Android系列——AudioTrack如何与AudioFlinger交换音频数据2

audio_track_cblk_t

audio_track_cblk_t这个结构是FIFO实现的关键，该结构是在createTrack的时候，由AudioFlinger申请相应的内存，然后通过IMemory接口返回AudioTrack的，这样AudioTrack和AudioFlinger管理着同一个audio_track_cblk_t，通过它实现了环形FIFO，AudioTrack向FIFO中写入音频数据，AudioFlinger从FIFO中读取音频数据，经Mixer后送给AudioHardware进行播放。

audio_track_cblk_t的主要数据成员：

    user             -- AudioTrack当前的写位置的偏移
    userBase     -- AudioTrack写偏移的基准位置，结合user的值方可确定真实的FIFO地址指针
    server          -- AudioFlinger当前的读位置的偏移
    serverBase  -- AudioFlinger读偏移的基准位置，结合server的值方可确定真实的FIFO地址指针

    frameCount -- FIFO的大小，以音频数据的帧为单位，16bit的音频每帧的大小是2字节

    buffers         -- 指向FIFO的起始地址

    out               -- 音频流的方向，对于AudioTrack，out=1，对于AudioRecord，out=0

audio_track_cblk_t的主要成员函数：

framesAvailable_l()和framesAvailable()用于获取FIFO中可写的空闲空间的大小，只是加锁和不加锁的区别。

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::framesReady()
{
    uint32_t u = this->user;
    uint32_t s = this->server;
    if (out) {
        if (u < loopEnd) {
            return u - s;
        } else {
            Mutex::Autolock _l(lock);
            if (loopCount >= 0) {
                return (loopEnd - loopStart)*loopCount + u - s;
            } else {
                return UINT_MAX;
            }
        }
    } else {
        return s - u;
    }
}

我们看看下面的示意图：

               _____________________________________________

               ^                          ^                             ^                           ^

        buffer_start              server(s)                 user(u)                  buffer_end

 很明显，frameReady = u - s，frameAvalible = frameCount - frameReady = frameCount - u + s

 可能有人会问，应为这是一个环形的buffer，一旦user越过了buffer_end以后，应该会发生下面的情况：

                _____________________________________________

               ^                ^             ^                                                     ^

        buffer_start     user(u)     server(s)                                   buffer_end

这时候u在s的前面，用上面的公式计算就会错误，但是android使用了一些技巧，保证了上述公式一直成立。我们先看完下面三个函数的代码再分析：

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;
}

bool audio_track_cblk_t::stepServer(uint32_t frameCount)
{
    // the code below simulates lock-with-timeout
    // we MUST do this to protect the AudioFlinger server
    // as this lock is shared with the client.
    status_t err;
    err = lock.tryLock();
    if (err == -EBUSY) { // just wait a bit
        usleep(1000);
        err = lock.tryLock();
    }
    if (err != NO_ERROR) {
        // probably, the client just died.
        return false;
    }
    uint32_t s = this->server;
    s += frameCount;
    // 省略部分代码
     // ......
    if (s >= serverBase + this->frameCount) {
        serverBase += this->frameCount;
    }
    this->server = s;
    cv.signal();
    lock.unlock();
    return true;
}

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。