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Android Audio Driver基础_audio_platform_info

作者：2023面试高手 | 2024-03-26 19:13:07

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audio_platform_info

         Android Audio底层使用的是liunx alsa驱动，录制或播放或声音所需的基本硬件是音频芯片或声卡（Sound cards）, alsa声卡设备如下图所示:

1 Control      // 监听声卡上的一些音频流状态

2 Mixer          // 负责路由或混合声卡上的各种模拟信号

3 Pulse Code Modulation (PCM)         //负责音频流的录制及播放

  1. //获取系统支持的声卡 
  2. msmnile_gvmq:/ # cat /proc/asound/cards
  3.  
  4. // 获取系统支持的pcm设备节点
  5. msmnile_gvmq:/ # lsof /dev/snd/pcmC0D
  6. 定义说明例如：pcmC0D16c
  7. C0：card 0 ，声卡ID
  8. D16：device 16 ：音频设备 ID
  9. c：capture 支持录音
  10. p：playback 支持播音

  1. // 获取音频PCM设备详细描述
  2. msmnile_gvmq:/ # cat /proc/asound/pcm
  3. 00-00: MultiMedia1 (*) :  : playback 1 : capture 1 
  4. 00-01: MultiMedia2 (*) :  : playback 1 : capture 1 
  5. 00-02: VoiceMMode1 (*) :  : playback 1 : capture 1
  6. 定义说明例如：00-00: MultiMedia1 (*) : : playback 1 : capture 1
  7. 00：声卡ID
  8. 00：设备ID
  9. MultiMedia1 ：别称
  10. playback 1 ：播音
  11. capture 1 ： 录音

  1. // 查看当前占用snd相关音频设备 
  2. msmnile_gvmq:/ # lsof | grep snd 
  3. audio@2.0-servi 17112 audioserve  mem       REG             259,45     23948       1294 /vendor/lib/libsndmonitor.so 
  4. audio@2.0-servi 17112 audioserve    7u      CHR              116,2       0t0       8060 /dev/snd/controlC0 audio@2.0-servi 17112 audioserve    8u      CHR              116,2       0t0       8060 /dev/snd/controlC0 
  5. audio@2.0-servi 17112 audioserve   54u      CHR              116,2       0t0       8060 /dev/snd/controlC0 audio@2.0-servi 17112 audioserve   60u      CHR              116,3       0t0      14418 /dev/snd/pcmC0D0p

通道配置----映射usecase与pcm的关系

  1. 比如蓝牙电话录音，是走id为29的pcm
  2. // hardware/qcom/audio/configs/msmnile_au/audio_platform_info.xml 
  3. <usecase name="USECASE_AUDIO_HFP_SCO" type="in" id="29" /> 
  4. <usecase name="USECASE_AUDIO_HFP_SCO" type="out" id="29" /> 
  5. <usecase name="USECASE_AUDIO_HFP_SCO_WB" type="in" id="29" /> 
  6. <usecase name="USECASE_AUDIO_HFP_SCO_WB" type="out" id="29" /> 
  7.  
  8. ​
  9. 除了audio_platform_info.xml，pcm和usecase的默认映射是在
  10. vendor/qcom/opensource/audio-hal/primary-hal/hal/msm8974/platform.c#368
  11. ​

Mixer---用于 Audio route (FE to BE)

  1. // hardware/qcom/audio/configs/msmnile_au/mixer_paths_adp.xml 
  2. <path name="hfp-sco">      
  3.     <ctl name="AUX_PCM_RX Audio Mixer MultiMedia6" value="1" /> //value = 1 含义是开启
  4.     <ctl name="MultiMedia6 Mixer TERT_TDM_TX_0" value="1" /> 
  5. </path> 
  6.  
  7. 或mixer配置
  8. <!-- These are actual sound device specific mixer settings -->
  9. <path name="adc1">
  10.     <ctl name="AIF1_CAP Mixer SLIM TX7" value="1"/>
  11.     <ctl name="SLIM_0_TX Channels" value="One" />
  12.     <ctl name="SLIM TX7 MUX" value="DEC6" />
  13.     <ctl name="DEC6 MUX" value="ADC1" />
  14.     <ctl name="IIR1 INP1 MUX" value="DEC6" />
  15. </path>
  16.  
  17. 或音量调节
  18. <ctl name="DEC1 Volume" value="84" />

