Android : android 8.0 audio 接口分析

1、HIDL 的概念

　　HIDL 读作 hide-l，全称是 Hardware Interface Definition Language。它在 Android Project Treble 中被起草，在 Android 8.0 中被全面使用，其诞生目的是使 Android 可以在不重新编译 HAL 的情况下对 Framework 进行 OTA 升级。 
　　使用 HIDL 描述的 HAL 描述文件替换旧的用头文件描述的 HAL 文件的过程称为 * HAL 的 binder 化（binderization）。所有运行 Android O 的设备都必须只支持 binder 化后的 HAL 模块。 
　　已发布的 HIDL package包位于 Android 代码库的hardware/interfaces/或vendor/<vendorName>目录下。使用 HDIL 描述的 HAL 接口存放在这些目录下的.hal文件中。比如我们可以在hardware/interfaces/audio/2.0/目录下找到部分 Audio HAL 描述文件，如下：

Android.bp
Android.mk
IDevice.hal
IDevicesFactory.hal
IPrimaryDevice.hal
IStream.hal
IStreamIn.hal
IStreamOutCallback.hal
IStreamOut.hal
types.hal

另外在frameworks/av/media/下多了个文件夹  libaudiohal ：

Android.mk                DeviceHalLocal.h             DevicesFactoryHalLocal.h  EffectHalHidl.h             EffectsFactoryHalLocal.h  StreamHalLocal.h
ConversionHelperHidl.cpp  DevicesFactoryHalHidl.cpp    EffectBufferHalHidl.cpp   EffectHalLocal.cpp          HalDeathHandlerHidl.cpp
ConversionHelperHidl.h    DevicesFactoryHalHidl.h      EffectBufferHalHidl.h     EffectHalLocal.h            include
DeviceHalHidl.cpp         DevicesFactoryHalHybrid.cpp  EffectBufferHalLocal.cpp  EffectsFactoryHalHidl.cpp   StreamHalHidl.cpp
DeviceHalHidl.h           DevicesFactoryHalHybrid.h    EffectBufferHalLocal.h    EffectsFactoryHalHidl.h     StreamHalHidl.h
DeviceHalLocal.cpp        DevicesFactoryHalLocal.cpp   EffectHalHidl.cpp         EffectsFactoryHalLocal.cpp  StreamHalLocal.cpp

从文件名命名方式来看，一类是以Hidl结尾，一类是Local结尾，Local结尾的应该是兼容之前的方式，即谷歌在文档里描述的：

HIDL 旨在用于进程间通信 (IPC)。进程之间的通信经过 Binder 化。对于必须与进程相关联的代码库，还可以使用直通模式（在 Java 中不受支持）：

　　要将运行早期版本的 Android 的设备更新为使用 Android O，您可以将惯用的（和旧版）HAL 封装在一个新 HIDL 接口中，该接口将在绑定式模式和同进程（直通）模式提供 HAL。这种封装对于 HAL 和 Android 框架来说都是透明的。直通模式仅适用于 C++ 客户端和实现。运行早期版本的 Android 的设备没有用 Java 编写的 HAL，因此 Java HAL 自然而然经过 Binder 化。

直通式标头文件：

　　编译 .hal 文件时，除了用于 Binder 通信的标头之外，hidl-gen 还会生成一个额外的直通标头文件 BsFoo.h；此标头定义了会被执行 dlopen 操作的函数。由于直通式 HAL 在它们被调用的同一进程中运行，因此在大多数情况下，直通方法由直接函数调用（同一线程）来调用。oneway 方法在各自的线程中运行，因为它们不需要等待 HAL 来处理它们（这意味着，在直通模式下使用 oneway 方法的所有 HAL 对于线程必须是安全的）。

　　如果有一个 IFoo.hal，BsFoo.h 会封装 HIDL 生成的方法，以提供额外的功能（例如使 oneway 事务在其他线程中运行）。该文件类似于 BpFoo.h，不过，所需函数是直接调用的，并未使用 Binder 传递调用 IPC。未来，HAL 的实现可能提供多种实现结果，例如 FooFast HAL 和 FooAccurate HAL。在这种情况下，系统会针对每个额外的实现结果创建一个文件（例如 PTFooFast.cpp 和 PTFooAccurate.cpp）。

2、Audio Record 调用分析：

(1) Java层调用Android的SDK中的API实例化一个AudioRecord对象

　　-》 \android-8.0.0_r4\frameworks\av\media\libaudioclient\AudioRecord.cpp  -》  AudioRecord::AudioRecord

(2) 设置相应参数

　　-》 mStatus = set(inputSource, sampleRate, format, channelMask, frameCount, cbf, user,
            　　　　　　　　notificationFrames, false /*threadCanCallJava*/, sessionId, transferType, flags,
           　　　　　　 　　uid, pid, pAttributes);

