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<html devsite><head>
<title>AAudio 和 MMAP</title>
<meta name="project_path" value="/_project.yaml"/>
<meta name="book_path" value="/_book.yaml"/>
</head>
<body>
<!--
Copyright 2017 The Android Open Source Project
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WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
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limitations under the License.
-->
<p>
AAudio 是在 Android 8.0 版本中引入的一种音频 API。Android 8.1 版本具有增强功能，可在与支持 MMAP 的 HAL 和驱动程序结合使用时缩短延迟时间。本文档说明了需要进行哪些硬件抽象层 (HAL) 及驱动程序方面的更改才能在 Android 中支持 AAudio 的 MMAP 功能。
</p>
<p>
要支持 AAudio MMAP，须执行以下操作：</p>
<ul>
<li>报告 HAL 的 MMAP 功能</li><li>在 HAL 中实现新功能</li><li>为“专有”模式缓冲区实现自定义 ioctl()（可选）</li><li>提供一个额外的硬件数据路径</li>
<li>设置用于启用 MMAP 功能的系统属性</li>
</ul>
<aside class="note"><strong>注意：</strong>请仅在 Android O MR1 或更高版本上启用 MMAP 功能。</aside>
<h2 id="aaudio-architecture">AAudio 架构</h2>
<p>
<a href="https://developer.android.com/ndk/guides/audio/aaudio/aaudio.html">AAudio</a> 是一种新的本地 C API，可提供 Open SL ES 的替代方案。它使用“生成器”设计模式来创建音频流。
</p>
<p>
AAudio 提供了一个低延迟数据路径。在“专有”模式下，该功能可让客户端应用代码直接写入到与 ALSA 驱动程序共享的内存映射缓冲区。在“共享”模式下，MMAP 缓冲区由在 AudioServer 中运行的混音器使用。在“专有”模式下，由于数据会绕过混音器，延迟时间会明显缩短。
</p>
<p>
在“专有”模式下，服务可从 HAL 请求 MMAP 缓冲区并管理资源。MMAP 缓冲区会在 NOIRQ 模式下运行，因此没有共享的读/写计数器可用来管理对缓冲区的访问权限。相反，客户端会维护硬件的计时模型，并预测将在何时读取缓冲区。
</p>
<p>
在下图中，我们可以看到脉冲编码调制 (PCM) 数据通过 MMAP FIFO 向下流入 ALSA 驱动程序。AAudio 服务会定期请求时间戳，然后通过原子消息队列将其传递给客户端的计时模型。
</p>
<figure id="pcm-data-flow">
<img src="/devices/audio/images/pcm_data_flow.png" width="630" alt="PCM 数据流图。"/>
<figcaption><b>图 1.</b> PCM 数据通过 FIFO 流向 ALSA</figcaption>
</figure>
<p>
在“共享”模式下，也会用到计时模型，但它位于 AAudioService 中。
</p>
<p>
在音频捕获过程中，会用到类似的模型，但 PCM 数据会以相反方向流动。
</p>
<h2 id="hal-changes">HAL 变更</h2>
<p>
对于 tinyALSA，请参阅：</p>
<pre class="prettyprint">
external/tinyalsa/include/tinyalsa/asoundlib.h
external/tinyalsa/include/tinyalsa/pcm.c
</pre>
<pre class="prettyprint">
int pcm_start(struct pcm *pcm);
int pcm_stop(struct pcm *pcm);
int pcm_mmap_begin(struct pcm *pcm, void **areas,
unsigned int *offset,
unsigned int *frames);
int pcm_get_poll_fd(struct pcm *pcm);
int pcm_mmap_commit(struct pcm *pcm, unsigned int offset,
unsigned int frames);
int pcm_mmap_get_hw_ptr(struct pcm* pcm, unsigned int *hw_ptr,
struct timespec *tstamp);
</pre>
<p>
对于旧版 HAL，请参阅：</p>
<pre class="prettyprint">
hardware/libhardware/include/hardware/audio.h
hardware/qcom/audio/hal/audio_hw.c
</pre>
<pre class="prettyprint">
