Android(安卓)HAL 开发 (1)

最近开始看Android的HAL开发方面的东东，发现现在国内研究这个的并不多，来自台湾的Jollen可能是走在Android HAL研究的最前沿，这也和他以前专注做嵌入式linux（openmoko）的工作经历有关，毕竟Android的application开发是基于Java的，而之前Jollen做的更多的还是C/C++开发，因此选择从HAL作为进入Android的shortcut还是很明智的，我以前也主要是做linux kernel以及基于C/C++的app开发，现在转作Android，发现它的HAL比较有意思，也是可以研究的一个很好的方向。

由于自己并没有参加Jollen的HAL整合培训，不过手头有这个培训的材料，以及从http://code.google.com/p/mokoid/下载了mokoid 工程的代码，花了一段时间研究了Android的HAL，也有一些心得，下面总结一下：

首先，Android的HAL是为了一些硬件提供商提出的“保护proprietary”的驱动程序而产生的东东，简而言之，就是为了避开linux kernel的GPL license的束缚。Android把控制硬件的动作都放到了user space中，而再kernel driver里面只有最简单的读写寄存器的操作，而完全去掉了各种功能性的操作（比如控制逻辑等），这些能够体现硬件特性的操作都放到了Android的HAL层，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。

然后，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。而Android的app可以直接调用.so，也可以通过app->app_manager->service(java)->service(jni)->HAL来调用。第二种方法看上去很复杂，但是更加符合android的框架结构。我这里也着重介绍第二种方法。基本的框架如下所示：

Mokiod工程代码树如下所示：

                    .
            |--apps -- 测试应用程序
            ||--LedClient-- 直接调用service控制硬件
            |||--AndroidManifest.xml
            ||`--src
            ||`--com
            ||`--mokoid
            ||`--LedClient
            ||`--LedClient.java
            |`--LedTest-- 通过manager来控制硬件
            ||--AndroidManifest.xml
            |`--src
            |`--com
            |`--mokoid
            |`--LedTest
            ||--LedSystemServer.java
            |`--LedTest.java
            |--frameworks-- 框架代码
            |`--base
            ||--core
            ||`--java
            ||`--mokoid
            ||`--hardware
            |||--ILedService.aidl-- Android Interface Definition Language 代码，提供LedService的接口
            ||`--LedManager.java-- LedManager实现代码
            |`--service
            ||--com.mokoid.server.xml
            ||--java
            ||`--com
            ||`--mokoid
            ||`--server
            ||`--LedService.java-- LedService的java实现代码
            |`--jni
            |`--com_mokoid_server_LedService.cpp-- LedService的jni实现代码
            |--hardware
            `--modules
            |--include
            |`--mokoid
            |`--led.h
            `--led
            `--led.c-- led实际控制硬件的代码

介绍Android的HAL的时候，我打算从底层往上层介绍。

1. Kernel Driver

这里的kernel driver相对于linux真正的driver形式上是一样的，也提供open，read，write，ioctl，mmap等接口，但是，一般来说，只通过这些代码，你并不能了解到硬件的特性，比如write接口，就可以只作成往寄存器写操作，至于如何写，为什么要写，这些工作都会再HAL层进行，而一般用户是看不到这些代码的。这也是为什么linux mainstream把android的kernel踢出去的原因，因为这些driver根本无法用在其他的linux平台上。

2. HAL层

这一层就位于kernel之上的user space了，一般来说这里需要涉及的是两个结构体：hw_module_t和hw_device_t，第一个结构体是当这个hardware stub被load的时候(hw_get_module())提供的初始化操作，比如提供stub的open(module->methods->open())操作，而第二个结构体是提供该硬件stub具有的操作硬件的接口，再jollen的mokoid工程里，主要提供打开和关闭led的操作，相关的代码如下：

led.h

                    structled_module_t{
            structhw_module_tcommon;
            };
            
            structled_control_device_t{
            structhw_device_tcommon;
            
            /*attributes*/
            intfd;
            
            /*supportingcontrolAPIsgohere*/
            /*打开led操作*/
            int(*set_on)(structled_control_device_t*dev,int32_tled);
            /*关闭led操作*/
            int(*set_off)(structled_control_device_t*dev,int32_tled);
            };

led.c

                    /*打开led操作*/
            intled_on(structled_control_device_t*dev,int32_tled)
            {
            LOGI("LEDStub:set%don.",led);
            return0;
            }
            /*关闭led操作*/
            intled_off(structled_control_device_t*dev,int32_tled)
            {
            LOGI("LEDStub:set%doff.",led);
            return0;
            }
            /*打开led硬件时候的操作*/
            staticintled_device_open(conststructhw_module_t*module,constchar*name,
            structhw_device_t**device)
            {
            structled_control_device_t*dev;
            
            dev=(structled_control_device_t*)malloc(sizeof(*dev));
            memset(dev,0,sizeof(*dev));
             ...
             /*提供给service可用的硬件操作接口*/
            dev->set_on=led_on; 
            dev->set_off=led_off;
            *device=&dev->common;
            success:
            return0;
            }
            
            staticstructhw_module_methods_tled_module_methods={
            open:led_device_open
            };
            
            conststructled_module_tHAL_MODULE_INFO_SYM={
            common:{
            tag:HARDWARE_MODULE_TAG,
            version_major:1,
            version_minor:0,
            id:LED_HARDWARE_MODULE_ID,
            name:"SampleLEDStub",
            author:"TheMokoidOpenSourceProject",
            methods:&led_module_methods,
            }
            /*supportingAPIsgohere*/
            };

以上代码最后会被编译成动态链接库，比如libled.so放到/system/libs/hw/, 当service调用hw_get_module(hardware/libhardware/hardware.c)时候，会在/system/libs/hw/里面寻找对应的动态链接库，然后提供给service对应的操作接口。

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