一 Android(安卓)Camera框架
Android的Camera架构
一 Android Camera框架
要了解AndroidCamera架构，还是得先从Android本身的架构说起。
图1 Android Architecture
从Android框架看，分为四层：应用层、应用框架层、库层、内核层。
应用层主要工作在AndroidSDK之上，利用Android提供的API进行开发，生成APK包。
应用框架层整合了Android自带各种控件和类，为应用开发提供高效、方便的API接口。这个对上实现统一的接口，对下也提供统一的标准方便各种库的移入。
库层是Android与底层硬件通信接口，它封装底层硬件接口实现该模块的具体逻辑，并以服务的形式通过Binder通讯机制暴露给应用框架。
内核层则是直接与硬件联系的一层，可以理解为设备驱动。
通过对上面框架的简要说明，我们大致明白一个应用自上而下的各个层起什么作用，这样有助于我们对代码的理解和修改。如果要做基于Androidporting工作，就要明白在哪个层次的porting，怎么porting。
Android的Camera包含取景器（viewfinder）和拍摄照片（takepicture）的功能。目前Android原生的Camera程序虽然功能比较简单，但是其程序的架构分成客户端和服务器两个部分，它们建立在Android的进程间通讯Binder的结构上。Android中的Camera模块同样遵循Android的框架，如下图所示。
图2 Camera Architecture
二 Android Camera架构分层及代码结构
以开源的Android 为例，Camera 架构主要分为以下几个层次
2.1应用层
Camera 的JAVA应用程序的路径：
packages/apps/Camera/src/com/android/camera/
在其中Camera.java是主要实现的文件
2.2 JNI层（Camera 的 JAVA 本地调用部分）：
frameworks/base/core/java/android/hardware/Camera.java
这个类是和JNI中定义的类是同一个，有些native方法通过JNI的方式调用Native代码实现具体的功能，比如startPreview、autoFocus、takePicture等。
2.3 Cameraclient层：
头文件分布以下的目录中：
frameworks/base/include/camera/
Camera底层库在以下的目录中：
frameworks/base/libs/camera/
这部分的内容被编译成库libcamera_client.so（或者libui.so），主要实现了以下几个类：
Camera---->Camera.cpp/Camera.h
CameraParameters---->CameraParameters.cpp/CameraParameters.h
ICamera---->ICamera.cpp/ ICamera.h
ICameraClient---->ICameraClient.cpp/ ICameraClient.h
ICameraService---->ICameraService.cpp/ ICameraService.h
ICamera、ICameraClient、ICameraServide三个类是按照BinderIPC通信要求的框架实现的， 用来与service端通信。
类CameraParameters接收Framework层的android.hardware.camera::Parameters类为参数， 解析与格式化所有的参数配置。
Camera是个很重要的类，它与CameraService端通过BinderIPC机制交互来实现具体功能。Cametra继承自BnCameraClient，并最终继承自ICameraClient.