int start(const struct audio_stream_out* stream);
int stop(const struct audio_stream_out* stream);
int create_mmap_buffer(const struct audio_stream_out *stream,
int32_t min_size_frames,
struct audio_mmap_buffer_info *info);
int get_mmap_position(const struct audio_stream_out *stream,
struct audio_mmap_position *position);
</pre>
<p>
对于 HIDL 音频 HAL：</p>
<pre class="prettyprint">
hardware/interfaces/audio/2.0/IStream.hal
hardware/interfaces/audio/2.0/types.hal
hardware/interfaces/audio/2.0/default/Stream.h
</pre>
<pre class="prettyprint">
start() generates (Result retval);
stop() generates (Result retval) ;
createMmapBuffer(int32_t minSizeFrames)
generates (Result retval, MmapBufferInfo info);
getMmapPosition()
generates (Result retval, MmapPosition position);
</pre>
<h3 id="reporting-mmap-support">报告 MMAP 支持</h3>
<p>
系统属性“aaudio.mmap_policy”应设置为 2 (AAUDIO_POLICY_AUTO)，以便音频框架知道音频 HAL 支持 MMAP 模式（请参阅下面的“启用 AAudio MMAP 数据路径”）。
</p>
<p>
audio_policy_configuration.xml 文件还必须包含特定于 MMAP/NO IRQ 模式的输出和输入配置文件，以便音频政策管理器得知要在创建 MMAP 客户端时打开的流：</p>
<pre class="prettyprint">
<mixPort name="mmap_no_irq_out" role="source"
flags="AUDIO_OUTPUT_FLAG_DIRECT|AUDIO_OUTPUT_FLAG_MMAP_NOIRQ">
<profile name="" format="AUDIO_FORMAT_PCM_16_BIT"
samplingRates="48000"
channelMasks="AUDIO_CHANNEL_OUT_STEREO"/>
</mixPort>
<mixPort name="mmap_no_irq_in" role="sink" flags="AUDIO_INPUT_FLAG_MMAP_NOIRQ">
<profile name="" format="AUDIO_FORMAT_PCM_16_BIT"
samplingRates="48000"
channelMasks="AUDIO_CHANNEL_IN_STEREO"/>
</mixPort>
</pre>
<h3 id="opening-and-closing-an-mmap-stream">打开和关闭 MMAP 流</h3>
<pre class="prettyprint">
createMmapBuffer(int32_t minSizeFrames)
generates (Result retval, MmapBufferInfo info);
</pre>
<p>
调用 Tinyalsa 函数可以打开和关闭 MMAP 流。
</p>
<h3 id="querying-mmap-position">查询 MMAP 位置</h3>
<p>
传回到计时模型的时间戳包含帧位置和 MONOTONIC 时间（以纳秒为单位）：</p>
<pre class="prettyprint">
getMmapPosition()
generates (Result retval, MmapPosition position);
</pre>
<p>
HAL 可以通过调用新 Tinyalsa 函数从 ALSA 驱动程序中获取此信息：</p>
<pre class="prettyprint">
int pcm_mmap_get_hw_ptr(struct pcm* pcm,
unsigned int *hw_ptr,
struct timespec *tstamp);
</pre>
<h2 id="kernel-changes">内核变更</h2>
<p>
在驱动程序中启用 MMAP/NOIRQ 模式。
</p>
<p>
您可以使用由 ALSA 驱动程序生成的文件描述符引用共享内存。如果文件描述符直接与 <code>/dev/snd/</code> 驱动程序文件关联，则可用于“共享”模式下的 AAudio 服务。但是对于“专有”模式，则无法将此描述符传递给客户端代码。<code>/dev/snd/</code> 文件描述符会提供过于宽泛的客户端访问权限，因此 SELinux 会将其屏蔽。
</p>
<p>
要支持“专有”模式，需将 <code>/dev/snd/</code> 描述符转换为 <code>anon_inode:dmabuffer</code> 文件描述符。SELinux 允许将此文件描述符传递给客户端。该文件描述符也可用于 AAudioService。