高通音频通路设置

简单描述下高通 HAL 层音频通路的连接流程，音频通路分为三大块：FE PCMs、BE DAIs、Devices，这三块均需要打开并串联起来才能完成一个音频通路的设置。

| Front End PCMs | SoC DSP | Back End DAIs | Audio devices |

*************
PCM0 <------------> * * <----DAI0-----> Codec Headset
* *
PCM1 <------------> * * <----DAI1-----> Codec Speakers/Earpiece
* DSP *
PCM2 <------------> * * <----DAI2-----> MODEM
* *
PCM3 <------------> * * <----DAI3-----> BT
* *
* * <----DAI4-----> DMIC
* *
* * <----DAI5-----> FM
*************

Front End PCMs：音频前端，一个前端对应着一个 PCM 设备。

FE PCMs 是在音频流打开时设置的，我们首先要了解一个音频流对应着一个 usecase，具体细节请参考：Android 音频系统：AudioTrack、AudioFlinger Threads、AudioHAL Usecases、AudioDriver PCMs

  1. usecase 通俗表示音频场景，对应着音频前端FE，比如：
  2. low_latency：按键音、触摸音、游戏背景音等低延时的放音场景
  3. deep_buffer：音乐、视频等对时延要求不高的放音场景
  4. compress_offload：mp3、flac、aac等格式的音源播放场景，这种音源不需要软件解码，直接把数据送到硬件解码器（aDSP），由硬件解码器（aDSP）进行解码
  5. record：普通录音场景
  6. record_low_latency：低延时的录音场景
  7. voice_call：语音通话场景
  8. voip_call：网络通话场景

