Android 系统Gsensor系统架构

一、首先建立这样一个全局的观念：

    Android中sensor在Android系统架构中的位置及其工作。方框图如下：

从以上方框图中，可以看出Android中sensor在系统分为四层：驱动层（Sensor Driver）、硬件抽象层（Native）、中间层（Framework）、应用层（Java）。硬件抽象层与中间层可以合并一起作为Framework层。

针对我们xx这里一个具体的Gsensor，下面将以具体的源码形式来讲解以上的这个系统框图。

 

二、驱动层（Sensor Driver Layer）

芯片ADXL345为GSensor，至于硬件的具体工作原理，须分析ADXL345的DataSheet。驱动源码位于：xx\custom\common\kernel\accelerometer\adxl345目录。

由于ADXL345是以I2C形式接口挂接到Linux系统，因此同时需要分析Linux的I2C子系统架构（略）。其源码位于：

1、  xx\platform\xx\kernel\drivers\i2c

2、  kernel\drivers\i2c

查看ADXL345.c文件，分析针对于其硬件工作原理的几个函数。硬件初始化：

 

static int adxl345_init_client(struct i2c_client *client, int reset_cali)

{

    struct adxl345_i2c_data *obj = i2c_get_clientdata(client);

    int res = 0;



    adxl345_gpio_config();//配置GPIO口，这里由于不使用中断，所以将中断引脚配置成输入输出口。



    res = ADXL345_CheckDeviceID(client); //检测设备ID，通过读ADXL345的DEVID寄存器

    if(res != ADXL345_SUCCESS)

    {

        return res;

    }



    res = ADXL345_SetPowerMode(client, false);//设置电源模式，ADXL345有几种电源模式，这里设置false值指不让芯片处于messure模式

    if(res != ADXL345_SUCCESS)

    {

        return res;

    }





    res = ADXL345_SetBWRate(client, ADXL345_BW_100HZ);//设置带宽，100Hz

    if(res != ADXL345_SUCCESS ) //0x2C->BW=100Hz

    {

        return res;

    }



    //设置数据格式，具体见datasheet

    res = ADXL345_SetDataFormat(client, ADXL345_FULL_RES|ADXL345_RANGE_2G);

    if(res != ADXL345_SUCCESS) //0x2C->BW=100Hz

    {

        return res;

    }



    gsensor_gain.x = gsensor_gain.y = gsensor_gain.z = obj->reso->sensitivity;



    //设置中断寄存器，关闭中断

    res = ADXL345_SetIntEnable(client, 0x00);//disable INT

    if(res != ADXL345_SUCCESS)

    {

        return res;

    }



    if(0 != reset_cali)

    {

        /*reset calibration only in power on*/

        res = ADXL345_ResetCalibration(client);

        if(res != ADXL345_SUCCESS)

        {

            return res;

        }

    }



#ifdef CONFIG_ADXL345_LOWPASS

    memset(&obj->fir, 0x00, sizeof(obj->fir));

#endif



    return ADXL345_SUCCESS;

}

 

    函数的分析都注释在原理里，红色部分。具体寄存器的设置查看ADXL345的datasheet，具体I2C的通信查看I2C.c文件（i2c控制器的驱动）。

    关键问题：这里有个问题，没有弄懂，就是从ADXL345数据寄存器里读取原始数据之后，这个数据并不是我们应用程序所要用的，它需要转化，经过查看代码，可以发现这样一段注释：

/*

 * @sign, map: only used in accelerometer/magnetic field

 *   sometimes, the sensor output need to be remapped before reporting to framework.

 *   the 'sign' is only -1 or +1 to align the sign for framework's coordinate system

 *   the 'map' align the value for framework's coordinate system. Take accelerometer

 *      as an exmaple:

 *      assume HAL receives original acceleration: acc[] = {100, 0, 100}

 *      sign[] = {1, -1, 1, 0};

 *      map[]  = {HWM_CODE_ACC_Y, HWM_CODE_ACC_X, HWM_CODE_ACC_Z, 0};

 *      according to the above 'sign' & 'map', the sensor output need to remap as {y, -x, z}:

 *      float resolution = unit_numerator*GRAVITY_EARTH/unit_denominator;

 *      acc_x = sign[0]*acc[map[0]]*resolution;

 *      acc_y = sign[1]*acc[map[1]]*resolution;

 *      acc_z = sign[2]*acc[map[2]]*resolution;

 */

struct hwmsen_convert {

    s8 sign[C_MAX_HWMSEN_EVENT_NUM];

    u8 map[C_MAX_HWMSEN_EVENT_NUM];

};

