Android通话应用设计_android telephone通话音频数据

一、 背景

以下内容基于Android N code。

本文会从应用框架、流程、设计模式几个方面，讲解Android手机中语音通话的应用层设计。
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二、 应用框架设计

Android电话模块是一个典型的分层结构设计，如下：
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分为应用层、框架层(framework层，简称fw)、RIL（Radio Interface Layer）、modem。

其中：

应用层：app应用，包括Dialer.apk、TeleService.apk、Telecom.apk、InCallUI.apk。其中其中Dialer.apk跑在	
com.android.dialer进程中，TeleService.apk跑在常驻进程com.android.phone进程中，Telecom.apk跑在system进程中、
InCallUI.apk跑在com.android.incallui进程中。

框架层：包括telephony fw、telecom fw。Code分别位于frameworks/opt/telephony、frameworks/base/telecomm。

RIL：位于User Libraries层中的HAL层，提供AP（Application Processor）和BP（Baseband Processor）之间的通信功
能。RIL通常分为RILJ、RILC，RILJ即为java的RIL.java，code位于框架层，RILC才是真正的RIL层。Android的RIL驱动模
块，在hardware/ril目录下，一共分rild，libril.so以及librefrence_ril.so三个部分。

Modem：位于BP，负责实际的无线通信能力处理
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三、 常驻进程开机唤醒

1. Phone进程

Phone进程

phone进程是常驻进程，它的唤醒过程如下：
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在TeleService app code的AndroidManifest.xml中，application的属性配置了android:persistent=”true”和
android:directBootAware=”true”。系统开机时，如果没有解锁，SystemServer会唤醒所有在AndroidManifest中配置了
persistent=“true”且设置了directBootAware=”true”的应用，解锁后再唤醒persistent为true但是unaware的应用。

在TeleService app起来后会把PhoneInterfaceManager这个phone service加入到ServiceManager中。应用可以通过
TelephonyManager.java中封装好的接口调用里面的方法。
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2. TelecomServer进程

telecom app模块由于跑在system进程中，也会一开机就被唤醒。各个应用可以调用的TelecomManager的server端 
TelecomService也会在同一时间加入ServiceManager的services里。过程如下：
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其时序图如下：
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ContextImpl会保存一份system services的缓存，应用可以通过Context#getSystemService(name)来获取这些system 
service如TelecomService等，其具体添加和获取过程如下图：
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四、 应用间进程交互

1. 进程交互方式

通话过程是一个多进程交互的过程，主要进程有dialer进程、phone进程、telecom进程(system)、incallui进程、audio进程。其中

dialer进程：负责拨号。

phone进程：负责通话逻辑，如实际向RIL拨号、挂电话，及电话状态如拨号、振铃、接通等的变更。

telecom进程（system进程，本文为了描述称为telecom进程）：负责逻辑控制，是沟通各个进程交互的桥梁。

incallui进程：负责通话界面显示。

audio进程：负责通话声音的传输。

上面五个进程间通信都是通过Binder，只有phone进程和RIL间的交互是通过socket，如下图：
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2. Binder交互过程

各进程间主要通过aidl进行交互，其中telecom进程维护向系统注册了的TelecomService，audio进程维护了向系统注册了
的AudioService，其它进程可以通过TelecomManager.java和AudioManager.java封装好的接口和它们交互。

下图描述了实现各进程交互的aidl：
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而它们实际的交互过程如下图：

可以看到：

拨号和来电都是dialer和phone进程调用TelecomManager的方法最后由位于telecom进程的TelecomService来实现。

Telecom进程分别通过IConnectionService.aidl和IInCallService.aidl来控制phone进程和Incallui进程。而phone进程和
Incallui进程通过IConnectionServiceAdapter.aidl和IInCallAdapter.aidl来通知telecom进程需要变更。
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五、 通话流程

因为是分层结构，来电、挂断是从上到下，而来电和电话状态的变化则是从下到上。如下图：
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用户的操作是通过APP->FW->RIL->Modem向下传，而网络消息是通过Modem->RIL->FW->APP向上传。除了分层结构
外比较主要就是进程间交互，上面有讨论，下面将不再重复。
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1. 拨号流程

拨号是从上往下，即从APP到FW到RIL再到Modem。

如下图：
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拨号盘通过TelecomManager的接口拨号，telecom一边向phone进程请求拨号，一边通知incallui显示拨号界面。
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2. 电话状态更新流程

电话状态更新从结构上看是从下往上，通过一层层的监听和通知通过观察者模式从Modem通知到RIL到FW到APP。

如下图：
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开机时，Phone进程起来，PhoneFactory会构建Phone和其对应的RILJ，Phone会构建其对应的CallTracker，
CallTracker会向RILJ注册call状态变更的监听，RILJ通过Socket向RILC注册监听。拨号成功或者来电后Telephony会构建
一个封装了telephony fw Connection的TeleponyConnection，它在构建时会向Phone注册Call状态变更，所以只要网络端
返回状态更新就可以从底层一直通知到应用层的phone进程，再通过AIDL跨进程更新到telecom进程，telecom再通知
incallui更新界面。
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3. 用户挂断电话流程

挂断电话，从用户在通话界面点击“挂断”按钮开始也是一个自上而下的过程：
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4. 来电流程

