Android Audio System 之三： AudioPolicyService 和 AudioPolicyManager

引言

AudioPolicyService是Android音频系统的两大服务之一，另一个服务是AudioFlinger，这两大服务都在系统启动时有MediaSever加载，加载的代码位于：frameworks\base\media\mediaserver\main_mediaserver.cpp。AudioFlinger主要负责管理音频数据处理以及和硬件抽象层相关的工作。本文主要介绍AudioPolicyService。

AudioPolicyService

AudioPolicyService主要完成以下任务：

JAVA应用层通过JNI，经由IAudioPolicyService接口，访问AudioPolicyService提供的服务
输入输出设备的连接状态
系统的音频策略（strategy）的切换
音量/音频参数的设置

AudioPolicyService的构成

下面这张图描述了AudioPolicyService的静态结构：

进一步说明:

1. AudioPolicyService继承了IAudioPolicyService接口，这样AudioPolicyService就可以基于Android的Binder机制，向外部提供服务；

2. AudioPolicyService同时也继承了AudioPolicyClientInterface类，他有一个AudioPolicyInterface类的成员指针mpPolicyManager，实际上就是指向了AudioPolicyManager；

3. AudioPolicyManager类继承了AudioPolicyInterface类以便向AudioPolicyService提供服务，反过来同时还有一个AudioPolicyClientInterface指针，该指针在构造函数中被初始化，指向了AudioPolicyService，实际上，AudioPolicyService是通过成员指针mpPolicyManager访问AudioPolicyManager，而AudioPolicyManager则通过AudioPolicyClientInterface（mpClientInterface）访问AudioPolicyService；

4. AudioPolicyService有一个内部线程类AudioCommandThread，顾名思义，所有的命令（音量控制，输入、输出的切换等）最终都会在该线程中排队执行；

AudioPolicyManager

AudioPolicyService的很大一部分管理工作都是在AudioPolicyManager中完成的。包括音量管理，音频策略（strategy）管理，输入输出设备管理。

输入输出设备管理

音频系统为音频设备定义了一个枚举：AudioSystem::audio_devices，例如：DEVICE_OUT_SPEAKER，DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE，DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP，DEVICE_IN_BUILTIN_MIC，DEVICE_IN_VOICE_CALL等等，每一个枚举值其实对应一个32bit整数的某一个位，所以这些值是可以进行位或操作的，例如我希望同时打开扬声器和耳机，那么可以这样：

newDevice = DEVICE_OUT_SPEAKER | DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE；   
setOutputDevice(mHardwareOutput, newDevice);

AudioPolicyManager中有两个成员变量：mAvailableOutputDevices和mAvailableInputDevices，他们记录了当前可用的输入和输出设备，当系统检测到耳机或者蓝牙已连接好时，会调用AudioPolicyManager的成员函数:

status_t AudioPolicyManager::setDeviceConnectionState(AudioSystem::audio_devices device,   
                                                  AudioSystem::device_connection_state state,   
                                                  const char *device_address)  
status_t AudioPolicyManager::setDeviceConnectionState(AudioSystem::audio_devices device,
                                                  AudioSystem::device_connection_state state,
                                                  const char *device_address)

该函数根据传入的device值和state（DEVICE_STATE_AVAILABLE/DEVICE_STATE_UNAVAILABLE）设置mAvailableOutputDevices或者mAvailableInputDevices，然后选择相应的输入或者输出设备。

其他一些相关的函数：

setForceUse() 设置某种场合强制使用某一设备，例如setForceUse(FOR_MEDIA, FORCE_SPEAKER)会在播放音乐时打开扬声器
startOutput()/stopOutput()
startInput()/stopInput()

音量管理

AudioPolicyManager提供了一下几个与音量相关的函数：

initStreamVolume(AudioSystem::stream_type stream, int indexMin, int indexMax)
setStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream, int index)
getStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream)

AudioService.java中定义了每一种音频流的最大音量级别：

/** @hide Maximum volume index values for audio streams */  
    private int[] MAX_STREAM_VOLUME = new int[] {   
        5,  // STREAM_VOICE_CALL   
        7,  // STREAM_SYSTEM   
        7,  // STREAM_RING   
        15, // STREAM_MUSIC   
        7,  // STREAM_ALARM   
        7,  // STREAM_NOTIFICATION   
        15, // STREAM_BLUETOOTH_SCO   
        7,  // STREAM_SYSTEM_ENFORCED   
        15, // STREAM_DTMF   
        15  // STREAM_TTS   
    };  
/** @hide Maximum volume index values for audio streams */
    private int[] MAX_STREAM_VOLUME = new int[] {
        5,  // STREAM_VOICE_CALL
        7,  // STREAM_SYSTEM
        7,  // STREAM_RING
        15, // STREAM_MUSIC
        7,  // STREAM_ALARM
        7,  // STREAM_NOTIFICATION
        15, // STREAM_BLUETOOTH_SCO
        7,  // STREAM_SYSTEM_ENFORCED
        15, // STREAM_DTMF
        15  // STREAM_TTS
    };

