Android Audio System 之一：AudioTrack如何与AudioFlinger交换音频数据

引子

Android Framework的音频子系统中，每一个音频流对应着一个AudioTrack类的一个实例，每个AudioTrack会在创建时注册到AudioFlinger中，由AudioFlinger把所有的AudioTrack进行混合（Mixer），然后输送到AudioHardware中进行播放，目前Android的Froyo版本设定了同时最多可以创建32个音频流，也就是说，Mixer最多会同时处理32个AudioTrack的数据流。

如何使用AudioTrack

AudioTrack的主要代码位于 frameworks/base/media/libmedia/audiotrack.cpp中。现在先通过一个例子来了解一下如何使用AudioTrack，ToneGenerator是android中产生电话拨号音和其他音调波形的一个实现，我们就以它为例子：

ToneGenerator的初始化函数：

void ToneGenerator::audioCallback(int event, void* user, void *info) {
if (event != AudioTrack::EVENT_MORE_DATA) return;
AudioTrack::Buffer *buffer = static_cast<AudioTrack::Buffer *>(info);
ToneGenerator *lpToneGen = static_cast<ToneGenerator *>(user);
short *lpOut = buffer->i16;
unsigned int lNumSmp = buffer->size/sizeof(short);
const ToneDescriptor *lpToneDesc = lpToneGen->mpToneDesc;
if (buffer->size == 0) return;

// Clear output buffer: WaveGenerator accumulates into lpOut buffer
memset(lpOut, 0, buffer->size);
......
// 以下是产生音调数据的代码，略....
}

该函数首先判断事件的类型是否是EVENT_MORE_DATA，如果是，则后续的代码会填充相应的音频数据后返回，当然你可以处理其他事件，以下是可用的事件类型：

mpAudioTrack->start();

停止播放：

uint32_t audio_track_cblk_t::framesAvailable_l()
{
uint32_t u = this->user;
uint32_t s = this->server;
if (out) {
uint32_t limit = (s < loopStart) ? s : loopStart;
return limit + frameCount - u;
} else {
return frameCount + u - s;
}
}

framesReady()用于获取FIFO中可读取的空间大小。

uint32_t audio_track_cblk_t::stepUser(uint32_t frameCount)
{
uint32_t u = this->user;
u += frameCount;
......
if (u >= userBase + this->frameCount) {
userBase += this->frameCount;
}
this->user = u;
......
return u;
}

void* audio_track_cblk_t::buffer(uint32_t offset) const
{
return (int8_t *)this->buffers + (offset - userBase) * this->frameSize;
}

stepUser()和stepServer的作用是调整当前偏移的位置，可以看到，他们仅仅是把成员变量user或server的值加上需要移动的数量，user和server的值并不考虑FIFO的边界问题，随着数据的不停写入和读出，user和server的值不断增加，只要处理得当，user总是出现在server的后面，因此frameAvalible()和frameReady()中的算法才会一直成立。根据这种算法，user和server的值都可能大于FIFO的大小：framCount，那么，如何确定真正的写指针的位置呢？这里需要用到userBase这一成员变量，在stepUser()中，每当user的值越过(userBase+frameCount)，userBase就会增加frameCount，这样，映射到FIFO中的偏移总是可以通过(user-userBase)获得。因此，获得当前FIFO的写地址指针可以通过成员函数buffer()返回：

p = mClbk->buffer(mclbk->user);

在AudioTrack中，封装了两个函数：obtainBuffer()和releaseBuffer()操作FIFO，obtainBuffer()获得当前可写的数量和写指针的位置，releaseBuffer()则在写入数据后被调用，它其实就是简单地调用stepUser()来调整偏移的位置。

IMemory接口

在createTrack的过程中，AudioFlinger会根据传入的frameCount参数，申请一块内存，AudioTrack可以通过IAudioTrack接口的getCblk()函数获得指向该内存块的IMemory接口，然后AudioTrack通过该IMemory接口的pointer()函数获得指向该内存块的指针，这块内存的开始部分就是audio_track_cblk_t结构，紧接着是大小为frameSize的FIFO内存。

IMemory->pointer() ---->|_______________________________________________________

|__audio_track_cblk_t__|_______buffer of FIFO(size==frameCount)____|

看看AudioTrack的createTrack()的代码就明白了：

sp<IAudioTrack> track = audioFlinger->createTrack(getpid(),
streamType,
sampleRate,
format,
channelCount,
frameCount,
((uint16_t)flags) << 16,
sharedBuffer,
output,
&status);
// 得到IMemory接口
sp<IMemory> cblk = track->getCblk();
mAudioTrack.clear();
mAudioTrack = track;
mCblkMemory.clear();
mCblkMemory = cblk;
// 得到audio_track_cblk_t结构
mCblk = static_cast<audio_track_cblk_t*>(cblk->pointer());
// 该FIFO用于输出
mCblk->out = 1;
// Update buffer size in case it has been limited by AudioFlinger during track creation
mFrameCount = mCblk->frameCount;
if (sharedBuffer == 0) {
// 给FIFO的起始地址赋值
mCblk->buffers = (char*)mCblk + sizeof(audio_track_cblk_t);
} else {
..........
}