Android 開發之 —- 底層驅動開發(一)

驅動概述

        說到 android 驅動是離不開 Linux 驅動的。Android 核心採用的是 Linux2.6 核心 （最近Linux 3.3 已經包含了一些 Android 代碼）。但 Android 並沒有完全照搬 Linux 系統核心，除了對Linux 進行部分修正，還增加了不少內容。android 驅動 主要分兩種類型：Android 專用驅動 和 Android 使用的裝置驅動（linux）。

      Android 專有驅動程式：

      1）Android Ashmem 匿名共用記憶體； 為使用者空間程式提供分配記憶體的機制，為進程間提供大塊共用記憶體，同時為核心提供回收和管理這個記憶體。

      2）Android Logger    輕量級的LOG（日誌） 驅動；

      3）Android Binder     基於 OpenBinder 架構的一個驅動；

      4）Android Power Management  電源管理模組；

      5）Low Memory Killer  低記憶體管理器；

      6）Android PMEM        實體記憶體驅動；

      7）USB Gadget             USB 驅動（基於 gaeget 架構）；

      8）Ram Console           用於調試寫入日誌資訊的裝置；

      9）Time Device             定時控制裝置；  

     10）Android Alarm         硬體時鐘；

     Android 上的裝置驅動：

      1）Framebuff 顯示驅動；

      2）Event 輸入裝置驅動；

      3）ALSA 音頻驅動；

      4）OSS 音頻驅動；

      5）v412網路攝影機：視頻驅動；

      6）MTD 驅動；

      7）藍牙堆疊；

      8）WLAN 裝置驅動；

 Android 專有驅動程式

      1.Android Ashmem 

               為使用者空間程式提供分配記憶體的機制，為進程間提供大塊共用記憶體，同時為核心提供回收和管理這個記憶體。

               裝置節點：/dev/ashmen .主裝置號 10.

               源碼位置： include/linux/ashmen.h    Kernel /mm/ashmen.c

                     相比於 malloc 和 anonymous/named mmap 等傳統的記憶體配置機制，其優勢是通過核心驅動提供了輔助核心的記憶體回收演算法機制（pin/unoin）

      2.Android Logger  

                    無論是底層的原始碼還上層的應用，我們都可以使用 logger 這個日誌裝置看、來進行調試。

                     裝置節點：  /dev/log/main      /dev/log/event   /dev/log/radio

                     源碼位置：include/linux/logger.h         include/linux/logger.c

      3.Android Binder     

                IPC Binder 一種處理序間通訊機制。他的進程能夠為其它進程提供服務 ----- 通過標準的 Linux 系統調用 API。

                裝置節點 ：/dev/binder

                源碼位置：Kernel/include/linux/binder.h    Kernel/drivers/misc/binder.c

      4.Android Power Management  

               一個基於標準 linux 電源管理的輕量級 Android 電源管理系統，在 drivers/android/power.c      kernel/power/

      5.Low Memory Killer 

                它在使用者空間中指定了一組記憶體臨界值，當其中某個值與進程描述中的 oom_adj 值在同一範圍時，該進程將被Kill掉（在parameters/adj中指定oome_adj 的最小值）。它與標準的Linux OOM機制類似，只是實現方法不同

                源碼位置：drivers/misc/lowmemorykiller.c       

      6.Android PMEM       

                PMEM 主要作用就是向使用者空間提供連續的實體記憶體地區。

                      1.讓 GPU 或 VPU 緩衝區共用 CPU 核心。

                      2.用於 Android service 堆。

               源碼位置：include/linux/android_pmem.h drivers/android/pmem.c                        

      7.USB Gadget            

                基於標準 Linux USB gaeget 驅動架構的裝置驅動。

                源碼位置：drivers/usb/gadet/ 

      8.Ram Console         

                為了提供調試功能，android 允許將調試日誌資訊寫入這個裝置，它是基於 RAM 的 buffer.