  1. start_output_stream() 代码分析：
  2.  
  3. // 根据 usecase 找到对应 FE PCM id
  4. int platform_get_pcm_device_id(audio_usecase_t usecase, int device_type)
  5. {
  6. int device_id = -1;
  7. if (device_type == PCM_PLAYBACK)
  8. device_id = pcm_device_table[usecase][0];
  9. else
  10. device_id = pcm_device_table[usecase][1];
  11. return device_id;
  12. }
  13.  
  14. int start_output_stream(struct stream_out *out)
  15. {
  16. int ret = 0;
  17. struct audio_usecase *uc_info;
  18. struct audio_device *adev = out->dev;
  19.  
  20. // 根据 usecase 找到对应 FE PCM id
  21. out->pcm_device_id = platform_get_pcm_device_id(out->usecase, PCM_PLAYBACK);
  22. if (out->pcm_device_id < 0) {
  23. ALOGE("%s: Invalid PCM device id(%d) for the usecase(%d)",
  24. __func__, out->pcm_device_id, out->usecase);
  25. ret = -EINVAL;
  26. goto error_open;
  27. }
  28.  
  29. // 为这个音频流新建一个 usecase 实例
  30. uc_info = (struct audio_usecase *)calloc(1, sizeof(struct audio_usecase));
  31.  
  32. if (!uc_info) {
  33. ret = -ENOMEM;
  34. goto error_config;
  35. }
  36.  
  37. uc_info->id = out->usecase; // 音频流对应的 usecase
  38. uc_info->type = PCM_PLAYBACK; // 音频流的流向
  39. uc_info->stream.out = out;
  40. uc_info->devices = out->devices; // 音频流的初始设备
  41. uc_info->in_snd_device = SND_DEVICE_NONE;
  42. uc_info->out_snd_device = SND_DEVICE_NONE;
  43. list_add_tail(&adev->usecase_list, &uc_info->list); // 把新建的 usecase 实例添加到链表中
  44.  
  45. // 根据 usecase、out->devices，为音频流选择相应的音频设备
  46. select_devices(adev, out->usecase);
  47.  
  48. ALOGV("%s: Opening PCM device card_id(%d) device_id(%d) format(%#x)",
  49. __func__, adev->snd_card, out->pcm_device_id, out->config.format);
  50. if (!is_offload_usecase(out->usecase)) {
  51. unsigned int flags = PCM_OUT;
  52. unsigned int pcm_open_retry_count = 0;
  53. if (out->usecase == USECASE_AUDIO_PLAYBACK_AFE_PROXY) {
  54. flags |= PCM_MMAP | PCM_NOIRQ;
  55. pcm_open_retry_count = PROXY_OPEN_RETRY_COUNT;
  56. } else if (out->realtime) {
  57. flags |= PCM_MMAP | PCM_NOIRQ;
  58. } else
  59. flags |= PCM_MONOTONIC;
  60.  
  61. while (1) {
  62. // 打开 FE PCM
  63. out->pcm = pcm_open(adev->snd_card, out->pcm_device_id,
  64. flags, &out->config);
  65. if (out->pcm == NULL || !pcm_is_ready(out->pcm)) {
  66. ALOGE("%s: %s", __func__, pcm_get_error(out->pcm));
  67. if (out->pcm != NULL) {
  68. pcm_close(out->pcm);
  69. out->pcm = NULL;
  70. }
  71. if (pcm_open_retry_count-- == 0) {
  72. ret = -EIO;
  73. goto error_open;
  74. }
  75. usleep(PROXY_OPEN_WAIT_TIME * 1000);
  76. continue;
  77. }
  78. break;
  79. }
  80.  
  81.  
  82. 语音通话的情景有所不同，它不是传统意义的音频流，流程大概是这样的：
  83. 进入通话时，上层会先设置音频模式为 AUDIO_MODE_IN_CALL（HAL 接口是 adev_set_mode()），再传入音频设备 routing=$device（HAL 接口是 out_set_parameters()）
  84. out_set_parameters() 中检查音频模式是否为 AUDIO_MODE_IN_CALL，是则调用 voice_start_call() 打开语音通话的 FE_PCM


Back End DAIs：音频后端，一个后端对应着一个 DAI 接口，一个 FE PCM 能够连接到一个或多个 BE DAI

  1. SLIM_BUS
  2. Aux_PCM
  3. Primary_MI2S
  4. Secondary_MI2S
  5. Tertiary_MI2S
  6. Quatermary_MI2S


Audio Device：有 headset、speaker、earpiece、mic、bt、modem 等；不同的设备可能与不同的 DAI 接口连接，也可能与同一个 DAI 接口连接

  1. device 表示音频端点设备，包括输出端点（如 speaker、headphone、earpiece）和输入端点（如 headset-mic、builtin-mic）。高通 HAL 对音频设备做了扩展，比如 speaker 分为：
  2.  
  3. SND_DEVICE_OUT_SPEAKER：普通的外放设备
  4. SND_DEVICE_OUT_SPEAKER_PROTECTED：带保护的外放设备
  5. SND_DEVICE_OUT_VOICE_SPEAKER：普通的通话免提设备
  6. SND_DEVICE_OUT_VOICE_SPEAKER_PROTECTED：带保护的通话免提设备

