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AAudio 和 MMAP

AAudio 是 Android 8.0 版本中推出的音訊 API，Android 8.1 版本經過強化，可與支援 MMAP 的 HAL 和驅動程式搭配使用，從而縮短延遲時間。本文說明在 Android 中支援 AAudio 的 MMAP 功能所需的硬體抽象層 (HAL) 和驅動程式變更。

如要支援 AAudio MMAP，您必須：

回報 HAL 的 MMAP 功能
在 HAL 中實作新函式
可選擇為 EXCLUSIVE 模式緩衝區實作自訂 ioctl()
提供額外的硬體資料路徑
設定啟用 MMAP 功能的系統屬性

AAudio 架構

AAudio 是新的原生 C API，可做為 Open SL ES 的替代方案。它會使用建構工具設計模式建立音訊串流。

AAudio 提供低延遲資料路徑。在 EXCLUSIVE 模式中，這項功能可讓用戶端應用程式程式碼直接寫入與 ALSA 驅動程式共用的記憶體對應緩衝區。在共用模式中，AudioServer 中執行的調節器會使用 MMAP 緩衝區。在 EXCLUSIVE 模式中，由於資料會略過混合器，因此延遲時間會大幅減少。

在 EXCLUSIVE 模式中，服務會向 HAL 要求 MMAP 緩衝區，並管理資源。MMAP 緩衝區會在 NOIRQ 模式下執行，因此沒有共用讀取/寫入計數器可管理緩衝區存取權。而是由用戶端維護硬體的時間模型，並預測緩衝區何時會讀取。

在下圖中，我們可以看到脈衝編碼調變 (PCM) 資料透過 MMAP FIFO 流向 ALSA 驅動程式。AAudio 服務會定期要求時間戳記，然後透過原子訊息佇列將其傳遞至用戶端的時間控管模型。

PCM 資料流程圖。 — **圖 1.** PCM 資料流經 FIFO 傳送至 ALSA

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

對於音訊擷取，則會使用類似的模型，但 PCM 資料會以相反方向流動。

HAL 變更

如要瞭解 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);

如需舊版 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);

針對 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)，讓音訊架構知道音訊 HAL 支援 MMAP 模式。(請參閱下方的「啟用 AAudio MMAP 資料路徑」)。

audio_policy_configuration.xml 檔案也必須包含專屬於 MMAP/NO IRQ 模式的輸出和輸入設定檔，以便 Audio Policy Manager 在建立 MMAP 用戶端時，知道要開啟哪個串流：

<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

傳回至時間設定模型的時間戳記包含影格位置和以奈秒為單位的 MONOTONIC 時間：

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

HAL 可以呼叫新的 Tinyalsa 函式，從 ALSA 驅動程式取得這項資訊：

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 資料路徑會使用硬體和音訊服務之間共用的記憶體區域。系統會使用由 ALSA 驅動程式產生的檔案描述元參照共用記憶體。

核心變更

如果檔案描述項直接與 /dev/snd/ 驅動程式檔案相關聯，AAudio 服務就能在共用模式下使用該檔案描述項。不過，描述符無法傳遞至用於 EXCLUSIVE 模式的用戶端程式碼。/dev/snd/ 檔案描述元會為用戶端提供過於廣泛的存取權，因此遭到 SELinux 封鎖。

為了支援 EXCLUSIVE 模式，您必須將 /dev/snd/ 描述元轉換為 anon_inode:dmabuf 檔案描述元。SELinux 會允許將該檔案描述元傳送至用戶端。這項功能也能由 AAudioService 使用。

您可以使用 Android Ion 記憶體程式庫產生 anon_inode:dmabuf 檔案描述元。

如需更多資訊，請參閱下列外部資源：

「Android ION 記憶體配置器」https://lwn.net/Articles/480055/
「Android ION 總覽」https://wiki.linaro.org/BenjaminGaignard/ion
「Integrating the ION memory allocator」(整合 ION 記憶體配置器) https://lwn.net/Articles/565469/

HAL 變更

AAudio 服務需要知道是否支援這個 anon_inode:dmabuf。在 Android 10.0 之前，唯一可行的方法是將 MMAP 緩衝區的大小設為負數，例如 -2048 而非 2048 (如果支援)。在 Android 10.0 以上版本中，您可以設定 AUDIO_MMAP_APPLICATION_SHAREABLE 標記。

mmapBufferInfo |= AUDIO_MMAP_APPLICATION_SHAREABLE;

音訊子系統變更

AAudio 需要在音訊子系統的音訊前端提供額外資料路徑，才能與原始 AudioFlinger 路徑並行運作。這個舊版路徑會用於所有其他系統音效和應用程式音效。這項功能可由 DSP 中的軟體混合器或 SOC 中的硬體混合器提供。

啟用 AAudio MMAP 資料路徑

如果不支援 MMAP 或無法開啟串流，AAudio 會使用舊版 AudioFlinger 資料路徑。因此，AAudio 會與不支援 MMAP/NOIRQ 路徑的音訊裝置搭配使用。

測試 AAudio 的 MMAP 支援功能時，請務必瞭解您實際上是測試 MMAP 資料路徑，還是僅測試舊版資料路徑。以下說明如何啟用或強制特定資料路徑，以及如何查詢串流使用的路徑。

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。請勿嘗試使用 MMAP。
2 = AAUDIO_POLICY_AUTO - 嘗試使用 MMAP。如果失敗或無法使用，請使用舊版路徑。
3 = AAUDIO_POLICY_ALWAYS - 僅使用 MMAP 路徑。請勿改用舊版路徑。

這些值可在裝置的 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。舉例來說，如要為 MMAP 啟用 AUTO 模式：

adb root

adb shell setprop aaudio.mmap_policy 2

adb shell killall audioserver

ndk/sysroot/usr/include/aaudio/AAudioTesting.h 中提供的函式可讓您覆寫使用 MMAP 路徑的政策：

aaudio_result_t AAudio_setMMapPolicy(aaudio_policy_t policy);

如要瞭解串流是否使用 MMAP 路徑，請呼叫：

bool AAudioStream_isMMapUsed(AAudioStream* stream);