Android HAL 开发 (一)

?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：?

?

Mokiod工程代码树如下所示：

.?
|--?apps? -- 测试应用程序
|???|--?LedClient?-- 直接调用service控制硬件
|???|???|--?AndroidManifest.xml?
|???|???`--?src?
|???|???????`--?com?
|???|???????????`--?mokoid?
|???|???????????????`--?LedClient?
|???|???????????????????`--?LedClient.java?
|???`--?LedTest?-- 通过manager来控制硬件
|???????|--?AndroidManifest.xml?
|???????`--?src?
|???????????`--?com?
|???????????????`--?mokoid?
|???????????????????`--?LedTest?
|???????????????????????|--?LedSystemServer.java?
|???????????????????????`--?LedTest.java?
|--?frameworks?-- 框架代码
|???`--?base?
|???????|--?core?
|???????|???`--?java?
|???????|???????`--?mokoid?
|???????|???????????`--?hardware?
|???????|???????????????|--?ILedService.aidl?-- Android Interface Definition Language 代码，提供LedService的接口
|???????|???????????????`--?LedManager.java?-- LedManager实现代码
|???????`--?service?
|???????????|--?com.mokoid.server.xml?
|???????????|--?java?
|???????????|???`--?com?
|???????????|???????`--?mokoid?
|???????????|???????????`--?server?
|???????????|???????????????`--?LedService.java?-- LedService的java实现代码
|???????????`--?jni?
|???????????????`--?com_mokoid_server_LedService.cpp?-- LedService的jni实现代码
|--?hardware?
???`--?modules?
???????|--?include?
???????|???`--?mokoid?
???????|???????`--?led.h?
???????`--?led?
???????????`--?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。

1. 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。

2. 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

struct?led_module_t?{?
???struct?hw_module_t?common;?
};?
?
struct?led_control_device_t?{?
???struct?hw_device_t?common;?
?
???/*?attributes?*/?
???int?fd;?
?
???/*?supporting?control?APIs?go?here?*/?
???/*?打开led操作*/?
???int?(*set_on)(struct?led_control_device_t?*dev,?int32_t?led);?
???/*?关闭led操作?*/?
???int?(*set_off)(struct?led_control_device_t?*dev,?int32_t?led);?
};?

?led.c

/*?打开led操作?*/??
int?led_on(struct?led_control_device_t?*dev,?int32_t?led)?
{?
????LOGI("LED?Stub:?set?%d?on.",?led);?
????return?0;?
}?
/*?关闭led操作?*/??
int?led_off(struct?led_control_device_t?*dev,?int32_t?led)?
{?
????LOGI("LED?Stub:?set?%d?off.",?led);?
????return?0;?
}?
/*?打开led硬件时候的操作?*/??
static?int?led_device_open(const?struct?hw_module_t*?module,?const?char*?name,?
????????struct?hw_device_t**?device)??
{?
????struct?led_control_device_t?*dev;?
?
????dev?=?(struct?led_control_device_t?*)malloc(sizeof(*dev));?
????memset(dev,?0,?sizeof(*dev));?
    ...
   ?/*?提供给service可用的硬件操作接口?*/??
????dev->set_on?=?led_on;? 
????dev->set_off?=?led_off;??
????*device?=?&dev->common;??
success:?
????return?0;?
}?
?
static?struct?hw_module_methods_t?led_module_methods?=?{?
????open:?led_device_open?
};?
?
const?struct?led_module_t?HAL_MODULE_INFO_SYM?=?{?
????common:?{?
????????tag:?HARDWARE_MODULE_TAG,?
????????version_major:?1,?
????????version_minor:?0,?
????????id:?LED_HARDWARE_MODULE_ID,?
????????name:?"Sample?LED?Stub",?
????????author:?"The?Mokoid?Open?Source?Project",?
????????methods:?&led_module_methods,?
????}?
????/*?supporting?APIs?go?here?*/?
};?

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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