  1. 详见 platform.h 音频设备定义，下面仅列举一部分：
  2.  
  3. /* Sound devices specific to the platform
  4. * The DEVICE_OUT_* and DEVICE_IN_* should be mapped to these sound
  5. * devices to enable corresponding mixer paths
  6. */
  7. enum {
  8. SND_DEVICE_NONE = 0,
  9.  
  10. /* Playback devices */
  11. SND_DEVICE_MIN,
  12. SND_DEVICE_OUT_BEGIN = SND_DEVICE_MIN,
  13. SND_DEVICE_OUT_HANDSET = SND_DEVICE_OUT_BEGIN,
  14. SND_DEVICE_OUT_SPEAKER,
  15. SND_DEVICE_OUT_HEADPHONES,
  16. SND_DEVICE_OUT_HEADPHONES_DSD,
  17. SND_DEVICE_OUT_SPEAKER_AND_HEADPHONES,
  18. SND_DEVICE_OUT_SPEAKER_AND_LINE,
  19. SND_DEVICE_OUT_VOICE_HANDSET,
  20. SND_DEVICE_OUT_VOICE_SPEAKER,
  21. SND_DEVICE_OUT_VOICE_HEADPHONES,
  22. SND_DEVICE_OUT_VOICE_LINE,
  23. SND_DEVICE_OUT_HDMI,
  24. SND_DEVICE_OUT_DISPLAY_PORT,
  25. SND_DEVICE_OUT_BT_SCO,
  26. SND_DEVICE_OUT_BT_A2DP,
  27. SND_DEVICE_OUT_SPEAKER_AND_BT_A2DP,
  28. SND_DEVICE_OUT_AFE_PROXY,
  29. SND_DEVICE_OUT_USB_HEADSET,
  30. SND_DEVICE_OUT_USB_HEADPHONES,
  31. SND_DEVICE_OUT_SPEAKER_AND_USB_HEADSET,
  32. SND_DEVICE_OUT_SPEAKER_PROTECTED,
  33. SND_DEVICE_OUT_VOICE_SPEAKER_PROTECTED,
  34. SND_DEVICE_OUT_END,
  35.  
  36. /* Capture devices */
  37. SND_DEVICE_IN_BEGIN = SND_DEVICE_OUT_END,
  38. SND_DEVICE_IN_HANDSET_MIC = SND_DEVICE_IN_BEGIN, // 58
  39. SND_DEVICE_IN_SPEAKER_MIC,
  40. SND_DEVICE_IN_HEADSET_MIC,
  41. SND_DEVICE_IN_VOICE_SPEAKER_MIC,
  42. SND_DEVICE_IN_VOICE_HEADSET_MIC,
  43. SND_DEVICE_IN_BT_SCO_MIC,
  44. SND_DEVICE_IN_CAMCORDER_MIC,
  45. SND_DEVICE_IN_END,
  46.  
  47. SND_DEVICE_MAX = SND_DEVICE_IN_END,
  48. };
  49.  
  50.  
  51. 扩展这么多是为了方便设置 acdb id，比如外放和通话免提虽然都用了同样的喇叭设备，
  52. 但是这两种情景会使用不同的算法，因此需要设置不同的 acdb id 到 aDSP，
  53. 区分 SND_DEVICE_OUT_SPEAKER 和 SND_DEVICE_OUT_VOICE_SPEAKER 是为了匹配到各自的 acdb id。

由于高通 HAL 定义的音频设备与 Android Framework 定义的不一致，所以在高通 HAL 中会根据音频场景对框架层传入的音频设备进行转换，详见：

platform_get_output_snd_device()
platform_get_input_snd_device()
在高通 HAL 中，我们只看到 usecase（即 FE PCM）和 device，device 和 BE DAI 是“多对一”的关系，device 连接着唯一的 BE DAI（反过来就不成立了，BE DAI 可能连接着多个 device），所以确定了 device 也就能确定所连接的 BE DAI。

路由选择

  1. 我们在 mixer_pahts.xml 中看到 usecase 相关的通路：
  2.  
  3. <path name="deep-buffer-playback speaker">
  4. <ctl name="QUAT_MI2S_RX Audio Mixer MultiMedia1" value="1" />
  5. </path>
  6.  
  7. <path name="deep-buffer-playback headphones">
  8. <ctl name="TERT_MI2S_RX Audio Mixer MultiMedia1" value="1" />
  9. </path>
  10.  
  11. <path name="deep-buffer-playback earphones">
  12. <ctl name="QUAT_MI2S_RX Audio Mixer MultiMedia1" value="1" />
  13. </path>
  14.  
  15. <path name="low-latency-playback speaker">
  16. <ctl name="QUAT_MI2S_RX Audio Mixer MultiMedia5" value="1" />
  17. </path>
  18.  
  19. <path name="low-latency-playback headphones">
  20. <ctl name="TERT_MI2S_RX Audio Mixer MultiMedia5" value="1" />
  21. </path>
  22.  
  23. <path name="low-latency-playback earphones">
  24. <ctl name="QUAT_MI2S_RX Audio Mixer MultiMedia5" value="1" />
  25. </path>