2.4 CameraService层
文件分布在frameworks/base/camera/libcameraservice/这部分内容被编译成库libcameraservice.so,libcameraservice.so是Camera的服务器程序，它通过继承libcamera_client.so的类实现服务器的功能，并且与libcamera_client.so中的另外一部分内容则通过进程间通讯（即Binder机制）的方式进行通讯。
里面主要实现了两个类:
CameraService---->BnCameraService---->ICameraService
CameraService：：Client---->BnCamera---->ICamera
CameraService：：Client通过调用CameraHAL层来实现具体的功能。
2.5 HAL层
Libcameraservice.so::CameraService::Client类调用CameraHAL的代码实现具体的功能，CameraHAL一般实现为一个动态库libcamera.so(动态库的名字可以修改， 只需要与android.mk一致即可)。
所有java应用层中camera的功能最终会调用到HAL层这里，CameraHAL层的实现依赖于硬件， 一般通过V4L2command从linuxkernel中的cameradriver获得preview数据， 然后交给surface（overlay）显示或者保存为文件。在HAL层需要打开对应的设备文件， 并通过ioctrl访问cameradriver。Android通过这个HAL层来保证底层硬件（驱动）改变， 只需修改对应的HAL层代码，FrameWork层与JAVAAP层都不用改变。
2.6 Camera库文件分析
前面已提到Camera模块主要包含libandroid_runtime.so、libcamera_client.s0(libui.so)、libcameraservice.so和一个与Camera硬件相关的硬件库libcamera.so。其中libandroid_runtime.so、libcamera_client.s0(libui.so)是与android系统构架相关的， 不需要对进行其修改，libameraservice.so和libcamera.so则是和硬件设备相关联的，而cameralib.so实际上就是设备的linxu驱动，所以Camera设备的系统继承主要是通过移植CameraLinux驱动和修改libcameraservice.so库来完成。
Libcameraservice.so构建规则中使用宏USE_CAMERA_STUB决定 是否使用真的Camera，如果宏为真，则使用CameraHardwareStub.cpp和FakeCamera.cpp构造一个假的Camera，如果为假则使用libcamera来构造一个实际上的Camera服务。
在CameraHardwareStub.cpp中定义了CameraHardwareStub类，它继承并实现了抽象类CameraHardwareInterface中定义的真正操作Camera设备的所有的纯虚函数。通过openCameraHardware（）将返回一个CameraHardwareInterface类的对象，但由于CameraHardwareInterface类是抽象类所以它并不能创建对象，而它的派生类CameraHardwareStub完全实现了其父类的 纯虚函数所以openCameraHardware（）返回一个指向派生类对象的基类指针用于底层设备的操作。由于CameraHardwareStub类定义的函数是去操作一个假的Camera，故通过openCameraHardware返回的指针主要用于仿真环境对Camera的模拟操作，要想通过openCameraHardware返回的指针操作真正的硬件设备则需完成以下步骤：
⑴CameraHardwareInterface类中的所有纯虚函数的声明改为虚函数的声明（即去掉虚函数声明后的“=0” ）;
⑵编写一个源文件去定义CameraHardwareInterface类中声明的所有虚函数;
⑶编写Android.mk文件用于生成一个包含步骤⑵编写的源文件和其他相关文件的libcamera.so文件;
⑷将宏USE_CAMERA_STUB改成false，这样生成libcameraservice.so时就会包含libcamera.so库。（注：如果CameraHardwareInterface类的成员函数并没有直接操作硬件而是调用Camera的linux驱动来间接对硬件操作，那么包含这样的CameraHardwareInterface类的libcamera.so库就相当于一个HAL）。
三 Camera的架构和代码分析
3.1 Camera的整体框架图Camera的各个库之间的结构可以用下图的表示：
图3 库结构图
在Camera系统的各个库中，libui.so位于核心的位置，它对上层的提供的接口主要是Camera类，类libandroid_runtime.so通过调用Camera类提供对JAVA的接口，并且实现了android.hardware.camera类。
libcameraservice.so是Camera的服务器程序，它通过继承libcamera_client.so（libui.so）的类实现服务器的功能，并且与libcamera_client.so（libui.so）中的另外一部分内容则通过进程间通讯（即Binder机制）的方式进行通讯。
libandroid_runtime.so和libcamera_client.so（libui.so）两个库是公用的,其中除了Camera还有其他方面的功能。
Camera部分的头文件在frameworks/base/include/ui/ 目录中，这个目录是和libmedia.so库源文件的目录frameworks/base/libs/ui/ 相对应的。
Camera主要的头文件有以下几个：
ICameraClient.h
Camera.h
ICamera.h
ICameraService.h
CameraHardwareInterface.h
图4Camera 类图
在这些头文件Camera.h提供了对上层的接口，而其他的几个头文件都是提供一些接口类（即包含了纯虚函数的类），这些接口类必须被实现类继承才能够使用。
整个Camera在运行的时候，可以大致上分成Client和Server两个部分，它们分别在两个进程中运行，它们之间使用Binder机制实现进程间通讯。这样在客户端调用接口，功能则在服务器中实现，但是在客户端中调用就好像直接调用服务器中的功能，进程间通讯的部分对上层程序不可见。
