Android HAL实例解析


一、概述

    本文希望通过分析台湾的Jollen的mokoid 工程代码，和在s5pc100平台上实现过程种遇到的问题，解析Andorid HAL的开发方法。     

二、HAL介绍

    现有HAL架构由Patrick Brady (Google) 在2008 Google  I/O演讲中提出的，如下图。

 

 

    Android的HAL是为了保护一些硬件提供商的知识产权而提出的，是为了避开linux的GPL束缚。思路是把控制硬件的动作都放到了Android HAL中，而linux driver仅仅完成一些简单的数据交互作用，甚至把硬件寄存器空间直接映射到user space。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。也许也正是因为Android不遵从GPL，所以Greg Kroah-Hartman才在2.6.33内核将Andorid驱动从linux中删除。GPL和硬件厂商目前还是有着无法弥合的裂痕。Android想要把这个问题处理好也是不容易的。

    总结下来，Android HAL存在的原因主要有：

    1. 并不是所有的硬件设备都有标准的linux kernel的接口

    2. KERNEL DRIVER涉及到GPL的版权。某些设备制造商并不原因公开硬件驱动，所以才去用HAL方    式绕过GPL。

    3. 针对某些硬件，An有一些特殊的需求 

三、HAL内容

1、HAL 主要的储存于以下目录：

（注意：HAL在其它目录下也可以正常编译）

l  libhardware_legacy/ - 旧的架构、采取链接库模块的观念进行

l  libhardware/ - 新架构、调整为 HAL stub 的观念

l  ril/ - Radio Interface Layer

l  msm7k  QUAL平台相关

    主要包含以下一些模块：Gps、Vibrator、Wifi、Copybit、Audio、Camera、Lights、Ril、Overlay等。

2、两种 HAL 架构比较

    目前存在两种HAL架构，位于libhardware_legacy目录下的“旧HAL架构”和位于libhardware目录下的“新HAL架构”。两种框架如下图所示。

                   图3.1   旧HAL架构                             图3.2  新HAL架构

 

      libhardware_legacy 是将 *.so 文件当作shared library来使用，在runtime（JNI 部份）以 direct function call 使用 HAL module。通过直接函数调用的方式，来操作驱动程序。当然，应用程序也可以不需要通过 JNI 的方式进行，直接加载 *.so （dlopen）的做法调用*.so 里的符号（symbol）也是一种方式。总而言之是没有经过封装，上层可以直接操作硬件。

    现在的libhardware 架构，就有stub的味道了。HAL stub 是一种代理人（proxy）的概念，stub 虽然仍是以 *.so檔的形式存在，但HAL已经将 *.so 档隐藏起来了。Stub 向 HAL提供操作函数（operations），而 runtime 则是向 HAL 取得特定模块（stub）的 operations，再 callback 这些操作函数。这种以 indirect function call 的架构，让HAL stub 变成是一种包含关系，即 HAL 里包含了许许多多的 stub（代理人）。Runtime 只要说明类型，即 module ID，就可以取得操作函数。对于目前的HAL，可以认为Android定义了HAL层结构框架，通过几个接口访问硬件从而统一了调用方式。

    下面结合实例来分析HAL编程方法。 

四、mokoid 工程代码下载与结构分析

1、mokid项目概述

    modkoid工程提供了一个LedTest示例程序，是台湾的Jollen用于培训的。对于理解android层次结构、Hal编程方法都非常有意义。

2、下载方法

    #svn checkout http://mokoid.googlecode.com/svn/trunk/mokoid-read-only

3、结构分析

|-- Android.mk  

|-- apps      //两种应用测试方法

|   |-- Android.mk

|   |-- LedClient    //直接调用service来调用jni

|   |   |-- AndroidManifest.xml

|   |   |-- Android.mk

|   |   `-- src

|   |       `-- com

|   |           `-- mokoid

|   |               `-- LedClient

|   |                   `-- LedClient.java     //第1种方式应用程序实现代码

|   `-- LedTest        //通过manager来调用jni

|       |-- AndroidManifest.xml

|       |-- Android.mk

|       `-- src

|           `-- com

|               `-- mokoid

|                   `-- LedTest

|                       |-- LedSystemServer.java  //开启了一个后台service，下文会有解释

|                       `-- LedTest.java    //第2种方式应用程序实现代码

|-- dma6410xp   //这个目录可以不要

|   |-- AndroidBoard.mk

|   |-- AndroidProducts.mk

|   |-- BoardConfig.mk

|   |-- dma6410xp.mk

|   |-- init.dma6410xp.rc

|   |-- init.goldfish.sh

|   `-- init.rc

|-- frameworks     //框架代码

|   |-- Android.mk

|   `-- base

|       |-- Android.mk

|       |-- core

|       |   `-- java

|       |       `-- mokoid

|       |           `-- hardware

|       |               |-- ILedService.aidl

|       |               `-- LedManager.java     //实现了Manager，给第2种方法用

|       `-- service  

|           |-- Android.mk

|           |-- com.mokoid.server.xml

|           |-- java

|           |   `-- com

|           |       `-- mokoid

|           |           `-- server

|           |               `-- LedService.java    //Framework service代码

|           `-- jni

|               |-- Android.mk

|               `-- com_mokoid_server_LedService.cpp  //jni代码

|-- hardware

|   |-- Android.mk

|   |-- libled

|   |   |-- Android.mk

|   |   `-- libled.c

|   `-- modules

|       |-- Android.mk

|       |-- include

|       |   `-- mokoid

|       |       `-- led.h

|       `-- led

|           |-- Android.mk

|           `-- led.c       //led stub 硬件控制代码

`-- README.txt

 

 

    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。在Android下访问HAL大致有以下两种方式：

 

  （1）Android的app可以直接通过service调用.so格式的jni

 

 

 

 

 

 

（2）经过Manager调用service

 

     上面两种方法应该说是各有优缺点，第一种方法简单高效，但不正规。第二种方法实现起来比较复杂，但更符合目前的Android框架。第二种方法中，LegManager和LedService（java）在两个进程中，需要通过进程通讯的方式来通讯。

     mokoid工程中实现了上述两种方法。下面将详细介绍这两种方法的实现原理。

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