这些通路其实就是连接 usecase、device 之间的路由。比如 “deep-buffer-playback speaker” 是连接 deep-buffer-playback FE PCM、speaker Device 之间的路由，打开 “deep-buffer-playback speaker”，则把 deep-buffer-playback FE PCM 和 speaker Device 连接起来；关闭 “deep-buffer-playback speaker”，则断开 deep-buffer-playback FE PCM 和 speaker Device 的连接。

之前提到“device 连接着唯一的 BE DAI，确定了 device 也就能确定所连接的 BE DAI”，因此这些路由通路其实都隐含着 BE DAI 的连接：FE PCM 并非直接到 device 的，而是 FE PCM 先连接到 BE DAI，BE DAI 再连接到 device。这点有助于理解路由控件，路由控件面向的是 FE PCM 和 BE DAI 之间的连接，回放类型的路由控件名称一般是： $BE_DAI Audio Mixer $FE_PCM，录制类型的路由控件名称一般是：$FE_PCM Audio Mixer $BE_DAI，这很容易分辨。

例如 “deep-buffer-playback speaker” 通路中的路由控件：

<ctl name="QUAT_MI2S_RX Audio Mixer MultiMedia1" value="1" />
MultiMedia1：deep_buffer usacase 对应的 FE PCM
QUAT_MI2S_RX：speaker device 所连接的 BE DAI
Audio Mixer：表示 DSP 路由功能
value：1 表示连接，0 表示断开连接
这个控件的意思是：把 MultiMedia1 PCM 与 QUAT_MI2S_RX DAI 连接起来。这个控件并没有指明 QUAT_MI2S_RX DAI 与 speaker device 之间的连接，因为 BE DAIs 与 Devices 之间并不需要路由控件，如之前所强调”device 连接着唯一的 BE DAI，确定了 device 也就能确定所连接的 BE DAI“。

路由控件的开关不仅仅影响 FE PCMs、BE DAIs 的连接或断开，同时会使能或禁用 BE DAIs，要深入理解这点的话需要去研究 ALSA DPCM（Dynamic PCM） 机制，这里稍作了解即可。

路由操作函数是 enable_audio_route()/disable_audio_route()，这两个函数名称很贴合，控制 FE PCMs 与 BE DAIs 的连接或断开。

alsa调试命令

tinymix

可进行通道切换或配置

tinycap

录音命令，使用命令前先用 tinymix 切换到音频通道

  1. tinycap /sdcard/test.pcm -D 0 -d 0 -c 4 -r 48000 -b 32 -p 768 -n 10 
  2. -D  card    声卡
  3. -d  device  设备
  4. -c  channels  通道 
  5. -r  rate   采样率 
  6. -b  bits   pcm 位宽 
  7. -p  period_size   一次中断的帧数 
  8. -n  n_periods     周期数

使用示例

  1. //要先使用tinymix进行通道配置 
  2. tinymix "MultiMedia2 Mixer QUAT_TDM_TX_0" 1 
  3. tinycap /data/test.wav -c 8 -d 1

tinyplay

播音命令，使用示例

  1. //要先使用tinymix进行通道配置 
  2. tinymix "QUAT_TDM_RX_0 Channels" "Two" 
  3. tinymix "QUAT_TDM_RX_0 Audio Mixer MultiMedia1" "1" 
  4. tinyplay /sdcard/Music/LoveYou.wav

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