android HAL知識

轉 http://blog.csdn.net/k229650014/article/details/5801397 1 HAL簡介 Android 的 HAL（Hardware Abstract Layer硬體抽象層）是Google因應廠商「希望不公開源碼」的要求下，所推出的新觀念，其架構如。雖然 HAL 現在的「抽象程度」還不足，現階段實作還不是全面符合 HAL的架構規劃，不過也確實給了我們很好的思考空間。 圖1：Android HAL 架構規劃 這是 Patrick Brady (Google) 在2008 Google I/O 所發表的演講「Anatomy & Physiology of an Android」中，所提出的 Android HAL 架構圖。從這張架構圖我們知道，HAL 的目的是為了把 Android framework 與 Linux kernel 完整「隔開」。讓 Android 不至過度依賴 Linux kernel，有點像是「kernel independent」的意思，讓 Android framework 的開發能在不考慮驅動程式的前提下進行發展。 在 Android 原始碼裡，HAL 主要的實作儲存於以下目錄： 1. libhardware_legacy/ - 過去的實作、採取連結庫模組的觀念進行 2. libhardware/ - 新版的實作、調整為 HAL stub 的觀念 3. ril/ - Radio Interface Layer 在 HAL 的架構實作成熟前（即圖1的規劃），我們先就目前 HAL 現況做一個簡單的分析。另外，目前 Android 的 HAL實作，仍舊散布在不同的地方，例如 Camera、WiFi 等，因此上述的目錄並不包含所有的 HAL 程式碼。 2 HAL 的過去 圖2：Android HAL / libhardware_legacy 過去的 libhardware_legacy 作法，比較是傳統的「module」方式，也就是將 *.so 檔案當做「shared library」來使用，在runtime（JNI 部份）以 direct function call 使用 HAL module。透過直接函數呼叫的方式，來操作驅動程式。當然，應用程式也可以不需要透過 JNI 的方式進行，直接以載入 *.so 檔（dlopen）的做法呼叫*.so 裡的符號（symbol）也是一種方式。總而言之是沒有經過封裝，上層可以直接操作硬體。 3 HAL 的現況 圖3：Android HAL / libhardware 現在的 libhardware 作法，就有「stub」的味道了。HAL stub 是一種代理人（proxy）的概念，stub 雖然仍是以 *.so檔的形式存在，但 HAL 已經將 *.so 檔隱藏起來了。Stub 向 HAL「提供」操作函數（operations），而 runtime 則是向 HAL 取得特定模組（stub）的 operations，再 callback 這些操作函數。這種以 indirect function call 的實作架構，讓HAL stub 變成是一種「包含」關係，即 HAL 裡包含了許許多多的 stub（代理人）。Runtime 只要說明「類型」，即 module ID，就可以取得操作函數。對於目前的HAL，可以認為Android定義了HAL層結構架構，通過幾個介面訪問硬體從而統一了調用方式。 4 HAL_legacy和HAL的對比 HAL_legacy：舊式的HAL是一個模組，採用共用庫形式，在編譯時間會調用到。由於採用function call形式調用，因此可被多個進程使用，但會被mapping到多個進程空間中，造成浪費，同時需要考慮代碼能否安全重入的問題（thread safe）。 HAL：新式的HAL採用HAL module和HAL stub結合形式，HAL stub不是一個share library，編譯時間上層只擁有訪問HAL stub的函數指標，並不需要HAL stub。上層通過HAL module提供的統一介面擷取並操作HAL stub，so檔案只會被mapping到一個進程，也不存在重複mapping和重入問題。 5 HAL module架構 HAL moudle主要分為三個結構： struct hw_module_t; struct hw_module_methods_t; struct hw_device_t; 他們的繼承關係如： 圖4：Android HAL結構繼承關係 6 HAL使用方法 （1）Native code通過hw_get_module調用擷取HAL stub： hw_get_module (LED_HARDWARE_MODULE_ID, (const hw_module_t**)&module) （2）通過繼承hw_module_methods_t的callback來 open裝置： module->methods->open(module,             LED_HARDWARE_MODULE_ID, (struct hw_device_t**)device); （3）通過繼承 hw_device_t的callback來控制裝置： sLedDevice->set_on(sLedDevice, led); sLedDevice->set_off(sLedDevice, led); 7 HAL stub編寫方法 （1）定義自己的HAL結構體，編寫標頭檔led.h, hardware/hardware.h struct led_module_t {    struct hw_module_t common; }; struct led_control_device_t {    struct hw_device_t common;    int fd;             /* file descriptor of LED device */    /* supporting control APIs go here */    int (*set_on)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led);    int (*set_off)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led); }; 繼承關係如： 圖5：HAL stub與HAL module繼承關係 （2）設計led.c 完成功能實現和HAL stub註冊 （2.1）led_module_methods繼承 hw_module_methods_t，實現open的callback struct hw_module_methods_t led_module_methods = {     open: led_device_open }; （2.2）用 HAL_MODULE_INFO_SYM執行個體led_module_t，這個名稱不可修改 tag：需要制定為 HARDWARE_MODULE_TAG id：指定為 HAL Stub 的 module ID methods：struct hw_module_methods_t，為 HAL 所定義的「method」 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. */ }; （2.3）open是一個必須實現的callback API，負責申請結構體空間，填充資訊，註冊具體操作API介面,開啟Linux驅動。        由於存在多重繼承關係，只需對子結構體hw_device_t對象申請空間即可。 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));        dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;        dev->common.version = 0;        dev->common.module = module;        dev->common.close = led_device_close;        dev->set_on = led_on;        dev->set_off = led_off;        *device = &dev->common;        /*          * Initialize Led hardware here.          */         dev->fd = open(LED_DEVICE, O_RDONLY);        if (dev->fd < 0)            return -1;        led_off(dev, LED_C608);        led_off(dev, LED_C609); success:        return 0; } （2.4）填充具體API作業碼 int led_on(struct led_control_device_t *dev, int32_t led) {        int fd;        LOGI("LED Stub: set %d on.", led);        fd = dev->fd;        switch (led) {               case LED_C608:                      ioctl(fd, 1, &led);                      break;               case LED_C609:                      ioctl(fd, 1, &led);                      break;               default:                      return -1;        } return 0; } int led_off(struct led_control_device_t *dev, int32_t led) {        int fd;        LOGI("LED Stub: set %d off.", led);        fd = dev->fd;        switch (led) {               case LED_C608:                      ioctl(fd, 2, &led);                      break;               case LED_C609:                      ioctl(fd, 2, &led);                      break;               default:                      return -1;        }        return 0; }         <!-- /* Font Definitions */ @font-face {font-family:宋體; panose-1:2 1 6 0 3 1 1 1 1 1; mso-font-alt:SimSun; mso-font-charset:134; mso-generic-font-family:auto; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:3 135135232 16 0 262145 0;} @font-face {font-family:"/@宋體"; panose-1:2 1 6 0 3 1 1 1 1 1; mso-font-charset:134; mso-generic-font-family:auto; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:3 135135232 16 0 262145 0;} /* Style Definitions */ p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal {mso-style-parent:""; margin:0cm; margin-bottom:.0001pt; text-align:justify; text-justify:inter-ideograph; mso-pagination:none; font-size:10.5pt; mso-bidi-font-size:12.0pt; font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-font-family:宋體; mso-font-kerning:1.0pt;} /* Page Definitions */ @page {mso-page-border-surround-header:no; mso-page-border-surround-footer:no;} @page Section1 {size:595.3pt 841.9pt; margin:72.0pt 90.0pt 72.0pt 90.0pt; mso-header-margin:42.55pt; mso-footer-margin:49.6pt; mso-paper-source:0; layout-grid:15.6pt;} div.Section1 {page:Section1;} --> Android HAL 是如何被調用的 Android對硬體的調用，google推薦使用HAL的方式進行調用，對於Andriod HAL的寫法，可以參考android源碼裡的hardware目錄下幾個模組的模版。 在看HAL的編寫方法的過程中，會發現整個模組貌似沒有一個入口。一般說來模組都要有個入口，比如應用程式有main函數，可以為載入器進行載入執行，dll檔案有dllmain，而對於我們自己寫的動態連結程式庫，我們可以對庫中匯出的任何符號進行調用。 問題來了，Android中的HAL是比較具有通用性的，需要上層的函數對其進行載入調用，Android的HAL載入器是如何?對不同的Hardware Module進行通用性的調用的呢？ 帶著這個疑問查看Android源碼，會發現Android中實現調用HAL是通過hw_get_module實現的。 int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module); 這是其函數原型，id會指定Hardware的id，這是一個字串，比如sensor的id是 #define SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID "sensors"，如果找到了對應的hw_module_t結構體，會將其指標放入*module中。看看它的實現。。。。     /* Loop through the configuration variants looking for a module */     for (i=0 ; i<HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1 ; i++) {         if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT) {              //擷取ro.hardware/ro.product.board/ro.board.platform/ro.arch等key的值。             if (property_get(variant_keys[i], prop, NULL) == 0) {                 continue;             }             snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so",                     HAL_LIBRARY_PATH, id, prop);               //如果開發板叫做mmdroid,那麼這裡的path就是system/lib/hw/sensor.mmdroid.so         } else {             snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.default.so",                     HAL_LIBRARY_PATH, id);//預設會載入/system/lib/hw/sensor.default.so            }         if (access(path, R_OK)) {             continue;         }         /* we found a library matching this id/variant */         break;     }     status = -ENOENT;     if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1) {         /* load the module, if this fails, we're doomed, and we should not try          * to load a different variant. */         status = load(id, path, module);//調用load函數開啟動態連結程式庫     }     擷取了動態連結程式庫的路徑之後，就會調用load函數開啟它，下面會開啟它。   奧秘在load中 static int load(const char *id,         const char *path,         const struct hw_module_t **pHmi) {     int status;     void *handle;     struct hw_module_t *hmi;       /*      * load the symbols resolving undefined symbols before      * dlopen returns. Since RTLD_GLOBAL is not or'd in with      * RTLD_NOW the external symbols will not be global      */     handle = dlopen(path, RTLD_NOW);//開啟動態庫     if (handle == NULL) {         char const *err_str = dlerror();         LOGE("load: module=%s/n%s", path, err_str?err_str:"unknown");         status = -EINVAL;         goto done;     }       /* Get the address of the struct hal_module_info. */     const char *sym = HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR;//被定義為了“HMI”     hmi = (struct hw_module_t *)dlsym(handle, sym);//尋找“HMI”這個匯出符號，並擷取其地址     if (hmi == NULL) {         LOGE("load: couldn't find symbol %s", sym);         status = -EINVAL;         goto done;     }   /* Check that the id matches */ //找到了hw_module_t結構！！！     