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分类: LINUX

2011-04-25 20:28:28

一、概述

    本文希望通分析台湾的Jollen的mokoid 工程代,和在s5pc100平台上实现过程种遇到的问题,解析Andorid HAL的开发方法。     

二、HAL介绍

    有HAL架构由Patrick Brady (Google) 在2008 Google  I/O演中提出的,如下

 

    Android的HAL是了保一些硬件提供商的知识产权而提出的,是了避linux的GPL束。思路是把控制硬件的作都放到了Android HAL中,而linux driver仅仅完成一些简单的数据交互作用,甚至把硬件寄存器空直接映射到user space。而Android是基于Aparch的license,因此硬件厂商可以只提供二制代,所以Android只是一个放的平台,并不是一个源的平台。也许也正是因Android不遵从GPL,所以Greg Kroah-Hartman才在2.6.33内核将Andorid驱动从linux中除。GPL和硬件厂商目前是有着无法弥合的裂痕。Android想要把问题处理好也是不容易的。

    总结下来,Android HAL存在的原因主要有:

    1. 并不是所有的硬件设备都有准的linux kernel的接口

    2. KERNEL DRIVER及到GPL的版。某些设备制造商并不原因公硬件驱动,所以才去用HAL方    绕过GPL。

    3. 针对某些硬件,An有一些特殊的需求

三、HAL内容

1、HAL 主要的存于以下目

(注意:HAL在其它目录下也可以正常编译)

l  libhardware_legacy/ - 旧的架构、采取

l  libhardware/ - 新架构、 HAL stub 的

l  ril/ - Radio Interface Layer

l  msm7k  QUAL平台相

    主要包含以下一些模:Gps、Vibrator、Wifi、Copybit、Audio、Camera、Lights、Ril、Overlay等。

2、两种 HAL 架构比较

    目前存在两HAL架构,位于libhardware_legacy目下的“旧HAL架构”和位于libhardware目下的“新HAL架构”。两框架如下所示。

                   3.1   旧HAL架构                             3.2  HAL架构

      libhardware_legacy 是将 *.so 文件当作shared library来使用,在runtime(JNI 部份)以 direct function call 使用 HAL module。通直接函数用的方式,来操作驱动程序。当然,用程序也可以不需要通 JNI 的方式行,直接加 *.so (dlopen)的做法用*.so 里的符号(symbol)也是一方式。而言之是没有经过封装,上可以直接操作硬件。

    在的libhardware 架构,就有stub的味道了。HAL stub 是一代理人(proxy)的概念,stub 然仍是以 *.so的形式存在,但HAL已将 *.so 档藏起来了。Stub 向 HAL提供操作函数(operations),而 runtime 是向 HAL 取得特定模(stub)的 operations,再 callback 些操作函数。这种以 indirect function call 的架构,HAL stub 成是一包含系,即 HAL 里包含了许许多多的 stub(代理人)。Runtime 只要型,即 module ID,就可以取得操作函数。于目前的HAL,可以认为Android定了HAL层结框架,通几个接口访问硬件从而一了用方式。