                源碼位置： drivers/staging/android/ram_console.c

      9.Time Device            

               定時控制,提供了對裝置進行定時控制的功能。

               源碼位置：drivers/staging/android/timed_output.c(timed_gpio.c)

    10.Android Alarm       

                提供一個定時器，用於把裝置從睡眠狀態喚醒，同時它還提供了一個即使在裝置睡眠時也會啟動並執行時鐘基準。

                 裝置節點：/dev/alarm

                 源碼位置：drivers/trc/alarm.c

Android 裝置驅動

    1. Framebuffer 幀緩衝裝置

         Framebuffer 驅動在 Linux 中是標準的顯示裝置的驅動。對於 PC 系統，它是顯卡的驅動 ； 對於嵌入式 SOC 處理器系統，它是 LCD 控制器或者其他顯示控制器的驅動。它是一個字元裝置，在檔案系統中裝置節點通常是 /dev/fbx 。 每個系統可以有多個顯示裝置 ， 依次用 /dev/fbO 、 /dev/fb l
等來表示。在 Android 系統中主裝置號為 29 ，次裝置號遞增產生。

         Android 對 Framebuffer 驅動的使用方式是標準的 ， 在 / dev / graphie / 中的 Framebuffer 裝置節點由 init 進程自動建立 ， 被 libui 庫調用 。 Android 的 GUI 系統中 ， 通過調用 Framebuffer 驅動的標準介面，實現顯示裝置的抽象。

         

     Framebuff的結構架構和實現 ： 

          linux LCD驅動（二）--FrameBuffer
 

             
Linux LCD驅動(四）--驅動的實現       
                            

    2.Event輸入裝置驅動

         Input 驅動程式是 Linux 輸入裝置的驅動程式 ， 分為遊戲杆 (joystick) 、 滑鼠 (mouse 和 mice)和事件裝置 (Event queue)3 種驅動程式。其中事件驅動程式是目前通用的程式，可支援鍵盤 、 滑鼠、觸控螢幕等多種輸入裝置。 Input 驅動程式的主裝置號是 l3 ，每一種 Input 裝置從裝置號占 用5 位 ， 3 種從裝置號分配是 ： 遊戲杆 0 ～ 61 ； Mouse 滑鼠 33
～ 62 ； Mice 滑鼠 63 ； 事件裝置 64 ～ 95 ，各個具體的裝置在 misc 、 touchscreen 、 keyboard 等目錄中。
        Event 裝置在使用者空問使用 read 、 ioctl 、 poll 等檔案系統的介面操作， read 用於讀取輸入資訊， ioctl 用於擷取和設定資訊， poll 用於使用者空間的阻塞，當核心有按鍵等中斷時，通過在中斷中喚醒核心的 poll 實現。 

        Event 輸入驅動的架構和實現：

                         
Linux裝置驅動之——input子系統

 

     3.ALSA音頻驅動

         進階 Linux 聲音體系 ALSA(Advanced Linux Sound Architecture ) 是為音頻系統提供驅動 的Linux 核心組件，以替代原先的開發聲音系統 OSS 。它是一個完全開放原始碼的音頻驅動程式集 ，除了像 OSS 那樣提供一組核心驅動程式模組之外 ， ALSA 還專門為簡化應用程式的編寫提供相應的函數庫，與 OSS 提供的基於
ioctl 等原始編程介面相比， ALSA 函數庫使用起來要更加方便一些 

        利用該函數庫，開發人員可以方便、快捷地開發出自己的應用程式，細節則留給函數庫進行內部處理 。 所以雖然 ALSA 也提供了類似於 OSS 的系統介面 ， 但建議應用程式開發人員使用音頻函數庫，而不是直接調用驅動函數。