这样一个转换算法的物理意义是怎样的？？？？？

三、硬件抽象层（Native）

硬件抽象层主要是提供硬件层实现的接口，其代码路径如下：

hardware\libhardware\include\hardware\ sensors.h

其中：

struct sensors_module_t为sensor模块的定义。

struct sensors_module_t {

    struct hw_module_t common;

    int (*get_sensors_list)(struct sensors_module_t* module,

                            struct sensor_t const** list);

};

 

Struct sensor_t为某一个sensor的描述性定义。

struct sensor_t {

    const char*     name;          /*    传感器的名称 */

    const char*     vendor;         /* 传感器的vendor */

    int             version;         /*    传感器的版本 */

    int             handle;         /*    传感器的句柄 */

    int             type;           /*    传感器的类型 */

    float           maxRange;     /*    传感器的最大范围 */

    float           resolution;      /*    传感器的辨析率 */

    float           power;         /* 传感器的耗能（估计值，mA单位）*/

    void*           reserved[9];

}

 

struct sensors_event_t表示传感器的数据

/**

 * Union of the various types of sensor data

 * that can be returned.

 */

typedef struct sensors_event_t {

    int32_t version; /* must be sizeof(struct sensors_event_t) */

    int32_t sensor; /* sensor identifier */

    int32_t type;   /* sensor type */

    int32_t reserved0;  /* reserved */

   int64_t timestamp;  /* time is in nanosecond */

    union {

        float     data[16];

 

        /* acceleration values are in meter per second per second (m/s^2) */

        sensors_vec_t   acceleration;

        /* magnetic vector values are in micro-Tesla (uT) */

        sensors_vec_t   magnetic;

        sensors_vec_t   orientation; /* orientation values are in degrees */

        sensors_vec_t   gyro; /* gyroscope values are in rad/s */

        float    temperature; /* temperature is in degrees centigrade (Celsius) */

        float    distance; /* distance in centimeters */

       float     light;    /* light in SI lux units */

        float     pressure; /* pressure in hectopascal (hPa) */

    };

    uint32_t        reserved1[4];

} sensors_event_t;

    显然，在看完这些数据结构之后，我们都会有这样一个疑问：

    这里只是申明了一些结构体，而这些结构体在使用时需要定义，而且结构体中还有一些函数指针，这些函数指针所对应的函数实现又在哪里呢？？显然，那必定还要有一个.c源文件来实现这样的一些函数。经过搜索，其文件名为：sensors_hwmsen.c，路径为：

\xxk\source\hardware\sensor\hwmsen。在这里，你会看到get_sensors_list等函数的实现。

 

四、中间层（Framework）

    这里，我也把它叫做JNI层，这里实现了JNI接口。其源码目录如下：

frameworks\base\core\jni\ android_hardware_SensorManager.cpp

在源码里，我们可以看到JNI接口的函数列表：

static JNINativeMethod gMethods[] = {

    {"nativeClassInit", "()V",              (void*)nativeClassInit },

    {"sensors_module_init","()I",           (void*)sensors_module_init },

    {"sensors_module_get_next_sensor","(Landroid/hardware/Sensor;I)I",

                                            (void*)sensors_module_get_next_sensor },

 

    {"sensors_create_queue",  "()I",        (void*)sensors_create_queue },

    {"sensors_destroy_queue", "(I)V",       (void*)sensors_destroy_queue },

    {"sensors_enable_sensor", "(ILjava/lang/String;II)Z",

                                            (void*)sensors_enable_sensor },

 

    {"sensors_data_poll",  "(I[F[I[J)I",     (void*)sensors_data_poll },

};

这些JNI接口所对应的实现，请看源码。

 

当然了，你可能又有疑问了，上层Java又是怎样来调用这些本地接口的呢？？在android_hardware_SensorManager.cpp源码下面有这样一个函数：

int register_android_hardware_SensorManager(JNIEnv *env)

{

    return jniRegisterNativeMethods(env, "android/hardware/SensorManager",

            gMethods, NELEM(gMethods));

}

这个函数就将以上的JNI接口（gMethods数组）注册进系统。看上去很简单，其实过程是很复杂的。整个 native方法初始化过程如下：start（AndroidRuntime.cpp，938 行）->startReg(AndroidRuntime.cpp，1360 行)-> register_jni_procs(AndroidRuntime.cpp，1213行)。这样JAVA上层就能够调用这些JNI接口来操纵底层硬件 了。

 

五、应用层（Java）

传感器系统的JAVA部分包含了以下几个文件：

u       SensorManager.java

实现传感器系统核心的管理类SensorManager

u       Sensor.java

单一传感器的描述性文件Sensor

u       SensorEvent.java

表示传感器系统的事件类SensorEvent

u       SensorEventListener.java

传感器事件的监听者SensorEventListener接口

u       SensorListener.java

传感器的监听者SensorListener接口