Android(安卓)RIL使用详解

前言

Android作为一个通用的移动平台，其首要的功能就是通话、短信以及上网等通信功能。那么，从系统的角度来看，Android究竟是怎么实现与网络的交互的了？这篇文章里，就来看一看Android中负责通信功能的Telephony中间层，通常也被称之为RIL(Radio Interface Layer)的具体实现原理与架构。

Android手机要实现与网络端的通信，需要跨越两个层：

RIL Java(RILJ)：负责将上层APP的通信请求发送给HAL层；RIL C++(RILD)：系统守护进程，负责将RILJ的请求命令发送给CP(Communication Processor)

什么是RIL

简单的说，RIL(Radio Interface Layer)，就是将应用程序的通信请求发送给CP的中间层，其包括两个部分，一个是Java层RILJ,一个是C++层（不妨看作是CP对应的HAL层）RILD。

RILJ属于系统Phone进程的一部分，随Phone进程启动而加载；而RILD守护进程是通过Android的Init进程进行加载的。

RIL结构

下图是一个Android RIL的一个结构图。整个通信过程有四个层：

最上层的是应用程序，如通话，短信以及SIM卡管理，它们主要负责将用户的指令发送到RIL Framework(以后统称RILJ）；
RILJ为上层提供了通用的API，如TelephonyManager(包括通话，网络状态； SubscriptionManager(卡状态）以及SmsManager等，同时RILJ还负责维持与RILD的通信，并将上层的请求发送给RILD；
RILD是系统的守护进程，对于支持通话功能的移动平台是必不可少的。RILD的功能主要功能是将RILJ发送过来的请求继续传递给CP，同时会及时将CP的状态变化发送给RILJ；
Linux驱动层：kernel驱动层接受到数据后，将指令传给CP，最后由CP发送给网络端，等网络返回结果后，CP将传回给RILD；

RILJ与RILD（RILD与CP的通信）都是通过一个个消息进行数据传递。消息主要分两种：一种是RILJ主动发送的请求（solicited），常见的有RIL_REQUEST_GET_SIM_STATUS(获取SIM卡状态），RIL_REQUEST_DIAL(拨打电话），RIL_REQUEST_SEND_SMS（发送短信），RIL_REQUEST_GET_CURRENT_CALLS（获取当前通话状态），RIL_REQUEST_VOICE_REGISTRATION_STATE（获取网络状态）；另一种则是从CP主动上报给RIL的消息（unsolicited)，如网络状态发生变化时，CP会上报RIL_UNSOL_RESPONSE_VOICE_NETWORK_STATE_CHANGED，有新短信时，会上报RIL_UNSOL_RESPONSE_NEW_SMS，有来电时会上报RIL_UNSOL_CALL_RING。

RIL相关的请求命令与数据结构都定义在/android/hardware/ril/include/telephony/ril.h

在整个过程中，有几个关键问题：

上层是如何得知RILJ状态变化的；
RILJ与RILD是怎么进行通信的？
RILJD与CP又是如何进行通信的？

围绕这三个问题点，我们来看一下具体的细节。

上层如何得知RILJ状态变化

为方便上层实时监听网络状态、通话状态以及CP的状态变化，RIL提供了一个专门的监听接口IPhoneStateListener.aidl，上层需要监听上述状态变化时，只需要实现上述接口,并在Android系统服务TelephonyRegistry中对上述接口实现进行注册：

public void listen(String pkgForDebug, IPhoneStateListener callback, int events, boolean notifyNow);

另外，也可以在TelephonyManager中对RIL状态进行监听：

 public void listen(PhoneStateListener listener, int events)

源代码:/android/frameworks/base/telephony/java/com/android/internal/telephony/IPhoneStateListener.aidl

oneway interface IPhoneStateListener { void onServiceStateChanged(in ServiceState serviceState); void onSignalStrengthChanged(int asu); void onMessageWaitingIndicatorChanged(boolean mwi); void onCallForwardingIndicatorChanged(boolean cfi); // we use bundle here instead of CellLocation so it can get the right subclass void onCellLocationChanged(in Bundle location); void onCallStateChanged(int state, String incomingNumber); void onDataConnectionStateChanged(int state, int networkType); void onDataActivity(int direction); void onSignalStrengthsChanged(in SignalStrength signalStrength); void onOtaspChanged(in int otaspMode); void onCellInfoChanged(in List cellInfo); void onPreciseCallStateChanged(in PreciseCallState callState); void onPreciseDataConnectionStateChanged(in PreciseDataConnectionState dataConnectionState); void onDataConnectionRealTimeInfoChanged(in DataConnectionRealTimeInfo dcRtInfo); void onVoLteServiceStateChanged(in VoLteServiceState lteState); void onOemHookRawEvent(in byte[] rawData); void onCarrierNetworkChange(in boolean active); void onFdnUpdated(); void onVoiceRadioBearerHoStateChanged(int state); }

RILJ与RILD如何通信

RILJ在创建过程中，会启动两个线程：RILSender和RILReceiver,RILSender负责将指令发送给RILD,而RILReceiver则负责从读取从RILD发送过来的数据。RILJ与RILD的通信通道就是在RILReceiver中建立起来的。