    下面例来分析HAL程方法。

四、mokoid 工程代码下载与结构分析

1、mokid项目概述

    modkoid工程提供了一个LedTest示例程序,是台湾的Jollen用于培的。对于理解android层次结构、Hal编程方法都非常有意义。

2、下载方法

    #svn checkout

3、结构分析

|-- Android.mk  

|-- apps      //两种应用测试方法

|   |-- Android.mk

|   |-- LedClient    //直接调用service来调用jni

|   |   |-- AndroidManifest.xml

|   |   |-- Android.mk

|   |   `-- src

|   |       `-- com

|   |           `-- mokoid

|   |               `-- LedClient

|   |                   `-- LedClient.java     //第1种方式应用程序实现代码

|   `-- LedTest        //通过manager来调用jni

|       |-- AndroidManifest.xml

|       |-- Android.mk

|       `-- src

|           `-- com

|               `-- mokoid

|                   `-- LedTest

|                       |-- LedSystemServer.java  //开启了一个后台service,下文会有解释

|                       `-- LedTest.java    //第2种方式应用程序实现代码

|-- dma6410xp   //这个目录可以不要

|   |-- AndroidBoard.mk

|   |-- AndroidProducts.mk

|   |-- BoardConfig.mk

|   |-- dma6410xp.mk

|   |-- init.dma6410xp.rc

|   |-- init.goldfish.sh

|   `-- init.rc

|-- frameworks     //框架代码

|   |-- Android.mk

|   `-- base

|       |-- Android.mk

|       |-- core

|       |   `-- java

|       |       `-- mokoid

|       |           `-- hardware

|       |               |-- ILedService.aidl

|       |               `-- LedManager.java     //实现了Manager,给第2种方法用

|       `-- service  

|           |-- Android.mk

|           |-- com.mokoid.server.xml

|           |-- java

|           |   `-- com

|           |       `-- mokoid

|           |           `-- server

|           |               `-- LedService.java    //Framework service代码

|           `-- jni

|               |-- Android.mk

|               `-- com_mokoid_server_LedService.cpp  //jni代码

|-- hardware

|   |-- Android.mk

|   |-- libled

|   |   |-- Android.mk

|   |   `-- libled.c

|   `-- modules

|       |-- Android.mk

|       |-- include

|       |   `-- mokoid

|       |       `-- led.h

|       `-- led

|           |-- Android.mk

|           `-- led.c       //led stub 硬件控制代码

`-- README.txt

 

    AndroidHAL实现需要通JNI(Java Native Interface)JNI简单就是java程序可以C/C++写的动态链这样HAL可以使用C/C++效率更高。在Android下访问HAL大致有以下两方式:

  (1)Android的app可以直接通过service用.so格式的jni

 

 

 

(2)经过Manager调用service

 

     上面两种方法应该说是各有优缺点,第一种方法简单高效,但不正规。第二种方法实现起来比较复杂,但更符合目前的Android框架。第二种方法中LegManagerLedServicejava在两个进程中,需要通过进程通讯的方式来通讯。

     mokoid工程中实现了上述两方法。下面将详细绍这方法的实现原理。

4、第一种方法:直接调用service方法的实现过程

    下面分析第一种方法中,各层的关键代码。

1HAL

    一般来说HAL moudle需要涉及的是三个关键结构体:

struct hw_module_t;

struct hw_module_methods_t;

struct hw_device_t;

    下面结合代码说明这3个结构的用法。部分代码经过修改后面的章节会给出修改的原因。

文件:mokoid-read-only/hardware/modules/include/mokoid/led.h

 

  1. struct led_module_t {  
  2.    struct hw_module_t common;  
  3. };  
  4. //HAL 规定不能直接使用hw_module_t结构,因此需要做这么一个继承。  
  5. struct led_control_device_t {    
  6. //自定义的一个针对Led控制的结构,包含hw_device_t和支持的API操作  
  7.    struct hw_device_t common;  
  8.    /* attributes */  
  9.    int fd;  //可用于具体的设备描述符  
  10.    /* supporting control APIs go here */  
  11.    int (*set_on)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led);  
  12.    int (*set_off)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led);  
  13. };  
  14. #define LED_HARDWARE_MODULE_ID "led"    
  15. //定义一个MODULE_ID,HAL层可以根据这个ID找到我们这个HAL stub 

