深入淺出 – Android系統移植與平台開發 – Sensor HAL架構分析之一

轉自：http://blog.csdn.net/mr_raptor/article/details/8090474

1.      Sensor的概念

Sensor即感應器，在當前智能手機上大量存在：G-Sensor、LightsSensor、ProximitySensor、TemperatureSensor等，其作為Android系統的一個輸入裝置，對於重視使用者體驗的行動裝置來說是必不可少的。Sensor雖然是一個輸入裝置，但是它又不同於觸控螢幕，鍵盤，按鍵等這些常規的輸入裝置，因為Sensor的資料輸入從感應器硬體到裝置的，而常規的輸入裝置是從使用者到裝置的，比如：溫度感應器用於感知溫度的變化，採樣感應器資料上報給裝置。而感應器硬體的工作與否，採樣精度是由使用者來控制的，所以對應Sensor而言是其工作方式是雙向的，即：控制硬體的控制流程，硬體上報的資料流。這也決定了Sensor的架構不同與觸控螢幕等常規輸入子系統。

本章節主要研究的Sensor架構代碼與SensorHAL的實現細節，一切還是從Sensor架構開始，首先來回顧下Led HAL的實現架構。

Led HAL是我們自己實現的，主要分為四部分：

Led App：Led的應用程式

Led Service架構：Led應用的API提供者

LedService本地：LedService服務的本地實現，上層與底層的通訊轉化介面

Led HAL Stub：HAL層代碼，具體硬體驅動操作介面

很明顯，我們寫的Led HAL代碼是典型的控制流程，反饋結果就是Led燈的亮與滅，它的架構不適用於Sensor架構，具體有如下幾點：

l  Led是單純的控制流程，而Sensor是控制流程與資料流

Sensor的資料流不是即時的，而是有採樣速率，並且資料不是連續的，阻塞在讀取硬體裝置資料上，只有資料得到才返回。

l  Sensor是提供給所有感應器的通用架構，不是針對某一特定硬體的架構

Sensor包含多種類型，在上層和底層都有對Sensor具體類型的屏蔽，讓它通用所有感應器。

l  Sensor的服務不是由應用程式建立啟動的，應該是伴隨系統啟動的

任何一個應用程式裡都可以使用Sensor服務，這決定了Sensor服務應該伴隨系統啟動。

2.      Sensor的架構分析

本節是本系列第一個分析的具體裝置的架構，從Android SensorService的註冊啟動開始，到應用程式獲得SensorManager註冊感應器監聽器，詳細分析從應用程式層到Java架構層再到本地代碼，最後調用HAL層全部過程。

1.1  Sensor服務的啟動

由前面Android啟動流程章節可知，Zygote啟動起來後，啟動並執行每一個Java進程是SystemServer，它用來啟動並管理所有的Android服務：

[cpp]
view plaincopyprint?

1. public staticvoid main(String[] args) { 
2.     … 
3.        System.loadLibrary("android_servers"); 
4.        init1(args); 
5.       } 

public static void main(String[] args) {    …       System.loadLibrary("android_servers");       init1(args);      }

由SystemServer的main方法可知，其載入了libandroid_servers.so的庫，並且調用了init1()方法。

我們通過下面的命令來找到該庫的編譯目錄：

[plain]
view plaincopyprint?

1. find ./frameworks/base –name Android.mk –exec grep –l libandroid_servers{}\; 

find ./frameworks/base –name Android.mk –exec grep –l libandroid_servers{}\;

通過列印的資訊知道，其對應的源碼目錄在：frameworks/base/services/jni/下，其實Android架構層的代碼的特點就是Java目錄下存放的是對應的Java架構代碼，對應的jni目錄下是對應的本地代碼。

在這個目錄所有的代碼最重要的就是：com_android_server_SystemServer.cpp：

[cpp]
view plaincopyprint?

1. namespace android { 
   
2.  
3. extern "C"int system_init(); 
4. static void android_server_SystemServer_init1(JNIEnv*env, jobject clazz) 
5. { 
6.    system_init(); 
7. } 
8. /*
9. * JNIregistration.
10. */ 
11. static JNINativeMethod gMethods[] = { 
12.     /* name,signature, funcPtr */ 
    
