Android(安卓)HIDL理解（基于Android(安卓)O）

Android HIDL理解（基于Android O）

1 概述

HIDL是Hardware Interface Definition Language的简称。在Android Project Treble被提出，在android O中被全面的推送。

2 HIDL

2.1 hidl设计目的

设计 HIDL 这个机制的目的，主要目的是把框架（framework）与 HAL 进行隔离，使得框架部分可以直接被覆盖、更新，而不需要重新对 HAL 进行编译。HAL 的部分将会放在设备的 /vendor 分区中，并且是由设备供应商（vendors）或 SOC 制造商来构建。这使得框架部分可以通过 OTA 方式更新，同时不需要重新编译 HAL。

HIDL 实际上是用于进行进程间通信（Inter-process Communication，IPC）的。进程间的通信可以称为 Binder 化（Binderized）。对于必须连接到进程的库，也可以使用 passthough 模式（但在Java中不支持）。

HIDL 接口具有client端和server端的实现：

client端是指通过HIDL调用方法的一方

server端是指实现HIDL的接口，接受client的调用并返回数据的一方

在从 libhardware HAL 转换为 HIDL HAL 的过程后，HAL 的实现成为server端，而调用 HAL 的进程则成为client。默认实现可提供Passthrough和binderized式 HAL：

binderized mode:

以HIDL表示的 HAL。这些 HAL 取代了早期 Android 版本中使用的传统 HAL 和旧版 HAL。在Binder HAL 中，Android framework和 HAL 之间通过 Binder 进程间通信 (IPC) 调用进行通信。所有在推出时即搭载了 Android 8.0 或后续版本的设备都必须只支持binder HAL。

Passthrough Mode:

以 HIDL 封装的传统 HAL 或旧版 HAL。这些 HAL 封装了现有的 HAL，可在binder 和 Same-Process（Passthrough）模式下使用。升级到 Android 8.0 的设备可以使用Passthrough HAL。

演化过程，如下所示：

binder化后的通讯过程：

2.2 hidl语法

HIDL 语言与 C 语言是相似的（但没有使用 C 的预处理器），以下没有描述的标点符号（除了明显使用 | 与 = 的）是语法的一部分：

符号	说明
`/** */`	文档的注释。
/* */	多行注释
//	单行注释
[empty]	表示为空
？	可选项
…	该序列包含 0 个或者多个如前述使用分隔符隔开的项
,	分割序列元素
;	标记每个元素的结束位置
constexpr	C 风格的常量表达式
import_name	一个包或者接口的名称，其标准在 HIDL Versioning 中有详细阐述

示例：

下面列出的是 HIDL 相关的术语：

术语	翻译	说明
binderized	Binder 化	标明 HIDL 被用于进程间的远程方法调用，它是通过一个类似 Binder 的机制来实现的。
callback, asynchronous	异步回调	由 HAL 用户所提供的接口，通过 HIDL 的方法传递给 HAL，并由 HAL 来调用，以随时返回所需数据
callback, synchronous	同步回调	从服务端的 HIDL 方法实现向客户端返回数据，未使用的方法返回 void 或一个原始类型值。
client	客户端	调用一个特定接口的方法的进程。一个 HAL 或者 Framework 进程可以是一个接口的客户端，也可以是另一个接口的服务端。
extends	扩展	表示了一个将方法与（或）类型添加到另一个接口的接口。一个接口只能扩展另外的一个接口。它可以用于对于同一个包名的从版本升级，或者也可用来在一个旧的包的基础之上建立一个新的包（比如供应商的扩展）。
generates	生成	表示一个返回值给客户端的接口方法。为了返回一个非原始类型值，或者更多的值给客户端，则需要生成一个同步回调函数。
interface	接口	这是方法与类型的集合，在 C++ 与 Java 中转换为类。在接口中的所有方法都被调用在同一方向：客户端进程调用由服务端进程实现的方法。
oneway	单向	这个概念应用到 HIDL 方法时，表示其无返回值，且不会阻塞。
package	包	共享同一版本的接口与数据类型的集合。
passthrough	透明传输	服务端是一个共享库时的 HIDL 模式，通过 dlopen 被客户端打开。在这个 passthrough 模式下，客户端与服务端是相同的进程，但是是不同的代码库。仅仅用于将旧的代码库引用到 HIDL 模型中。
transport	传送带	HIDL 在客户端与服务端之间移动数据的基本结构。
server	服务端	实现了接口方法的进程。另请参阅 passthrough 的解释。
version	版本	包的版本。包含两个整数，表示主版本与从版本。从版本的升级可以增加（但不会改变原来的）类型或者方法。

2.3 Packages

HIDL是围绕接口构建的，接口是面向对象语言中用于定义行为的抽象类型。每个接口都是包的一部分。

package的名称可以包含子包比如package.subpackage。公共HIDL包的根目录在hardware/interfaces 或 vendor/vendorname。包名称在根目录下形成一个或多个子目录。

定义包的所有文件都在同一目录中。例如，可以在hardware / interfaces / example / extension / light / 2.0下找到包android.hardware.example.extension.light@2.0。