                     ALSA 驅動的主裝置號為 116 ，次裝置號由各個裝置單獨定義，主要的裝置節點如下：
                             / dev / snd / contmlCX —— 主控制 ；
                             / dev / snd / pcmXXXc —— PCM 資料通道 ；
                             / dev / snd / seq —— 順序器；
                             / dev / snd / timer —— 定義器。
        在使用者空問中 ， ALSA 驅動通常配合 ALsA 庫使用 ， 庫通過 ioctl 等介面調用 ALSA 驅動程式的裝置節點。對於 AIJSA 驅動的調用，調用的是使用者空間的 ALsA 庫的介面，而不是直接調用  ALSA 驅動程式。 ALSA 音頻驅動的架構如所示：

                                     

        ALSA 驅動程式的主要標頭檔是 include / sound ./ sound . h ，驅動核心資料結構和具體驅動的註冊函數是 include / sound / core . h ，驅動程式 的核心實現是 Sound / core / sound . c 檔案。                     

       ALSA 驅動程式使用下面的函數註冊控制和裝置：

                int snd _ pcm _ new (struct snd _ card * card ， char * id ， int device ， int playback _ count ， int capture _ count ， struct snd _ pcm ** rpcm) ；

                 int snd ctl _ add(struct snd _ card * card ， struct snd _ kcontrol * kcontro1) ；

         ALSA 音頻驅動在核心進行 menuconfig 配置時 ， 配置選項為 “ Device Drivers ” > “ Sound c ard support ” 一 > “ Advanced Linux Sound Architecture ” 。子選項包含了 Generic sound devices( 通用聲音裝置 ) 、 ARM 體繫結構支援，以及相容 OSS 的幾個選項。 ALsA 音頻驅動配置對應的檔案是sound
/ core / Kconfig 。

      Android 沒有直接使用 ALSA 驅動，可以基於 A-LSA 驅動和 ALSA 庫實現 Android Audio 的硬體抽象層； ALSA 庫調用核心的 ALSA 驅動， Audio 的硬體抽象層調用 ALSA 庫。      

      4.OSS音頻驅動

         OSS（Open Sound System開放聲音系統）是 linux 上最早出現的音效卡驅動。OSS 由一套完整的核心驅動程式模組組成，可以為絕大多數音效卡提供統一的編程介面。

         OSS 是字元裝置，主裝置號14，主要包括下面幾種裝置檔案：

          1） /dev/sndstat

                 它是音效卡驅動程式提供的簡單介面，它通常是一個唯讀檔案，作用也只限於彙報音效卡的目前狀態。（用於檢測音效卡）

          2）/dev/dsp

                 用於數字採樣和數字錄音的裝置檔案。對於音頻編程很重要。實現類比訊號和數字訊號的轉換。

          3）/dev/audio

                 類似於/dev/dsp，使用的是 mu-law 編碼方式。

          4）/dev/mixer

                 用於多個訊號組合或者疊加在一起，對於不同的音效卡來說，其混音器的作用可能各不相同。

          5）/dev/sequencer

                   這個裝置用來對音效卡內建的波表合成器進行操作，或者對 MIDI 匯流排上的樂器進行控制。

           OSS 驅動所涉及的檔案主要包括：

                kernel/include/linux/soundcard.h

                kernel/include/linux/sound.h   定義 OSS 驅動的次裝置號和註冊函數

                kernel/sound_core.c    OSS核心實現部分

           OSS驅動架構圖：

       

     5.V4l2視頻驅動

　　 V4L2是V4L的升級版本，為linux下視頻裝置程式提供了一套介面規範。包括一套資料結構和底層V4L2驅動介面。V4L2提供了很多提供者，你可以根據具體需要選擇操作方法。需要注意的是，很少有驅動完全實現了所有的介面功能。所以在使用時需要參考驅動源碼，或仔細閱讀驅動提供者的使用說明。

      V4L2的主裝置號是81，次裝置號：0~255，這些次裝置號裡也有好幾種裝置（視頻裝置、Radio裝置、Teletext、VBI）。

        V4L2的裝置節點： /dev/videoX, /dev/vbiX and /dev/radioX

      V4L2架構圖：