来电和状态更新相比的不同点就是多了注册来电消息接收的过程，注册监听后通过观察者模式从下而上通知到应用来
电。下面这张图就是描述注册来电消息的流程：
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开机后phone进程起来会根据手机的待机模式构建Phone，每个Phone会创建一个处理关于语音通话的对象
GsmCdmaCallTracker，CallTracker会向RILJ注册通话状态变化的监听，RILJ会通用Socket向RIL层注册监听。而当
Telephony APP监听到sim卡可用时会向该卡的Phone注册来电监听。这样Modem收到来电消息传到RIL到RILJ后，RILJ
会通知CallTracker，CallTracker再通知监听它的Phone的监听者。
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六、 主要设计模式

Android源码中运用了很多设计模式使整个系统设计很良好也很美观，如上面介绍流程时频繁涉及到的观察者模式。下面
介绍几种通话模块中运用比较典型的设计模式。
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1. 命令模式+观察者模式的复合使用

Call状态的各种变更都是通过观察者模式来实现，而telephony fw通过RIL向modem下发拨号接听等命令是通过命令模式
来实现，下面介绍一下这两种模式的复合使用。

先看图：
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其中把一个Phone的所有操作，如拨号、接听等封装成一个Command，通过CallTracker这个Invoker去调用Command中
的方法执行如dial()、accept（）。Command执行的结果返回给Receiver RegistrantList。RegistrantList再通知向它注册
过的接收者（RegistrantList是Android封装好的观察者模式Subject的实现，具体就不介绍了）。
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2. MVP模式

Incallui通话界面的实现是典型的MVP模式，先看其类结构图，如下：
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这个实现中叠用了两层MVP设计：

外面的一层：InCallPresenter为P，CallList为M，里面的一层结构MVP做为V。当CallList有数据发生变化时通知
InCallPresenter，InCallPresenter再通知View去更新。

里面一层：P根据显示内容的不同分为CallCardPresenter、CallButtonPresenter、AnswerPresenter、
DialpadPresenter、VideoCallPresenter五部分，它们分别对应的view为xxxFragment，而M部分则是Call和
TelecomAdapter，实际上是telecom fw的Call，上图为了简单只画了Call。当Call有更新时通知xxxPresenter更新View 
xxxFragment，当xxxFragment有用户操作时通过其对应的xxxPresenter更新Call。

下面简述第二层MVP模式中每一个MVP的功能：

CallCardPresenter和CallCardFragment：控制联系人信息的显示，如联系人头像、姓名、电话号码等。

CallButtonPresenter和CallButtonFragment：控制通话界面用户可以点击的功能button的显示和交互，如静音、扬声器、
dtmf盘等。

AnswerPresenter和AnsewrFragment：控制来电动画和操作的显示。

DialpadPresenter和DialpadFragment：控制dtmf内容的显示和用户点击数字的操作。

VideoCallPresenter和VideoCallFragment：控制视频通话界面本机图像窗口和对端图像窗口的显示。
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3. 状态机

Telecom app中控制音频和audio交互的过程是通过状态机StateMachine来实现的，分为CallAudioModeStateMacine和
CallAudioRouteStateMachine。其中：
CallAudioModeStateMacine：主要功能是向AudioManager发送setMode请求，即设置声音模式为normal还是ringtone还
是incall。语音通话中只有设置了声音模式为incall后，通话中才能听到对方的声音，本机的声音也才能传输到对端。网络
通话则设置声音模式为communication。

CallAudioRouteStateMachine：主要功能是控制通话过程中对端声音在本机的播放方式，如听筒、耳机、扬声器、蓝牙
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等。

a) CallAudioModeStateMachine

先看CallAudioModeStateMachine的状态图，一张图表示一个状态对外的变更。
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可以看到这个状态机共有5总状态，分别是UnFocusedState、RingingFocusState、SimCallFocusState、
OtherFocusState、SimCallFocusState，初始状态为UnFocusedState。

Entry：表示进入这个状态会做什么操作，比如进入SimCallFocusState会调用
AudioManager.setMode(MODE_IN_CALL)，而进入UnFocusedState会调用
AudioManager.setMode(MODE_NORMAL)。其中进入每个状态都会去setCallAudioRouteFocusState(xxx)，这个是触发
CallAudioRouteStateMachine状态机状态变更的一个重要条件，下面会讲到。

Exit：表示退出这个状态时会做什么操作，如退出RingingFocusState会停止响铃。

箭头：表示从一个状态切到另外一个状态的触发条件，比如手机待机状态处于UnFocusState，此时拨号就会进入
SimCallFocusState，电话结束播放挂断铃声时会进入OtherFocusState，挂断铃声播放后又没有任何通话就会回到
UnFocusedState。
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b) CallAudioRouteStateMachine

状态图如下：
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CallAudioRouteStateMachine总共有9种状态，分成4类：EarpieceRoute、HeadsetRoute、SpeakerRouter、
BluetoothRoute。每类Route都有quiescent和active两种状态，BluetoothRoute多了ringing的状态。初始状态都是
quiescent route，具体类别根据当前手机所连设备来确定。如果当前手机蓝牙可用，初始状态为
QuiescentBluetoothRoute，如果当前手机蓝牙不可用但有耳机插入则为QuiescentHeadsetRoute，否则为
QuiescentEarpieceRoute。当quiescent状态收到CallAudioModeStateMachine发送过来的ACTIVE_FOCUS或
RINGING_FOCUS时转换到其对应的active状态或ringing状态，具体看上面的状态图。进入active route时会根据当前的
状态来处理speaker bluetooth的开关和前前的audio state。比如进入ActiveEarpieceRoute时会关掉speaker和
bluetooth，audio state切为ROUTE_EARPIECE，进入ActiveSpeakerRoute时会打开speaker关掉bluetooth，audio 
state切为ROUTE_SPEAKER。
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