if (strcmp(id, hmi->id) != 0) {         LOGE("load: id=%s != hmi->id=%s", id, hmi->id);         status = -EINVAL;         goto done;     }       hmi->dso = handle;       /* success */     status = 0;       done:     if (status != 0) {         hmi = NULL;         if (handle != NULL) {             dlclose(handle);             handle = NULL;         }     } else {         LOGV("loaded HAL id=%s path=%s hmi=%p handle=%p",                 id, path, *pHmi, handle);     }   //凱旋而歸     *pHmi = hmi;        return status; } 從上面的代碼中，會發現一個很奇怪的宏HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR，它直接被定義為了#define HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR  "HMI"，為何根據它就能從動態連結程式庫中找到這個hw_module_t結構體呢？我們查看一下我們用到的hal對應的so就可以了，在linux中可以使用readelf XX.so –s查看。 Symbol table '.dynsym' contains 28 entries:    Num:     Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name      0: 00000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND      1: 00000594     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7      2: 00001104     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   13      3: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND ioctl      4: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND strerror      5: 00000b84     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __exidx_end      6: 00000000     0 OBJECT  GLOBAL DEFAULT  UND __stack_chk_guard      7: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __aeabi_unwind_cpp_pr0      8: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __errno      9: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _bss_end__     10: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND malloc     11: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __bss_start__     12: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __android_log_print     13: 00000b3a     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __exidx_start     14: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __stack_chk_fail     15: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __bss_end__     16: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __bss_start     17: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND memset     18: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __aeabi_uidiv     19: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __end__     20: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _edata     21: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _end     22: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND open     23: 00080000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _stack     24: 00001104   128 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   13 HMI     25: 00001104     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   13 __data_start     26: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND close     27: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND free 從上面中，第24個符號，名字就是“HMI”，對應於hw_module_t結構體。再去對照一下HAL的代碼。 /*   * The COPYBIT Module   */ struct copybit_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {     common: {         tag: HARDWARE_MODULE_TAG,         version_major: 1,         version_minor: 0,         id: COPYBIT_HARDWARE_MODULE_ID,         name: "QCT MSM7K COPYBIT Module",         author: "Google, Inc.",         methods: &copybit_module_methods     } }; 這裡定義了一個名為HAL_MODULE_INFO_SYM的copybit_module_t的結構體，common成員為hw_module_t類型。注意這裡的HAL_MODULE_INFO_SYM變數必須為這個名字，這樣編譯器才會將這個結構體的匯出符號變為“HMI”，這樣這個結構體才能被dlsym函數找到！ 綜上，我們知道了andriod HAL模組也有一個通用的入口地址，這個入口地址就是HAL_MODULE_INFO_SYM變數，通過它，我們可以訪問到HAL模組中的所有想要外部存取到的方法。