13.     {"init1", "([Ljava/lang/String;)V", (void*) android_server_SystemServer_init1}, 
14. }; 
15.  
16. int register_android_server_SystemServer(JNIEnv* env) 
17. { 
18.     returnjniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/SystemServer", 
19.            gMethods, NELEM(gMethods)); 
20. } 
21.  
22. }; // namespace android 

namespace android {extern "C" int system_init();static void android_server_SystemServer_init1(JNIEnv*env, jobject clazz){   system_init();}/* * JNIregistration. */static JNINativeMethod gMethods[] = {    /* name,signature, funcPtr */    {"init1", "([Ljava/lang/String;)V", (void*) android_server_SystemServer_init1},};int register_android_server_SystemServer(JNIEnv* env){    returnjniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/SystemServer",           gMethods, NELEM(gMethods));}}; // namespace android

代碼不是很多，也比較好讀，調用jniRegisterNativeMethods方法註冊SystemServer的Java方法也本地方法映射關係，jniRegisterNativeMethods是一個本地方法的註冊Helper方法。

SystemServer.java在載入了libandroid_servers.so庫之後，調用了init1()，通過上面代碼中的映射關係可知，它調用了本地的android_server_SystemServer_init1方法，該方法直接調用system_init()，其實現在frameworks/base/cmds/system_server/library/system_init.cpp中實現：

[cpp]
view plaincopyprint?

1. extern "C" status_t system_init() 
2. { 
3.    LOGI("Entered system_init()"); 
4.    sp<ProcessState> proc(ProcessState::self()); 
5.    sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager(); 
6.    LOGI("ServiceManager: %p\n", sm.get()); 
7.    sp<GrimReaper> grim = new GrimReaper(); 
8.    sm->asBinder()->linkToDeath(grim, grim.get(), 0); 
9.  
10.     charpropBuf[PROPERTY_VALUE_MAX]; 
11.    property_get("system_init.startsurfaceflinger", propBuf,"1"); 
12.     if(strcmp(propBuf, "1") == 0) { 
13.         // Startthe SurfaceFlinger 
14.        SurfaceFlinger::instantiate(); 
15.     } 
16.  
17.     property_get("system_init.startsensorservice", propBuf,"1"); 
18.     if(strcmp(propBuf, "1") == 0) { 
19.         // Startthe sensor service 
20.        SensorService::instantiate(); 
21.     } 
22.     LOGI("Systemserver: starting Android runtime.\n"); 
23.    AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime(); 
24.  
25.    LOGI("System server: starting Android services.\n"); 
26.     JNIEnv* env =runtime->getJNIEnv(); 
27.     if (env ==NULL) { 
    
28.         returnUNKNOWN_ERROR; 
29.     } 
30.  
31.     jclass clazz= env->FindClass("com/android/server/SystemServer"); 
32.     if (clazz ==NULL) { 
33.         returnUNKNOWN_ERROR; 
34.     } 
35.  
36.     jmethodIDmethodId = env->GetStaticMethodID(clazz,
    "init2","()V"); 
37.     if (methodId== NULL) { 
38.         returnUNKNOWN_ERROR; 
39.     } 
40.    env->CallStaticVoidMethod(clazz, methodId); 
41.  
42.     LOGI("System server: entering thread pool.\n"); 
43.    ProcessState::self()->startThreadPool(); 
44.    IPCThreadState::self()->joinThreadPool(); 
45.    LOGI("System server: exiting thread pool.\n"); 
46. } 

extern "C" status_t system_init(){   LOGI("Entered system_init()");   sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());   sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();   LOGI("ServiceManager: %p\n", sm.get());   sp<GrimReaper> grim = new GrimReaper();   sm->asBinder()->linkToDeath(grim, grim.get(), 0);    charpropBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];   property_get("system_init.startsurfaceflinger", propBuf,"1");    if(strcmp(propBuf, "1") == 0) {        // Startthe SurfaceFlinger       SurfaceFlinger::instantiate();    }    property_get("system_init.startsensorservice", propBuf,"1");    if(strcmp(propBuf, "1") == 0) {        // Startthe sensor service       SensorService::instantiate();    }    LOGI("Systemserver: starting Android runtime.\n");   AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();   LOGI("System server: starting Android services.\n");    JNIEnv* env =runtime->getJNIEnv();    if (env ==NULL) {        returnUNKNOWN_ERROR;    }    jclass clazz= env->FindClass("com/android/server/SystemServer");    if (clazz ==NULL) {        returnUNKNOWN_ERROR;    }    jmethodIDmethodId = env->GetStaticMethodID(clazz, "init2","()V");    if (methodId== NULL) {        returnUNKNOWN_ERROR;    }   env->CallStaticVoidMethod(clazz, methodId);    LOGI("System server: entering thread pool.\n");   ProcessState::self()->startThreadPool();   IPCThreadState::self()->joinThreadPool();   LOGI("System server: exiting thread pool.\n");}