下表列出了包前缀和位置：

包目录包含扩展名为.hal的文件。每个文件都必须包含一个package声明，用于命名该文件所属的包和版本。文件types.hal（如果存在）不定义接口，而是定义包中每个接口可访问的数据类型。

3 示例

首先进入android更目录，创建示例目录：

在1.0目录中添加.hal文件，内容如下：

很简单就是获取vampire的爱好，返回一个string字符串内容就是我们需要的，接口定义完毕。

下面调用update-makefiles.sh脚本自动生成Android.bp

执行结束后会自动增加Android.bp文件：

Android.mk用于生成java，暂时不管，先看一下Android.bp的内容：

可以看到通过IVampir.hal后面会生成多个文件：

VampireAll.cpp/IVampire.h/IHwVampire.h/BnHwVampire.h/BpHwVampire.h/BsVampire.h

这些文件的作用是什么呢，android的官方文档给出了解释：

文件	说明
IFoo.h	描述 C++ 类中的纯 IFoo 接口；它包含 IFoo.hal 文件中的 IFoo 接口中所定义的方法和类型，必要时会转换为 C++ 类型。不包含与用于实现此接口的 RPC 机制（例如 HwBinder）相关的详细信息。类的命名空间包含软件包名称和版本号，例如 ::android::hardware::samples::IFoo::V1_0。客户端和服务器都包含此标头：客户端用它来调用方法，服务器用它来实现这些方法。
IHwFoo.h	包含用于对接口中使用的数据类型进行序列化的函数的声明。开发者不得直接包含其标头
BpFoo.h	从 IFoo 继承的类，可描述接口的 HwBinder 代理（客户端）实现。开发者不得直接引用此类。
BnFoo.h	保存对 IFoo 实现的引用的类，可描述接口的 HwBinder 存根（服务器端）实现。开发者不得直接引用此类。
fooAll.cpp	包含 HwBinder 代理和 HwBinder 存根的实现的类。当客户端调用接口方法时，代理会自动从客户端封送参数，并将事务发送到绑定内核驱动程序，该内核驱动程序会将事务传送到另一端的存根

可以看出这些文件包含了binder话后对于binder通讯的一些封装，作为client和service都需要引用它，client是为了调用而service则是为了实现功能。

再看一下这个文件最终的归宿：

可以看到最终所有文件都会被打包到android.hardware.vampire@1.0.so这个动态库中，而我们client的调用与service的实现都会使用这个动态库，到这hidl描述的interface就实现了，我们只需要mmm hardware/interfaces/vampire/就可以生成需要的interface 库文件。

既然hidl接口共享库完成了，下面我们来实现以下这个接口，也就是service的实现，首先利用android提供的工具生成IVampire接口实现代码：

执行结束后会新增如下代码：

然后我们进入Vampire.cpp去实习以下接口函数：

在需要实现的接口里面会提醒TODO implement，我们建立一个字符串便调用cb，注意我们打开了HIDL_FETCH表示是passthrough模式。

然后我们再看一下Android.bp文件：

可以看到Vampire.cpp会生成android.hardware.vampire@1.0-impl.so库文件，它是service的实现共享库，下面我们就需要创建一个service进程用于client的访问。

创建service.cpp：

主函数会获取IVampire的实现代码，创建service并注册到系统中。我们需要将service生成一个可执行文件，为了演示方便我们将其加到default的Android.bp中：

为了实现自动启动还需要添加android.hardware.vampire@1.0-service.rc文件：

到这service端就准备OK了，下面就是client的调用了，创建client.cpp文件：

你可能注意到我们在.hal定义的返回值被替换为一个回调函数了，我们实现以下，通过getService获取服务，然后调用hobby来获取，我们将client也编译为可执行文件：

下面只要轻松的mm或者mmm以下就可以获取需要的各种库文件与可执行文件了。

看一下当前目录下的文件：

将client和service放在一起只是为了实现方便对比，实际过程中可以放置在不同的地方，

发现没有IVampire.h等文件啊，不要急执行mm或者mmm后会在out/soong/.intermediates/hardware/interfaces/vampire/1.0中生成这些中间文件。

生成的库文件与可执行文件如下：

各个文件的相互关系和调用流程如下：

4 测试验证

测试第一步将生成的文件push到手机的对应位置中，为了方便我们手动启动service，不使用rc文件：

然后执行client：

logcat一下：

说是下manifest.xml中未添加vampire，这个文件带代码的device/qcom/project中，编译后8.0在vendor目录下，9.0在vendor/etc/vintf中，好的添加权限：

添加后push到手机，在执行：

成功返回。

5总结

简单点理解hidl的目的是为了用户方便快速的开发hal的库文件或者说service，而不需要客户去关心如何实现binder，通过hidl-gen工具利用.hal文件将用户定义的接口需要binderized 的部分自动封装生成代码，客户只需要知道如何实现接口即service的实现，如何调用接口即client的使用即可。

参考：

https://www.jianshu.com/p/ca6823b897b5

https://blog.csdn.net/gh201030460222/article/details/80551897

https://source.android.google.cn/devices/architecture/hidl

https://blog.csdn.net/junwua/article/details/80594202

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