(3)打开录音接口

　-》　// create the IAudioRecord
   　　 　　status_t status = openRecord_l(0 /*epoch*/, mOpPackageName);

(4) 获取输入设备属性：

　　　　status = AudioSystem::getInputForAttr(&mAttributes, &input,
                                        mSessionId,
                                        // FIXME compare to AudioTrack
                                        mClientPid,
                                        mClientUid,
                                        &config,
                                        mFlags, mSelectedDeviceId, &mPortId);

　　　　 其中是通过获取audio_policy_service建立binder接口:

　　　　 // establish binder interface to AudioPolicy service
　　　　 const sp<IAudioPolicyService> AudioSystem::get_audio_policy_service()

(5) 调用AudioPolicyManager的接口 ： \android-8.0.0_r4\frameworks\av\services\audiopolicy\managerdefault\AudioPolicyManager.cpp

　　　aps->getInputForAttr -》 AudioPolicyManager::getInputForAttr

(6) 根据app传下的参数获取对应的设备类型：

　　device = getDeviceAndMixForInputSource(inputSource, &policyMix);

　　-》Engine::getDeviceForInputSource      (\android-8.0.0_r4\frameworks\av\services\audiopolicy\enginedefault\src\Engine.cpp)

一般录音软件是：AUDIO_SOURCE_MIC  ，google 语音引擎是：AUDIO_SOURCE_VOICE_RECOGNITION

　　 再根据当前系统支持的输入设备返回对应的录音设备：（默认的内置mic就是 AUDIO_DEVICE_IN_BUILTIN_MIC）

 if (mForceUse[AUDIO_POLICY_FORCE_FOR_RECORD] == AUDIO_POLICY_FORCE_BT_SCO &&
                availableDeviceTypes & AUDIO_DEVICE_IN_BLUETOOTH_SCO_HEADSET) {
            device = AUDIO_DEVICE_IN_BLUETOOTH_SCO_HEADSET;
        } else if (availableDeviceTypes & AUDIO_DEVICE_IN_WIRED_HEADSET) {
            device = AUDIO_DEVICE_IN_WIRED_HEADSET;
        } else if (availableDeviceTypes & AUDIO_DEVICE_IN_USB_HEADSET) {
            device = AUDIO_DEVICE_IN_USB_HEADSET;
        } else if (availableDeviceTypes & AUDIO_DEVICE_IN_USB_DEVICE) {
            device = AUDIO_DEVICE_IN_USB_DEVICE;
        } else if (availableDeviceTypes & AUDIO_DEVICE_IN_BUILTIN_MIC) {
            device = AUDIO_DEVICE_IN_BUILTIN_MIC;
        }

PS：通过 dumpsys media.audio_policy 指令查看当前系统所支持的设备模块及类型。

可通过\android-8.0.0_r4\frameworks\av\services\audiopolicy目录里面 audio_policy.conf或者audio_policy_configuration.xml配置设备加载，

使用.conf还是.xml取决于frameworks/av/services/audiopolicy/Android.mk 通过宏USE_XML_AUDIO_POLICY_CONF - 1 : 使用 .xml , 0: 使用 .conf。

(7) 根据返回的device类型获取对应录音设备：

 　　　　*input = getInputForDevice(device, address, session, uid, inputSource,
                           　　    config->sample_rate, config->format, config->channel_mask, flags,
                            　　   policyMix);

(8) 调用getInputProfile函数根据传进来的声音采样率、声音格式、通道掩码等参数与获得的设备支持的Input Profile比较返回一个与设备Profile匹配的IOProfile-》

　　　　　profile = getInputProfile(device, address,
                                  　　　　profileSamplingRate, profileFormat, profileChannelMask,
                                 　　　　 profileFlags);

(9) 根据返回的profile调用初始化时加载好的client接口：

status_t status = mpClientInterface->openInput(profile->getModuleHandle(),
                                                   &input,
                                                   &config,
                                                   &device,
                                                   address,
                                                   halInputSource,
                                                   profileFlags);

PS: mpClientInterface是由AudioPolicyService中加载对应模块传递过来：

void AudioPolicyService::onFirstRef()
{
    {
        Mutex::Autolock _l(mLock);
 
        // start tone playback thread
        mTonePlaybackThread = new AudioCommandThread(String8("ApmTone"), this);
        // start audio commands thread
        mAudioCommandThread = new AudioCommandThread(String8("ApmAudio"), this);
        // start output activity command thread
        mOutputCommandThread = new AudioCommandThread(String8("ApmOutput"), this);
 
        mAudioPolicyClient = new AudioPolicyClient(this);
        mAudioPolicyManager = createAudioPolicyManager(mAudioPolicyClient); //对应的模块加载放在AudioPolicyManager的构造函数中
    }
    // load audio processing modules
    sp<AudioPolicyEffects>audioPolicyEffects = new AudioPolicyEffects();
    {
        Mutex::Autolock _l(mLock);
        mAudioPolicyEffects = audioPolicyEffects;
    }
}