从框架结构上来看，ICameraService.h、ICameraClient.h和ICamera.h三个类定义了MeidaPlayer的接口和架构，ICameraService.cpp和Camera.cpp两个文件用于Camera架构的实现，Camera的具体功能在下层调用硬件相关的接口来实现。
从Camera的整体结构上，类Camera是整个系统核心，ICamera类提供了Camera主要功能的接口，在客户端方面调用，CameraService是Camera服务，它通过调用实际的Camera硬件接口来实现功能。事实上，图中红色虚线框的部分都是Camera程序的框架部分，它主要利用了Android的系统的Binder机制来完成通讯。蓝色的部分通过调用Camera硬件相关的接口完成具体的Camera服务功能，其它的部分是为上层的JAVA程序提供JNI接口。在整体结构上，左边可以视为一个客户端，右边是一个可以视为服务器，二者通过Android的Binder来实现进程间的通讯。
3.2 头文件ICameraClient.h
ICameraClient.h用于描述一个Camera客户端的接口，定义如下所示：
class ICameraClient:public IInterface
{
public:
DECLARE_META_INTERFACE(CameraClient);
virtual void shutterCallback() = 0;
virtual void rawCallback(constsp<IMemory>& picture) = 0;
virtual void jpegCallback(constsp<IMemory>& picture) = 0;
virtual void frameCallback(constsp<IMemory>& frame) = 0;
virtual void errorCallback(status_t error)= 0;
virtual void autoFocusCallback(boolfocused) = 0;
};
classBnCameraClient: public BnInterface<ICameraClient>
{
public:
virtual status_t onTransact( uint32_t code,
constParcel& data,
Parcel* reply,
uint32_t flags= 0);
};
在定义中，ICameraClient类继承IInterface，并定义了一个Camera客户端的接口，BnCameraClient继承了BnInterface<ICameraClient>，这是为基于Android的基础类Binder机制实现在进程通讯而构建的。根据BnInterface类模版的定义BnInterface<ICameraClient>类相当于双继承了BnInterface和ICameraClient。
IcameraClient这个类的主要接口是几个回调函数shutterCallback、rawCallback和jpegCallback等，它们在相应动作发生的时候被调用。作为Camera的“客户端”，需要自己实现几个回调函数，让服务器程序去“间接地”调用它们。
3.3 头文件Camera.h
Camera.h是Camera对外的接口头文件，它被实现CameraJNI的文件android_hardware_Camera.cpp所调用。Camera.h最主要是定义了一个Camera类：
classCamera : public BnCameraClient, public IBinder:: DeathRecipient
{
public:
staticsp<Camera> connect();
~Camera();
void disconnect();
status_t getStatus() { return mStatus; }
status_t setPreviewDisplay(constsp<Surface>& surface);
status_t startPreview();
void stopPreview();
status_t autoFocus();
status_t takePicture();
status_t setParameters(const String8& params);
String8 getParameters() const;
void setShutterCallback(shutter_callback cb,void *cookie);
void setRawCallback(frame_callback cb, void*cookie);
void setJpegCallback(frame_callback cb, void*cookie);
void setFrameCallback(frame_callback cb,void *cookie);
void setErrorCallback(error_callback cb,void *cookie);
void setAutoFocusCallback(autofocus_callbackcb, void *cookie);
// ICameraClient interface
virtual void shutterCallback();
virtual void rawCallback(constsp<IMemory>& picture);
virtual void jpegCallback(constsp<IMemory>& picture);
virtual void frameCallback(constsp<IMemory>& frame);
virtual void errorCallback(status_t error);
virtual void autoFocusCallback(bool focused);
//……
}
从接口中可以看出Camera类刚好实现了一个Camera的基本操作，例如播放（startPreview）、停止（stopPreview）、暂停（takePicture）等。在Camera类中connect()是一个静态函数，它用于得到一个Camera的实例。在这个类中，具有设置回调函数的几个函数：setShutterCallback、setRawCallback和setJpegCallback等，这几个函数是为了提供给上层使用，上层利用这几个设置回调函数，这些回调函数在相应的回调函数中调用，例如使用setShutterCallback设置的回调函数指针被shutterCallback所调用。
