Android HAL 开发 (1)

最近开始看Android的HAL开发方面的东东,发现现在国内研究这个的并不多,来自台湾的Jollen可能是走在Android HAL研究的最前沿,这也和他以前专注做嵌入式linux(openmoko)的工作经历有关,毕竟Android的application开发是基于Java的,而之前Jollen做的更多的还是C/C++开发,因此选择从HAL作为进入Android的shortcut还是很明智的,我以前也主要是做linux kernel以及基于C/C++的app开发,现在转作Android,发现它的HAL比较有意思,也是可以研究的一个很好的方向。

由于自己并没有参加Jollen的HAL整合培训,不过手头有这个培训的材料,以及从 http://code.google.com/p/mokoid/ 下载了mokoid 工程的代码,花了一段时间研究了Android的HAL,也有一些心得,下面总结一下:

首先,Android的HAL是为了一些硬件提供商提出的“保护proprietary”的驱动程序而产生的东东,简而言之,就是为了避开linux kernel的GPL license的束缚。Android把控制硬件的动作都放到了user space中,而再kernel driver里面只有最简单的读写寄存器的操作,而完全去掉了各种功能性的操作(比如控制逻辑等),这些能够体现硬件特性的操作都放到了Android的HAL层,而Android是基于Aparch的license,因此硬件厂商可以只提供二进制代码,所以说Android只是一个开放的平台,并不是一个开源的平台。

然后,Android的HAL的实现需要通过JNI(Java Native Interface),JNI简单来说就是java程序可以调用C/C++写的动态链接库,这样的话,HAL可以使用C/C++语言编写,效率更高。而Android的app可以直接调用.so,也可以通过app->app_manager->service(java)->service(jni)->HAL来调用。第二种方法看上去很复杂,但是更加符合android的框架结构。我这里也着重介绍第二种方法。基本的框架如下所示:
Android HAL 开发 (1)_第1张图片

Mokiod工程代码树如下所示:

  1. .
  2. |-- apps -- 测试应用程序
  3. | |-- LedClient -- 直接调用service控制硬件
  4. | | |-- AndroidManifest.xml
  5. | | `-- src
  6. | | `-- com
  7. | | `-- mokoid
  8. | | `-- LedClient
  9. | | `-- LedClient.java
  10. | `-- LedTest -- 通过manager来控制硬件
  11. | |-- AndroidManifest.xml
  12. | `-- src
  13. | `-- com
  14. | `-- mokoid
  15. | `-- LedTest
  16. | |-- LedSystemServer.java
  17. | `-- LedTest.java
  18. |-- frameworks -- 框架代码
  19. | `-- base
  20. | |-- core
  21. | | `-- java
  22. | | `-- mokoid
  23. | | `-- hardware
  24. | | |-- ILedService.aidl -- Android Interface Definition Language 代码,提供LedService的接口
  25. | | `-- LedManager.java -- LedManager实现代码
  26. | `-- service
  27. | |-- com.mokoid.server.xml
  28. | |-- java
  29. | | `-- com
  30. | | `-- mokoid
  31. | | `-- server
  32. | | `-- LedService.java -- LedService的java实现代码
  33. | `-- jni
  34. | `-- com_mokoid_server_LedService.cpp -- LedService的jni实现代码
  35. |-- hardware
  36. `-- modules
  37. |-- include
  38. | `-- mokoid
  39. | `-- led.h
  40. `-- led
  41. `-- led.c -- led实际控制硬件的代码
    介绍Android的HAL的时候,我打算从底层往上层介绍。

Kernel Driver
这里的kernel driver相对于linux真正的driver形式上是一样的,也提供open,read,write,ioctl,mmap等接口,但是,一般来说,只通过这些代码,你并不能了解到硬件的特性,比如write接口,就可以只作成往寄存器写操作,至于如何写,为什么要写,这些工作都会再HAL层进行,而一般用户是看不到这些代码的。这也是为什么linux mainstream把android的kernel踢出去的原因,因为这些driver根本无法用在其他的linux平台上。
HAL层
这一层就位于kernel之上的user space了,一般来说这里需要涉及的是两个结构体:hw_module_t和hw_device_t, 第一个结构体是当这个hardware stub被load的时候(hw_get_module())提供的初始化操作,比如提供stub的open(module->methods->open())操作,而第二个结构体是提供该硬件stub具有的操作硬件的接口,再jollen的mokoid工程里,主要提供打开和关闭led的操作,相关的代码如下:
led.h

  1. struct led_module_t {
  2. struct hw_module_t common;
  3. };
    4.
  4. struct led_control_device_t {
  5. struct hw_device_t common;
    7.
  6. / attributes /
  7. int fd;
    10.
  8. / supporting control APIs go here /
  9. / 打开led操作/
  10. int (set_on)(struct led_control_device_t dev, int32_t led);
  11. / 关闭led操作 /
  12. int (set_off)(struct led_control_device_t dev, int32_t led);
  13. };
    led.c
  14. / 打开led操作 /
  15. int led_on(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
  16. {
  17. LOGI("LED Stub: set %d on.", led);
  18. return 0;
  19. }
  20. / 关闭led操作 /
  21. int led_off(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
  22. {
  23. LOGI("LED Stub: set %d off.", led);
  24. return 0;
  25. }
  26. / 打开led硬件时候的操作 /
  27. static int led_device_open(const struct hw_module_t module, const char name,
  28. struct hw_device_t** device)
  29. {
  30. struct led_control_device_t *dev;
    18.
  31. dev = (struct led_control_device_t )malloc(sizeof(dev));
  32. memset(dev, 0, sizeof(*dev));
  33. ...
  34. / 提供给service可用的硬件操作接口 /
  35. dev->set_on = led_on;
  36. dev->set_off = led_off;
  37. *device = &dev->common;
  38. success:
  39. return 0;
  40. }
    29.
  41. static struct hw_module_methods_t led_module_methods = {
  42. open: led_device_open
  43. };
    33.
  44. const struct led_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
  45. common: {
  46. tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
  47. version_major: 1,
  48. version_minor: 0,
  49. id: LED_HARDWARE_MODULE_ID,
  50. name: "Sample LED Stub",
  51. author: "The Mokoid Open Source Project",
  52. methods: &led_module_methods,
  53. }
  54. / supporting APIs go here /
  55. };
    以上代码最后会被编译成动态链接库,比如libled.so放到/system/libs/hw/, 当service调用hw_get_module(hardware/libhardware/hardware.c)时候,会在/system/libs/hw/里面寻找对应的动态链接库,然后提供给service对应的操作接口。

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