文件mokoid-read-only/hardware/modules/led/led.c

  1. #define LOG_TAG "MokoidLedStub"  
  2. #include   
  3. #include   
  4. #include   
  5. #include   
  6. #include   
  7. //#include   
  8. #include "../include/mokoid/led.h"  
  9. /*****************************************************************************/  
  10. int fd;             //硬件led的设备描述符 。你也可以用led_control_device_t结构中定义的fd  
  11. #define GPG3DAT2_ON 0x4800                 //ioctl控制命令  
  12. #define GPG3DAT2_OFF 0x4801  
  13. int led_device_close(struct hw_device_t* device)  
  14. {  
  15.     struct led_control_device_t* ctx = (struct led_control_device_t*)device;  
  16.     if (ctx) {  
  17.         free(ctx);  
  18.     }  
  19.     close(fd);  
  20.     return 0;  
  21. }  
  22. int led_on(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)  
  23. {  
  24.     LOGI("LED Stub: set %d on.", led);  
  25.     ioctl(fd,GPG3DAT2_ON,NULL);           //控制Led亮灭,和硬件相关  
  26.     return 0;  
  27. }  
  28. int led_off(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)  
  29. {  
  30.     LOGI("LED Stub: set %d off.", led);  
  31.     return 0;  
  32. }  
  33. static int led_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name,  
  34.         struct hw_device_t** device)   
  35. {  
  36.     struct led_control_device_t *dev;  
  37.     dev = (struct led_control_device_t *)malloc(sizeof(*dev));  
  38.     memset(dev, 0, sizeof(*dev));  
  39.     dev->common.tag =  HARDWARE_DEVICE_TAG;  
  40.     dev->common.version = 0;  
  41.     dev->common.module = module;  
  42.     dev->common.close = led_device_close;  
  43.     dev->set_on = led_on;        //实例化支持的操作  
  44.     dev->set_off = led_off;  
  45.     *device = &dev->common;     //将实例化后的led_control_device_t地址返回给jni层  
  46.                     //这样jni层就可以直接调用led_on、led_off、led_device_close方法了。  
  47.     if((fd=open("/dev/led",O_RDWR))==-1)      //打开硬件设备  
  48.     {  
  49.         LOGE("LED open error");  
  50.     }  
  51.     else  
  52.         LOGI("open ok");  
  53. success:  
  54.     return 0;  
  55. }  
  56. static struct hw_module_methods_t led_module_methods = {  
  57.     open: led_device_open  
  58. };  
  59. const struct led_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {  
  60. //定义这个对象等于向系统注册了一个ID为LED_HARDWARE_MODULE_ID的stub。注意这里HAL_MODULE_INFO_SYM的名称不能改。  
  61.     common: {  
  62.         tag: HARDWARE_MODULE_TAG,  
  63.         version_major: 1,  
  64.         version_minor: 0,  
  65.         id: LED_HARDWARE_MODULE_ID,  
  66.         name: "Sample LED Stub",  
  67.         author: "The Mokoid Open Source Project",  
  68.         methods: &led_module_methods,  //实现了一个open的方法供jni层调用,  
  69.                                        //从而实例化led_control_device_t  
  70.     }  
  71.     /* supporting APIs go here */  
  72. }; 