在定义中，ICameraClient类双继承了IInterface和IBinder::DeathRecipient，并定义了一个Camera客户端的接口，BnCameraClient继承了BnInterface<ICameraClient>，这是为基于Android的基础类Binder机制实现在进程通讯而构建的。事实上，根据BnInterface类模版的定义BnInterface<ICameraClient>类相当于双继承了BnInterface和ICameraClient。这是Android一种常用的定义方式。
继承了DeathNotifier类之后，这样当这个类作为IBinder使用的时候，当这个Binder即将Died的时候被调用其中的binderDied函数。继承这个类基本上实现了一个回调函数的功能。
3.4 头文件ICamera.h
ICamera.h描述的内容是一个实现Camera功能的接口，其定义如下所示：
classICamera: public IInterface
{
public:
DECLARE_META_INTERFACE(Camera);
virtual void disconnect() = 0;
virtual status_t setPreviewDisplay(constsp<ISurface>& surface) = 0;
virtual void setHasFrameCallback(bool installed) = 0;
virtual status_t startPreview() = 0;
virtual void stopPreview() = 0;
virtual status_t autoFocus() = 0;
virtual status_t takePicture() = 0;
virtual status_t setParameters(const String8& params) = 0;
virtual String8 getParameters() const = 0;
};
classBnCamera: public BnInterface<ICamera>
{
public:
virtual status_t onTransact( uint32_t code,
constParcel& data,
Parcel* reply,
uint32_tflags = 0);
};
ICamera.h描述的内容是一个实现Camera功能的接口，其定义如下所示：
在camera类中，主要定义Camera的功能接口，这个类必须被继承才能够使用。值得注意的是，这些接口和Camera类的接口有些类似，但是它们并没有直接的关系。事实上，在Camera类的各种实现中，一般都会通过调用ICamera类的实现类来完成。
3.5 头文件ICameraService .h
ICameraService.h 用于描述一个Camera的服务，定义方式如下所示：
classICameraService : public IInterface
{
public:
DECLARE_META_INTERFACE(CameraService);
virtual sp<ICamera> connect(const sp<ICameraClient>&cameraClient) = 0;
};
classBnCameraService: public BnInterface<ICameraService>
{
public:
virtual status_t onTransact( uint32_t code,
constParcel& data,
Parcel*reply,
uint32_tflags = 0);
};
由于具有纯虚函数，ICameraService 以及BnCameraService必须被继承实现才能够使用，在ICameraService只定义了一个connect()接口，它的返回值的类型是sp<ICamera>，这个ICamera是提供实现功能的接口。注意，ICameraService只有连接函数connect()，没有断开函数，断开的功能由ICamera接口来提供。
3.6 头文件CameraHardwareInterface.h
CameraHardwareInterface.h定义的是一个Camera底层的接口，这个类的实现者是最终实现Camera的。
CameraHardwareInterface 定以Camera硬件的接口，如下所示：
classCameraHardwareInterface : public virtual RefBase {
public:
virtual ~CameraHardwareInterface() { }
virtual sp<IMemoryHeap> getPreviewHeap() const = 0;
virtual status_t startPreview(preview_callback cb, void*user) = 0;
virtual void stopPreview() = 0;
virtual status_t autoFocus(autofocus_callback,
void* user) = 0;
virtual status_t takePicture(shutter_callback,
raw_callback,
jpeg_callback,
void* user)= 0;
virtual status_t cancelPicture(bool cancel_shutter,
boolcancel_raw,
boolcancel_jpeg) = 0;
virtual status_t setParameters(const CameraParameters¶ms) = 0;
virtual CameraParameters getParameters() const = 0;
virtual void release() = 0;
virtual status_t dump(int fd, constVector<String16>& args) const = 0;
};
使用C语言的方式导出符号：
extern"C" sp<CameraHardwareInterface> openCameraHardware();
在程序的其他地方，使用openCameraHardware()就可以得到一个CameraHardwareInterface，然后调用CameraHardwareInterface的接口完成Camera的功能。
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