AAudio 和 MMAP

AAudio 是在 Android 8.0 版本中導入的音訊 API。Android 8.1 版本強化了與 HAL 搭配使用時的延遲時間 以及支援 MMAP 的驅動程式本文件說明硬體抽象化機制 為了支援 AAudio 的 MMAP 功能，就需要變更圖層 (HAL) 及驅動程式 Android。

如要使用 AAudio MMAP 支援功能：

  • 回報 HAL 的 MMAP 功能
  • 在 HAL 中實作新函式
  • 選擇性針對 EXCLUSIVE 模式緩衝區實作自訂 ioctl()
  • 提供了額外的硬體資料路徑
  • 設定可啟用 MMAP 功能的系統屬性
，瞭解如何調查及移除這項存取權。

AAudio 架構

AAudio 是全新的原生 C API，提供 Open SL ES 的替代方案。該公式採用 建立音訊串流的建構工具設計模式。

AAudio 提供低延遲資料路徑。功能處於「專屬」模式 允許用戶端應用程式程式碼直接將寫入記憶體對應的緩衝區 並與 ALSA 驅動程式分享在共用模式下，MMAP 緩衝區會用於 在 AudioServer 中執行的混合程式。在「專屬」模式下，延遲時間會縮短 可大幅降低，因為資料會略過混合器。

在「獨家」模式下，服務會向 HAL 要求 MMAP 緩衝區，並加以管理 專案。MMAP 緩衝區正以 NOIRQ 模式執行，因此並未共用 讀取/寫入計數器，以管理緩衝區的存取權。相反 維護硬體的時間模型，並預測緩衝區何時 讀取。

下圖顯示脈衝程式碼調變 (PCM) 資料流動 然後透過 MMAP FIFO 進入 ALSA 驅動程式。時間戳記會定期 然後傳遞至用戶端的時間模型 透過不可分割的訊息佇列傳送

PCM 資料流程圖。
圖 1. PCM 資料透過 FIFO 傳輸至 ALSA

在共用模式中，也會使用時間模型，但該模型位於 AAudioService 中。

音訊擷取作業會採用類似的模型，但 PCM 資料則會在 就會顯示反向的閃光效果

HAL 變更

針對 tinyALSA，請參閱： 

external/tinyalsa/include/tinyalsa/asoundlib.h
external/tinyalsa/include/tinyalsa/pcm.c
 
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);

如果是舊版 HAL，請參閱： 

hardware/libhardware/include/hardware/audio.h
hardware/qcom/audio/hal/audio_hw.c
 
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);

HIDL 音訊 HAL： 

hardware/interfaces/audio/2.0/IStream.hal
hardware/interfaces/audio/2.0/types.hal
hardware/interfaces/audio/2.0/default/Stream.h
 
start() generates (Result retval);
stop() generates (Result retval) ;
createMmapBuffer(int32_t minSizeFrames)
       generates (Result retval, MmapBufferInfo info);
getMmapPosition()
       generates (Result retval, MmapPosition position);

回報 MMAP 支援

系統屬性「aaudio.mmap_policy」應設為 2 (AAUDIO_POLICY_AUTO)，這樣 音訊架構知道音訊 HAL 支援 MMAP 模式。(請參閱 「啟用 AAudio MMAP 資料路徑」)。

Audio_policy_configuration.xml 檔案也須包含輸出和輸入內容 MMAP/沒有 IRQ 模式專用的設定檔，讓音訊政策管理工具瞭解 MMAP 用戶端建立時要開啟的串流： 

<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>

開啟及關閉 MMAP 串流

createMmapBuffer(int32_t minSizeFrames)
            generates (Result retval, MmapBufferInfo info);

您可以呼叫 Tinyalsa 函式來開啟及關閉 MMAP 串流。

查詢 MMAP 位置

回傳到時間模型的時間戳記包含了影格位置， 單一時間 (以奈秒為單位)： 

getMmapPosition()
        generates (Result retval, MmapPosition position);