AudioPolicyManager构造函数中根据宏定义判断通过audio_policy.conf还是audio_policy_configuration.xml解析加载对应的so:

#ifdef USE_XML_AUDIO_POLICY_CONF
    mVolumeCurves = new VolumeCurvesCollection();
    AudioPolicyConfig config(mHwModules, mAvailableOutputDevices, mAvailableInputDevices,
                             mDefaultOutputDevice, speakerDrcEnabled,
                             static_cast<VolumeCurvesCollection *>(mVolumeCurves));
    if (deserializeAudioPolicyXmlConfig(config) != NO_ERROR) {
#else
    mVolumeCurves = new StreamDescriptorCollection();
    AudioPolicyConfig config(mHwModules, mAvailableOutputDevices, mAvailableInputDevices,
                             mDefaultOutputDevice, speakerDrcEnabled);
    if ((ConfigParsingUtils::loadConfig(AUDIO_POLICY_VENDOR_CONFIG_FILE, config) != NO_ERROR) &&
            (ConfigParsingUtils::loadConfig(AUDIO_POLICY_CONFIG_FILE, config) != NO_ERROR)) {
#endif

加载模块:

        mHwModules[i]->mHandle = mpClientInterface->loadHwModule(mHwModules[i]->getName());
        if (mHwModules[i]->mHandle == ) {
            ALOGW("could not open HW module %s", mHwModules[i]->getName());
            continue;
        }

具体加载过程：

AudioFlinger::loadHwModule_l

-》mDevicesFactoryHal->openDevice(name, &dev);

　　-》DevicesFactoryHalHidl::openDevice(const char *name, sp<DeviceHalInterface> *device)

　　　　-》DevicesFactory::openDevice(IDevicesFactory::Device device, openDevice_cb _hidl_cb) //对应hardware/interfaces/audio/2.0/目录下IDevicesFactory.hal所描述接口

　　　　　　-》loadAudioInterface(moduleName, &halDevice);

　　　　　　　　-》DevicesFactory::loadAudioInterface(const char *if_name, audio_hw_device_t **dev)

 　 //加载so,后面最终通过dlopen加载了/system/lib/hw/下对应的so。
　　rc = hw_get_module_by_class(AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, if_name, &mod);
    if (rc) {
        ALOGE("%s couldn't load audio hw module %s.%s (%s)", __func__,
                AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, if_name, strerror(-rc));
        goto out;
    }
　　 //实际调用到了audio_hw.c中adev_open()，只会被调用一次，也就是给硬件模块中的函数指针赋值open()。
    rc = audio_hw_device_open(mod, dev);
    if (rc) {
        ALOGE("%s couldn't open audio hw device in %s.%s (%s)", __func__,
                AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, if_name, strerror(-rc));
        goto out;
    }
    if ((*dev)->common.version < AUDIO_DEVICE_API_VERSION_MIN) {
        ALOGE("%s wrong audio hw device version %04x", __func__, (*dev)->common.version);
        rc = -EINVAL;
        audio_hw_device_close(*dev);
        goto out;
    }

(10) 再回到AudioPolicyManager::getInputForDevice 中的 mpClientInterface->openInput调用流程：

　　　　AudioFlinger::openInput -》

　　　　　　AudioFlinger::openInput_l -》

　　　　  　 　　sp<DeviceHalInterface> inHwHal = inHwDev->hwDevice();

　　　　 　　　   ...

　　　　  　　    inHwHal->openInputStream -》

　　　　   　　　　　DeviceHalHidl::openInputStream

 Return<void> ret = mDevice->openInputStream(
            handle,
            hidlDevice,
            hidlConfig,
            AudioInputFlag(flags),
            AudioSource(source),
            [&](Result r, const sp<IStreamIn>& result, const AudioConfig& suggestedConfig) {
                retval = r;
                if (retval == Result::OK) {
                    *inStream = new StreamInHalHidl(result); //audio_hw.c中adev_open_input_stream的参数stream_in在这里创建并传入
                }
                HidlUtils::audioConfigToHal(suggestedConfig, config);
            });
    return processReturn("openInputStream", ret, retval);

-》最终调用到了audio_hw.c中的：

static int adev_open_input_stream(struct audio_hw_device *dev,
                                  audio_io_handle_t handle,
                                  audio_devices_t devices,
                                  struct audio_config *config,
                                  struct audio_stream_in **stream_in,
                                  audio_input_flags_t flags,
                                  const char *address __unused,
                                  audio_source_t source )

adev_open_input_stream中对sp<StreamInHalInterface> *inStream指针的各成员进行赋值，进一步调用底层的接口获取音频数据。

PS：默认使用上层传下来的config参数，也可以手动更新stream_in的参数，比如 采样率：stream_in->config.rate，自己实现数据获取接口：stream_in->stream.read = my_read 等;

-end-