强制使用配置 for(int i = 0; i < AudioSystem::NUM_FORCE_USE; i++) { mForceUse[i] = AudioSystem::FORCE_NONE; } //输出设备有听筒和扬声器 mAvailableOutputDevices = AudioSystem::DEVICE_OUT_EARPIECE | AudioSystem::DEVICE_OUT_SPEAKER; //输入设备是内置的麦克（学名叫传声器） mAvailableInputDevices = AudioSystem::DEVICE_IN_BUILTIN_MIC; #ifdef WITH_A2DP //和蓝牙立体声有关。 mA2dpOutput = 0; mDuplicatedOutput = 0; mA2dpDeviceAddress = String8(""); #endif mScoDeviceAddress = String8(""); //SCO主要用于通话 /* ①创建一个AudioOutputDescriptor对象，这个对象用来记录并维护与 输出设备（相当于硬件的音频DSP）相关的信息，例如使用该设备的流个数、各个流的音量、 该设备所支持的采样率、采样精度等。其中，有一个成员mDevice用来表示目前使用的输出设备， 例如耳机、听筒、扬声器等 */ AudioOutputDescriptor *outputDesc = new AudioOutputDescriptor(); outputDesc->mDevice= (uint32_t)AudioSystem::DEVICE_OUT_SPEAKER; /* ②还记得MixerThread的来历吗？openOutput导致AF创建了一个工作线程。 该函数返回的是一个工作线程索引号 */ mHardwareOutput =mpClientInterface->openOutput(&outputDesc->mDevice, &outputDesc->mSamplingRate, &outputDesc->mFormat, &outputDesc->mChannels, &outputDesc->mLatency, outputDesc->mFlags); ...... //AMB维护了一个与设备相关的key/value集合，下面将对应信息加到该集合中。 addOutput(mHardwareOutput,outputDesc); //③设置输出设备，就是设置DSP的数据流到底从什么设备出去，这里设置的是从扬声器出去 setOutputDevice(mHardwareOutput, (uint32_t)AudioSystem::DEVICE_OUT_SPEAKER,true); } //④更新不同策略使用的设备 updateDeviceForStrategy(); } ~~~ 关于AMB这个小小的构造函数，有几个重要点需要介绍： （1）AudioOutputDescriptor和openOutput AudioOutputDescriptor对象，是AMB用来控制和管理音频输出设备的，从硬件上看，它代表的是DSP设备。关于这一点已在注释中做出说明，这里就不再赘述。 另一个重要点是openOutput函数。该函数的实现由APS来完成。之前曾分析过，它最终会在AF中创建一个混音线程（不考虑DirectOutput的情况），该函数返回的是该线程在AF中的索引号，亦即 ~~~ mHardwareOutput =mpClientInterface->openOutput(......) ~~~ mHardwareOutput表示的是AF中一个混音线程的索引号。这里涉及到一个非常重要的设计问题：AudioFlinger到底会创建多少个MixerThread？有两种设计方案： - 一种是一个MixerThread对应一个Track。如果这样，AMB仅使用一个mHardwareOutput恐怕还不够用。 - 另一种是用一个MixerThread支持32路的Track数据，多路数据通过AudioMixer混音对象在软件层面进行混音。 这里用的是第二种，当初设计时为何不用一个MixerThread支持一路Track，然后把混音的工作交给硬件来完成呢？我觉得，原因之一是如采用一个线程一个Track的方式，就非常难于管理和控制，另一个原因是多线程比较浪费资源。 如采用第二种方法（也就是现有的方案），就极大简化了AMB的工作量。图7-14展示了AMB和AF及MixerThread之间的关系： :-:  图7-14 AF、AMB及MixerThread之间的关系 图7-14表明： - AMB中除了mHardwareOutput外，还有一个mA2dpOutput，它对应的MixerThread，专往代表蓝牙A2DP设备的AudioStreamOut上发送数据。关于这个问题，在后面分析DuplicatingThread时可以见到。 * * * * * **注意**：使用mA2dpOutput需要蓝牙设备连接上才会有意义。 * * * * * - 除了蓝牙外，系统中一般也就只有图7-14右边这么一个MixerThread了，所以AMB通过mHardwareOutput就能控制整个系统的声音，这真是一劳永逸。 * * * * * **说明**：关于这一点，现在通过setOutputDevice来分析。 * * * * * （2）setOutputDevice 现在要分析的调用是setOutputDevice，目的是为DSP选择一个合适的输出设备。注意它的第一个参数是传入的mHardwareOutput，它最终会找到代表DSP的AudioStreamOut对象，第二个参数是一个设备号。 **AudioPolicyManagerBase.cpp** ~~~ void AudioPolicyManagerBase::setOutputDevice(audio_io_handle_toutput, uint32_tdevice, bool force, int delayMs) { AudioOutputDescriptor*outputDesc = mOutputs.valueFor(output); //判断是否是Duplicate输出，和蓝牙A2DP有关，后面再做分析 if(outputDesc->isDuplicated()) { setOutputDevice(outputDesc->mOutput1->mId, device, force,delayMs); setOutputDevice(outputDesc->mOutput2->mId, device, force,delayMs); return; } // 初始设置的输出设备为听筒和扬声器 uint32_tprevDevice = (uint32_t)outputDesc->device(); if ((device == 0 || device == prevDevice)&& !force) { return; } //现在设置新的输出设备为扬声器，注意这是软件层面上的设置 outputDesc->mDevice = device; ...... /* 还需要硬件也做相应设置，主要是告诉DSP把它的输出切换到某个设备上，根据之前的分析， 这个请求要发送到AF中的MixerThread上，因为只有它拥有代表输出设备的AudioStreamOut 对象 */ AudioParameter param = AudioParameter(); param.addInt(String8(AudioParameter::keyRouting),(int)device); /* 上面的配置参数将投递到APS的消息队列，而APS中创建的AudioCommandThread 会取出这个配置参数，再投递给AF中对应的MixerThread，最终由MixerThread处理。 这个流程，将在耳机插拔事件处理中进行分析 */ mpClientInterface->setParameters(mHardwareOutput, param.toString(),delayMs); ...... } ~~~ setOutputDevice要实现的目的已很明确，只是实现的过程比较繁琐而已。其间没有太多复杂之处，读者可自行研究，以加深对Audio系统的了解。 （3）Audio Strategy 现调用的函数是updateDeviceForStrategy，这里会引出一个strategy的概念。先看updataDeviceForStrategy函数： **AudioPolicyManagerBase.cpp** ~~~ voidAudioPolicyManagerBase::updateDeviceForStrategy() { for(int i = 0; i < NUM_STRATEGIES; i++) { mDeviceForStrategy[i] = getDeviceForStrategy((routing_strategy)i,false); } } ~~~ 关于getDeviceForStrategy，在耳机插拔事件中再做分析，现在先看routing_stratgy的定义，代码如下所示： **getDeviceForStrategy.h::routing_strategy** ~~~ //routing_strategy:路由策略 enum routing_strategy { STRATEGY_MEDIA, STRATEGY_PHONE, STRATEGY_SONIFICATION, STRATEGY_DTMF, NUM_STRATEGIES } ~~~ 它是在AudioPolicyManagerBase.h中定义的，一般的应用程序不会使用这个头文件。这个routing_strategy有什么用处呢？从名字上看，似乎和路由的选择有关系，但AudioSystem定义的是stream type，这两者之间会有什么关系吗？有，而且还很紧密。这个关系通过AMB的getStrategy就可以看出来。它会从指定的流类型得到对应的路由策略，代码如下所示： **AudioPolicyManagerBase.cpp** ~~~ AudioPolicyManagerBase::getStrategy(AudioSystem::stream_typestream) { switch(stream) { caseAudioSystem::VOICE_CALL: caseAudioSystem::BLUETOOTH_SCO: return STRATEGY_PHONE; //PHONE路由策略 caseAudioSystem::RING: caseAudioSystem::NOTIFICATION: caseAudioSystem::ALARM: caseAudioSystem::ENFORCED_AUDIBLE: return STRATEGY_SONIFICATION; //SONIFICATION路由策略 caseAudioSystem::DTMF: return STRATEGY_DTMF; //DTMF路由策略 default: LOGE("unknown stream type"); caseAudioSystem::SYSTEM: caseAudioSystem::TTS: caseAudioSystem::MUSIC: return STRATEGY_MEDIA;//media 路由策略 } } ~~~ 从这个函数中可看出，AudioSystem使用的流类型并不是和路由直接相关的，AMB或AudioPolicy内部，是使用routing_strategy来控制路由策略的。 5. 小结 这一节涉及到不少新东西，但本人觉得，最重要的还是图7-13和图7-14。其中： - 图7-13展示了智能手机的硬件架构，通过和Audio相关的架构设计，我们能理解Audio系统设计的缘由。 - 图7-14展示了APS和AF内部联系的纽带，后续APS的控制无非就是找到对应的MixerThread，给它发送控制消息，最终由MixerThread将控制信息传给对应的代表音频输出设备的HAL对象。