HAL 可以透過呼叫新的 Tinyalsa 函式： 

int pcm_mmap_get_hw_ptr(struct pcm* pcm,
                        unsigned int *hw_ptr,
                        struct timespec *tstamp);

共用記憶體的檔案描述元

AAudio MMAP 資料路徑使用記憶體區域， 硬體和音訊服務使用檔案描述元參照共用記憶體 由 ALSA 驅動程式產生的值

核心變更

如果檔案描述元與 /dev/snd/ 驅動程式檔案，則 AAudio 服務才能在以下位置使用該檔案： 共用模式。不過，描述元無法傳遞至 專屬模式。/dev/snd/ 檔案描述元也會提供 因此用戶端無法存取，因此遭到 SELinux 封鎖。

如要支援「專屬」模式，就必須將 將 /dev/snd/ 描述元至 anon_inode:dmabuf 檔案 描述元SELinux 允許將檔案描述元傳送至用戶端。這項服務 也可供 AAudioService 使用。

anon_inode:dmabuf 檔案描述元可以使用 Android Ion 記憶體庫。

詳情請參閱下列外部資源：

  1. 「Android ION 記憶體配置器」https://lwn.net/Articles/480055/
  2. 「Android ION 總覽」https://wiki.linaro.org/BenjaminGaignard/ion
  3. 「整合 ION 記憶體配置器」https://lwn.net/Articles/565469/

HAL 變更

AAudio 服務必須確認這個 anon_inode:dmabuf 是否為 支援。在 Android 10.0 之前，唯一方法就是傳遞 MMAP 的大小 視為負數，例如-2048 (如支援) 而非 2048。Android 10.0 以上版本 也可以設定 AUDIO_MMAP_APPLICATION_SHAREABLE 旗標 

mmapBufferInfo |= AUDIO_MMAP_APPLICATION_SHAREABLE;

音訊子系統變更

在音訊的前端位置，AAudio 需要額外的資料路徑 子系統，讓它能與原始 AudioFlinger 路徑平行運作。 這個舊版路徑會用於所有其他系統音效和應用程式音效。 這項功能可能由 DSP 或硬體中的軟體混合器提供 也就是 SOC 中的混合器。

啟用 AAudio MMAP 資料路徑

如果不支援 MMAP 或不支援 MMAP，AAudio 會使用舊版 AudioFlinger 資料路徑。 無法開啟串流。因此，AAudio 能夠與不支援這項功能的音訊裝置搭配使用 支援 MMAP/NOIRQ 路徑。

測試 AAudio 對 MMAP 的支援時，請務必確認自己是否 測試 MMAP 資料路徑，或只是測試舊版資料路徑。 以下說明如何啟用或強制啟用特定資料路徑，以及如何查詢 是串流使用的路徑

系統屬性

您可以透過系統屬性設定 MMAP 政策：

  • 1 = AAUDIO_POLICY_NEVER - 僅使用舊版路徑。請勿甚至嘗試使用 MMAP。
  • 2 = AAUDIO_POLICY_AUTO - 嘗試使用 MMAP。如果無效或無法使用 然後使用舊版路徑
  • 3 = AAUDIO_POLICY_ALWAYS - 僅使用 MMAP 路徑。不要改回使用舊版服務 路徑。

這些設定可能會在裝置 Makefile 中設定，如下所示： 

# 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

您也可以在裝置啟動後覆寫這些值。 您必須重新啟動音訊伺服器，變更才會生效。 例如，若要啟用 MMAP 的自動模式： 

adb root

adb shell setprop aaudio.mmap_policy 2

adb shell killall audioserver

您可以在 「ndk/sysroot/usr/include/aaudio/AAudioTesting.h」可讓您 使用 MMAP 路徑覆寫政策： 

aaudio_result_t AAudio_setMMapPolicy(aaudio_policy_t policy);

如要確認串流是否使用 MMAP 路徑，請呼叫： 

bool AAudioStream_isMMapUsed(AAudioStream* stream);