由此可见，电话铃声可以有7个级别的音量，而音乐则可以有15个音量级别，java的代码通过jni，最后调用AudioPolicyManager的initStreamVolume()，把这个数组的内容传入AudioPolicyManager中，这样AudioPolicyManager也就记住了每一个音频流的音量级别。应用程序可以调用setStreamVolumeIndex设置各个音频流的音量级别，setStreamVolumeIndex会把这个整数的音量级别转化为适合人耳的对数级别，然后通过AudioPolicyService的AudioCommandThread，最终会将设置应用到AudioFlinger的相应的Track中。

音频策略管理

我想首先要搞清楚stream_type，device，strategy三者之间的关系：

AudioSystem::stream_type 音频流的类型，一共有10种类型
AudioSystem::audio_devices 音频输入输出设备，每一个bit代表一种设备，见前面的说明
AudioPolicyManager::routing_strategy 音频路由策略，可以有4种策略

getStrategy(stream_type)根据stream type，返回对应的routing strategy值，getDeviceForStrategy()则是根据routing strategy，返回可用的device。Android把10种stream type归纳为4种路由策略，然后根据路由策略决定具体的输出设备。

成员变量mOutputs

KeyedVector<audio_io_handle_t, AudioOutputDescriptor *> mOutputs;   // list of output descriptors  
KeyedVector<audio_io_handle_t, AudioOutputDescriptor *> mOutputs;   // list of output descriptors

这是AudioPolocyManager用管理输出的键值对向量（数组），通常AudioPolocyManager会打开3个输出句柄（audio_io_handle_t），关于audio_io_handle_t，请参考另一编博客：Android Audio System 之一：AudioTrack如何与AudioFlinger交换音频数据，它实际上就是AudioFlinger中某个PlaybackTread的ID。这3个句柄分别是：

mHardwareOutput // hardware output handler
mA2dpOutput // A2DP output handler
mDuplicatedOutput // duplicated output handler: outputs to hardware and A2DP

可以通过startOutput()把某一个stream type放入到相应的输出中。

popCount()

这个函数主要用来计算device变量中有多少个非0位（计算32位数种1的个数），例如该函数返回2，代表同时有两个device要处理。之所以特别介绍它，是因为这个函数的实现很有意思：

uint32_t AudioSystem::popCount(uint32_t u)   
{   
    u = ((u&0x55555555) + ((u>>1)&0x55555555));   
    u = ((u&0x33333333) + ((u>>2)&0x33333333));   
    u = ((u&0x0f0f0f0f) + ((u>>4)&0x0f0f0f0f));   
    u = ((u&0x00ff00ff) + ((u>>8)&0x00ff00ff));   
    u = ( u&0x0000ffff) + (u>>16);   
    return u;   
}  
uint32_t AudioSystem::popCount(uint32_t u)
{
    u = ((u&0x55555555) + ((u>>1)&0x55555555));
    u = ((u&0x33333333) + ((u>>2)&0x33333333));
    u = ((u&0x0f0f0f0f) + ((u>>4)&0x0f0f0f0f));
    u = ((u&0x00ff00ff) + ((u>>8)&0x00ff00ff));
    u = ( u&0x0000ffff) + (u>>16);
    return u;
}

不知道各位看懂了么？

AudioCommandThread

这是AudioPolicyService中的一个线程，主要用于处理音频设置相关的命令。包括：

START_TONE
STOP_TONE
SET_VOLUME
SET_PARAMETERS
SET_VOICE_VOLUME

每种命令的参数有相应的包装：

class ToneData
class VolumeData
class ParametersData
class VoiceVolumeData

START_TONE/STOP_TONE：播放电话系统中常用的特殊音调，例如：TONE_DTMF_0，TONE_SUP_BUSY等等。

SET_VOLUME：最终会调用AudioFlinger进行音量设置

SET_VOICE_VOLUME：最终会调用AudioFlinger进行电话音量设置

SET_PARAMETERS：通过一个KeyValuePairs形式的字符串进行参数设置，KeyValuePairs的格式可以这样：

"sampling_rate=44100"
"channels=2"
"sampling_rate=44100;channels=2" // 组合形式

这些KeyValuePairs可以通过AudioPolicyService的成员函数setParameters()传入。

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音量管理

音频策略管理

成员变量mOutputs

popCount()

AudioCommandThread

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AudioCommandThread

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