如果瞭解Binder機制的話，應該知道，sp<ProcessState> proc(ProcessState::self())開啟Binder驅動並會建立一個ProcessState對象並維持當前進程的Binder通訊的伺服器端。

如果系統屬性裡配置了system_init.startsensorservice 屬性為1，則通過SensorService::instantiate()啟動Sensor服務。

對於初學者最頭疼的就是追物件導向代碼中的重載，重寫的代碼了，SensorService::instantiate()調用的是其父類的方法，我們可以通過子類的定義找其繼承關係，然後順著繼承關係再來尋找方法的實現，如果在子類裡和父類裡都有方法的實現，那麼看參數的匹配，如果參數都相互匹配，那麼就是所謂的重寫，調用的是子類的方法。SensorService的定義如下：

@frameworks/base/services/sensorservice/SensroService.h

[cpp]
view plaincopyprint?

1. class SensorService : 
   
2.         publicBinderService<SensorService>, 
3.         publicBnSensorServer, 
4.         protectedThread 
5. { 

class SensorService :        publicBinderService<SensorService>,        publicBnSensorServer,        protectedThread{

通過SensorService的定義可知，在當前類裡沒有instantiate方法的聲明，說明其調用的是父類的方法，其繼承了BinderService，BnSensorServer，Thread類（難道SensorService是一個線程？？），順著繼承關係找，在BinderService裡可以找到instantiate方法的聲明。

@frameworks/base/include/binder/BinderService.h

[cpp]
view plaincopyprint?

1. template<typename SERVICE> 
2.  
3. class BinderService 
   
4. { 
5. public: 
6.     static status_t publish() { 
   
7.        sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager()); 
8.        returnsm->addService(String16(SERVICE::getServiceName()),
   new SERVICE()); 
9.     } 
10.  
11.     static void publishAndJoinThreadPool() { 
12.        sp<ProcessState> proc(ProcessState::self()); 
13.        sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager()); 
14.        sm->addService(String16(SERVICE::getServiceName()),
    new SERVICE()); 
15.        ProcessState::self()->startThreadPool(); 
16.        IPCThreadState::self()->joinThreadPool(); 
17.     } 
18.  
19.     static void instantiate() { publish(); } 
20.  
21.     static status_t shutdown() { 
22.         return NO_ERROR; 
23.     } 
24. }; 

template<typename SERVICE>class BinderService{public:    static status_t publish() {       sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());       returnsm->addService(String16(SERVICE::getServiceName()), new SERVICE());    }    static void publishAndJoinThreadPool() {       sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());       sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());       sm->addService(String16(SERVICE::getServiceName()), new SERVICE());       ProcessState::self()->startThreadPool();       IPCThreadState::self()->joinThreadPool();    }    static void instantiate() { publish(); }    static status_t shutdown() {        return NO_ERROR;    }};

通過上面程式碼分析可知，instantiate方法建立了SensorService並通過addService將自己新建立的SensorService服務添加到Android服務列表裡了。

Ok，那我們來到SensorService服務中。

@frameworks/base/services/sensorservice/SensorService.cpp

[cpp]
view plaincopyprint?

1. SensorService::SensorService() 
2.     :mInitCheck(NO_INIT) 
3. { 
4. } 
5.  
6. void SensorService::onFirstRef() 
   
7. { 
8.    LOGD("nuSensorService starting..."); 
9.    SensorDevice& dev(SensorDevice::getInstance()); 
10. … 

SensorService::SensorService()    :mInitCheck(NO_INIT){}void SensorService::onFirstRef(){   LOGD("nuSensorService starting...");   SensorDevice& dev(SensorDevice::getInstance());…

SensorService的構造方法比較簡單，初始化了成員變數mInitCheck為NO_INIT。

要注意構造方法後面的onFirstRef方法，它是Android系統裡引用計數系統裡的一個方法。當RefBase的子類對象被第一次強引用時自動調用其方法，所以當第一次使用SensorService服務裡該方法被自動回調。

形如：

[cpp]
view plaincopyprint?

1. sp< ISensorServer> sm(mSensorService); 

sp< ISensorServer> sm(mSensorService);

註：關於引用計數系統，如果讀者不太瞭解，請參考鄧凡平老師的：深入理解：Android系統核心 卷I中的三板斧部分。

SensorService的啟動到此暫停，等待上層應用的使用SensorService服務並調用onFirstRef方法。