我们来看一看RILReciver的代码：

class RILReceiver implements Runnable { byte[] buffer; RILReceiver() { ... @Override public void run() { int retryCount = 0; String rilSocket = "rild"; // 尝试与RILD建立连接 try {for (;;) { LocalSocket s = null; LocalSocketAddress l; if (mInstanceId == null || mInstanceId == 0 ) {  rilSocket = SOCKET_NAME_RIL[0]; } else {  rilSocket = SOCKET_NAME_RIL[mInstanceId]; } try {  s = new LocalSocket();  l = new LocalSocketAddress(rilSocket,  LocalSocketAddress.Namespace.RESERVED);  s.connect(l); } catch (IOException ex){  ...  // don't print an error message after the the first time  // or after the 8th time  if (retryCount == 8) {  Rlog.e (RILJ_LOG_TAG,  "Couldn't find '" + rilSocket  + "' socket after " + retryCount  + " times, continuing to retry silently");  } else if (retryCount >= 0 && retryCount < 8) {  Rlog.i (RILJ_LOG_TAG,  "Couldn't find '" + rilSocket  + "' socket; retrying after timeout");  }  ...  retryCount++;  continue; } retryCount = 0; mSocket = s; // 从socket读取数据 int length = 0; try {  InputStream is = mSocket.getInputStream();  for (;;) {  Parcel p;  length = readRilMessage(is, buffer);  if (length < 0) {  // End-of-stream reached  break;  }  p = Parcel.obtain();  p.unmarshall(buffer, 0, length);  p.setDataPosition(0);  processResponse(p);  p.recycle();  } } catch (java.io.IOException ex) {  Rlog.i(RILJ_LOG_TAG, "'" + rilSocket + "' socket closed",  ex); } catch (Throwable tr) {  Rlog.e(RILJ_LOG_TAG, "Uncaught exception read length=" + length +  "Exception:" + tr.toString()); } //无法读取数据，将CP状态设置为不可用 setRadioState (RadioState.RADIO_UNAVAILABLE); ... mSocket = null; RILRequest.resetSerial(); // Clear request list on close clearRequestList(RADIO_NOT_AVAILABLE, false); }} catch (Throwable tr) { Rlog.e(RILJ_LOG_TAG,"Uncaught exception", tr); } } }

RILReceiver启动时，会建立一个UNIX Domain socket(LocalSocket，kernel层对应/dev/socket/rild)，与RILD进行通信，然后一直从socket中读取数据,并将数据传给上层。连接成功后，RILD会发送一个消息给RILJ，表示连接成功了，这样RILJ就可以将请求数据发送给RILD，进行通信了。

RILD与CP如何进行通信

RILD与CP（可以看做是两个运行在不同CPU上的进程通信）交换数据方式一般有两种情况。如果AP与CP集中在一个芯片上，如高通的平台就是将AP与CP集中在一块芯片上，这时通常采用共享内存的方式实现跨进程通信；而如果不是在同一块芯片，而是AP与CP分别采用不同厂商的平台，则一般采用字符设备(character devices) 进行通信。总的说来，共享内存的方式在速度上要优于字符设备。

接下来，主要介绍下RILJ部分的代码结构。

RILJ代码结构

RIL Framework (RILJ)的代码按照功能来划分的话，主要有以下几个组成部分：

管理网络状态（信号强度，网络注册状态等）:ServiceStateTracker等；
通话管理（拨号，接听，呼叫等待等）：CallManager,GsmCallTracker等
SMS短信接收发送：InboundSMSHandler,SmsDispater等
SIM卡管理：UiccController,SubscriptionsController等
数据链接管理：DcTracker,DctController等
Telephony 大管家：PhoneBase,GsmPhone,PhoneProxy等

以上代码主要位于两个目录：

/android/frameworks/opt/telephony/（负责与RILD交互）
/android/frameworks/base/telephony/（对上层提供接口）

下面，以拨打电话的流程作为示例看一看RIL是如何发挥作用的。

示例：CALL流程

下图是一个MO(Mobile Originated) 通话流程简图：

APP向TelecomManager发送拨号请求（关于TelecomManager可以参考另一篇文章Android Telecom系统服务）；
TelecomManager将通话请求发送给GsmPhone；
GsmPhone继续将指令传递给GsmCallTracker；
GsmCallTracker调用RILJ，RILJ将通话请求发送给RILD；
RILD接收到通话指令时，发送给CP；
CP发送给网络，MT(Mobile Terminal)收到通话后，告知网络，由网络将该信息传递给MO已将通话信息发送给MT了（就是手机发出嘟嘟声音的时候）：通话状态由DIALING –> ALERTING；
RILD收到通话状态变化的消息后，发送一个UNSOL_RESPONSE_CALL_STATE_CHANGED的消息给RILJ；
RILJ通知GsmCallTracker通话状态变化了；
GsmCallTracker主动查询CALL状态：pollCallWhenSafe()，确保得到的信息是对的，没有发生变化；
RILJ给RILD发送getCurrentCalls()的请求；
RILD获取到CALL状态后，上报给RILJ，再由RILJ返回结果给GsmCallTracker
GsmCallTracker得到确定的CALL状态后，通知GsmPhone：notifyPreciseCallStateChanged();
GsmPhone将CALL状态变化的消息告知Telecom系统服务；
最后，Telecom系统服务发送CALL状态变化的广播给上层APP

到这一步后，通话并没有开始，如果MT接听了电话，则MO会收到CALL状态变化的信息，然后，才真正开始建立通话链接。

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