2JNI

文件:mokoid-read-only/frameworks/base/service/jni/com_mokoid_server_LedService.cpp

  1. struct led_control_device_t *sLedDevice = NULL;  
  2.   
  3. static jboolean mokoid_setOn(JNIEnv* env, jobject thiz, jint led)   
  4. {  
  5.     LOGI("LedService JNI: mokoid_setOn() is invoked.");  
  6.   
  7.     if (sLedDevice == NULL) {  
  8.         LOGI("LedService JNI: sLedDevice was not fetched correctly.");  
  9.         return -1;  
  10.     } else {  
  11.         return sLedDevice->set_on(sLedDevice, led);//调用hal层的注册的方法  
  12.     }  
  13. }  
  14.   
  15. static jboolean mokoid_setOff(JNIEnv* env, jobject thiz, jint led)   
  16. {  
  17.     LOGI("LedService JNI: mokoid_setOff() is invoked.");  
  18.   
  19.   
  20.     if (sLedDevice == NULL) {  
  21.         LOGI("LedService JNI: sLedDevice was not fetched correctly.");  
  22.         return -1;  
  23.     } else {  
  24.         return sLedDevice->set_off(sLedDevice, led); //调用hal层的注册的方法  
  25.     }  
  26. }  
  27.   
  28. /** helper APIs */  
  29. static inline int led_control_open(const struct hw_module_t* module,  
  30.         struct led_control_device_t** device) {  
  31.     return module->methods->open(module,  
  32.             LED_HARDWARE_MODULE_ID, (struct hw_device_t**)device);  
  33. //这个过程非常重要,jni通过LED_HARDWARE_MODULE_ID找到对应的stub  
  34. }  
  35.   
  36. static jboolean mokoid_init(JNIEnv *env, jclass clazz)  
  37. {  
  38.     led_module_t* module;  
  39.      LOGI("jni init-----------------------.");  
  40. if (hw_get_module(LED_HARDWARE_MODULE_ID, (const hw_module_t**)&module) == 0) {  
  41. //根据LED_HARDWARE_MODULE_ID找到hw_module_t,参考hal层的实现  
  42.         LOGI("LedService JNI: LED Stub found.");  
  43.         if (led_control_open(&module->common, &sLedDevice) == 0) {    
  44.     //通过hw_module_t找到led_control_device_t  
  45.             LOGI("LedService JNI: Got Stub operations.");  
  46.             return 0;  
  47.         }  
  48.     }  
  49.   
  50.     LOGE("LedService JNI: Get Stub operations failed.");  
  51.     return -1;  
  52. }  
  53.   
  54. /* 
  55.  * Array of methods. 
  56. * Each entry has three fields: the name of the method, the method 
  57.  * signature, and a pointer to the native implementation. 
  58.  */  
  59. static const JNINativeMethod gMethods[] = {  
  60.     { "_init",      "()Z",  (void *)mokoid_init },//Framework层调用_init时促发  
  61.     { "_set_on",        "(I)Z", (void *)mokoid_setOn },  
  62.     { "_set_off",       "(I)Z", (void *)mokoid_setOff },  
  63. };  
  64. /* 
  65. *JNINativeMethod是jni层注册的方法,Framework层可以使用这些方法 
  66. *_init 、_set_on、_set_off是在Framework中调用的方法名称,函数的类型及返回值如下: 
  67. *()Z   无参数    返回值为bool型 
  68. * (I)Z   整型参数  返回值为bool型 
  69. */  
  70. static int registerMethods(JNIEnv* env) {  
  71.         static const charconst kClassName =  
  72.         "com/mokoid/server/LedService";//注意:必须和你Framework层的service类名相同  
  73.         jclass clazz;   
  74.       /* look up the class */  
  75.         clazz = env->FindClass(kClassName);  
  76.         if (clazz == NULL) {  
  77.                     LOGE("Can't find class %s\n", kClassName);  
  78.                     return -1;  
  79.         }  
  80.     /* register all the methods */  
  81.         if (env->RegisterNatives(clazz, gMethods,  
  82.                         sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0])) != JNI_OK)  
  83.         {  
  84.             LOGE("Failed registering methods for %s\n", kClassName);  
  85.             return -1;  
  86.         }  
  87.     /* fill out the rest of the ID cache */  
  88.         return 0;  
  89. }   
  90. jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {//Framework层加载jni库时调用   
  91.         JNIEnv* env = NULL;  
  92.         jint result = -1;  
  93.         LOGI("JNI_OnLoad LED");  
  94.             if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {  
  95.             LOGE("ERROR: GetEnv failed\n");  
  96.             goto fail;  
  97.         }  
  98.             assert(env != NULL);  
  99.         if (registerMethods(env) != 0) { //注册你的JNINativeMethod  
  100.             LOGE("ERROR: PlatformLibrary native registration failed\n");  
  101.             goto fail;  
  102.         }  
  103.         /* success -- return valid version number */      
  104.         result = JNI_VERSION_1_4;  
  105. fail:  
  106.         return result;  

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