</p>
<p>
可使用 Android Ion 内存库生成 <code>anon_inode:dmabuffer</code> 文件描述符。
</p>
<p>
有关更多信息，请参阅下列外部资源：</p>
<ol>
<li>“Android ION 内存分配器”<a href="https://lwn.net/Articles/480055/">https://lwn.net/Articles/480055/</a>
</li><li>“Android ION 概览”<a href="https://wiki.linaro.org/BenjaminGaignard/ion">https://wiki.linaro.org/BenjaminGaignard/ion</a>
</li><li>“集成 ION 内存分配器”<a href="https://lwn.net/Articles/565469/">https://lwn.net/Articles/565469/</a></li>
</ol>
<p>
AAudio 服务需要了解 <code>anon_inode:dmabuffer</code> 是否受支持。目前，验证是否受支持的唯一方法是将 MMAP 缓冲区大小传递为负数（例如 -2048 而非 2048；如果支持的话）。我们已经在规划不必打开流即可报告此信息的更佳方法。
</p>
<h2 id="audio-subsystem-changes">音频子系统变更</h2>
<p>
AAudio 在音频子系统的音频前端需要一个额外的数据路径，以便它可以与原始 AudioFlinger 路径并行运行。旧路径用于所有其他系统声音和应用声音。该功能可由 DSP 中的软件混音器或由 SOC 中的硬件混音器提供。</p>
<h2 id="enabling-aaudio-mmap-data-path">启用 AAudio MMAP 数据路径</h2>
<p>
如果 MMAP 不受支持或无法打开流，AAudio 将使用旧的 AudioFlinger 数据路径。因此，AAudio 将可用于不支持 MMAP/NOIRQ 路径的音频设备。
</p>
<p>
在测试 AAudio 的 MMAP 支持功能时，了解您是在实际测试 MMAP 数据路径还是仅测试旧的数据路径这一点尤为重要。下面介绍了如何启用或强制执行特定数据路径，以及如何查询流所使用的路径。
</p>
<h3 id="system-properties">系统属性</h3>
<p>
您可以通过系统属性设置 MMAP 政策：</p>
<ul>
<li>1 = AAUDIO_POLICY_NEVER - 仅使用旧的路径，甚至不要尝试使用 MMAP。</li><li>2 = AAUDIO_POLICY_AUTO - 尝试使用 MMAP。如果此操作失败或 MMAP 不可用，则使用旧路径。
</li><li>3 = AAUDIO_POLICY_ALWAYS - 仅使用 MMAP 路径。不返回到旧路径。</li>
</ul>
<p>
您可以在设备 Makefile 中设置这些项，如下所示：</p>
<pre class="prettyprint">
# Enable AAudio MMAP/NOIRQ data path.
# 2 is AAUDIO_POLICY_AUTO so it will try MMAP then fallback to Legacy path.
PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += aaudio.mmap_policy=2
# Allow EXCLUSIVE then fall back to SHARED.
PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES += aaudio.mmap_exclusive_policy=2
</pre>
<p>
您也可以在设备启动后替换这些值。
您需要重新启动 audioserver 才能使更改生效。
例如，要为 MMAP 启用“自动”模式，请输入以下内容：
</p>
<pre class="devsite-terminal devsite-click-to-copy">
adb root
</pre>
<pre class="devsite-terminal devsite-click-to-copy">
adb shell setprop aaudio.mmap_policy 2
</pre>
<pre class="devsite-terminal devsite-click-to-copy">
adb shell killall audioserver
</pre>
<p>
<code>ndk/sysroot/usr/include/aaudio/AAudioTesting.h</code> 中提供了一些函数，可让您替换使用 MMAP 路径的政策：
</p>
<pre class="prettyprint">aaudio_result_t AAudio_setMMapPolicy(aaudio_policy_t policy);
</pre>
<p>
要了解某个流是否使用 MMAP 路径，请调用：
</p>
<pre class="prettyprint">bool AAudioStream_isMMapUsed(AAudioStream* stream);
</pre>
</body></html>
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