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【Android】HAL分析

本文轉載自   查看原文   2013-09-23 19:34   2344    Z技術（Android）/ Android

HAL概述

　　以下是基於android4.0.3，對應其他低版本的代碼，可能有所差異，但基本大同小異。

      Android的HAL是為了保護一些硬件提供商的知識產權而提出的，是為了避開linux的GPL束縛。

　　思路是把控制硬件的動作都放到了Android HAL中，而linux driver僅僅完成一些簡單的數據交互作用，甚至把硬件寄存器空間直接映射到user space。而Android是基於Aparch的license，因此硬件廠商可以只提供二進制代碼，所以說Android只是一個開放的平台，並不是一個開源的平台。

　　也正是因為Android不遵從GPL，所以Greg Kroah-Hartman才在2.6.33內核將Andorid驅動從linux中刪除。GPL和硬件廠商目前還是有着無法彌合的裂痕。Android想要把這個問題處理好也是不容易的。

    總結下來，Android HAL存在的原因主要有：

  1. 並不是所有的硬件設備都有標准的linux kernel的接口
  2. KERNEL DRIVER涉及到GPL的版權。某些設備制造商並不原因公開硬件驅動，所以才去用HAL方 式繞過GPL。
  3. 針對某些硬件，An有一些特殊的需求

 

Android架構

 

源碼位置

/hardware/libhardware_legacy/ 　　 - 舊的架構、采取鏈接庫模塊的方式

/hardware/libhardware     　　　　　新架構、調整為 HAL stub 目錄的結構如下：

/hardware/libhardware/hardware.c  編譯成libhardware.s置於/system/lib

/hardware/libhardware/include/hardware目錄下包含如下頭文件：

hardware.h                             通用硬件模塊頭文件

copybit.h                               copybit模塊頭文件

gralloc.h                                gralloc模塊頭文件

lights.h                                 背光模塊頭文件

overlay.h                              overlay模塊頭文件

qemud.h                               qemud模塊頭文件

sensors.h                             傳感器模塊頭文件

/hardware/libhardware/modules  目錄下定義了很多硬件模塊

/hardware/msm7k 

/hardware/qcom 

/hardware/ti 

/device/Samsung 

/device/moto            各個廠商平台相關的hal

 　　這些硬件模塊都編譯成xxx.xxx.so，目標位置為/system/lib/hw目錄。

 

HAL層的實現方式

　　目前HAL存在兩種構架，位於libhardware_legacy目錄下的“舊HAL架構”和位於libhardware目錄下的“新HAL架構”。

　　兩種框架如下圖所示：

libhardware_legacy 

　　libhardware_legacy 是將 *.so 文件當作shared library來使用，在runtime（JNI 部份）以 direct function call 使用 HAL module。通過直接函數調用的方式，來操作驅動程序。

　　當然，應用程序也可以不需要通過 JNI 的方式進行，直接加載 *.so （dlopen）的做法調用*.so 里的符號（symbol）也是一種方式。

　　總而言之是沒有經過封裝，上層可以直接操作硬件。

libhardware 

　　現在的libhardware 架構，就有stub的味道了。

　　HAL stub 是一種代理人（proxy）的概念，stub 雖然仍是以 *.so檔的形式存在，但HAL已經將 *.so 檔隱藏起來了。

　　Stub 向 HAL提供操作函數（operations），而 runtime 則是向 HAL 取得特定模塊（stub）的 operations，再 callback 這些操作函數。

　　這種以 indirect function call 的架構，讓HAL stub 變成是一種包含關系，即 HAL 里包含了許許多多的 stub（代理人）。

　　Runtime 只要說明類型，即 module ID，就可以取得操作函數。

　　對於目前的HAL，可以認為Android定義了HAL層結構框架，通過幾個接口訪問硬件從而統一了調用方式。

JNI

　　Android的HAL的實現需要通過JNI(Java Native Interface)。

　　JNI簡單來說就是java程序可以調用C/C++寫的動態鏈接庫，這樣的話，HAL可以使用C/C++語言編寫，效率更高。

　　JNI->通用硬件模塊->硬件模塊->內核驅動接口，具體一點：JNI->libhardware.so->xxx.xxx.so->kernel，具體來說：android frameworks中JNI調用hardware.c中定義的hw_get_module函數來獲取硬件模塊，然后調用硬件模塊中的方法，硬件模塊中的方法直接調用內核接口完成相關功能

 

訪問HAL方式

　　在Android下訪問HAL大致有以下兩種方式。

經過service調用

　　Android的app可以直接通過service調用.so格式的jni。

經過Manager調用service

　　上面兩種方法應該說是各有優缺點：

　　第一種方法簡單高效，但不正規。

　　第二種方法實現起來比較復雜，但更符合目前的Android框架。

　　第二種方法中，LedManager和LedService（java）在兩個進程中，需要通過進程通訊的方式來通訊。

　　在現在的android框架中，這兩種方式都存在，比如對於lights，是直接透過LightsService調用JNI，而對於sensor，中間則是通過SensorsManager來調用JNI的。

 

通用硬件模塊(libhardware.so)

 　　一般來說HAL moudle需要涉及的是三個關鍵結構體：

struct hw_module_t;   
struct hw_module_methods_t;
struct hw_device_t;

　　這三個結構體定義在hardware.h中(/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h)。

　　頭文件中主要定義了通用硬件模塊結構體hw_module_t，聲明了JNI調用的接口函數hw_get_module、hw_module_t。

　　定義如下：

 1 /**
 2 * Every hardware module must have a data structure named HAL_MODULE_INFO_SYM
 3  * and the fields of this data structure must begin with hw_module_t
 4  * followed by module specific information.
 5  */
 6 
 7 typedef struct hw_module_t 
 8 {
 9 
10 /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */
11 uint32_t tag;
12 
13 /** major version number for the module */
14 uint16_t version_major;
15 
16 /** minor version number of the module */
17 uint16_t version_minor; 
18 
19 /** Identifier of module */
20 const char *id;
21 
22 /** Name of this module */
23 const char *name;
24 
25 /** Author/owner/implementor of the module */
26 const char *author;
27 
28 /** Modules methods */
29 struct hw_module_methods_t* methods; //硬件模塊的方法
30 
31 /** module's dso */
32 void* dso;
33  
34 
35 /** padding to 128 bytes, reserved for future use */
36 uint32_t reserved[32-7];
37 
38 } hw_module_t;
View Code

 

　　如注釋所說，所有的hal模塊都要有一個以HAL_MODULE_INFO_SYM命名的結構，而且這個結構要以hw_module_t開始，即要繼承hw_module_t這個結構。

　　比如lights，sensor：

 1 struct sensors_module_t 
 2 {
 3  struct hw_module_t common;
 4 int (*get_sensors_list)(struct sensors_module_t* module,
 5             struct sensor_t const** list);
 6 };
 7 
 8 /*
 9  * The lights Module
10  */
11 struct light_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
12     common: {
13         tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
14         version_major: 1,
15         version_minor: 0,
16         id: LIGHTS_HARDWARE_MODULE_ID,
17         name: "Lights module",
18         author: "Rockchip",
19         methods: &light_module_methods,
20     }
21 };
22 
23 const struct sensors_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
24     .common = {
25         .tag = HARDWARE_MODULE_TAG,
26         .version_major = 1,
27         .version_minor = 0,
28         .id = SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID,
29         .name = "Stingray SENSORS Module",
30         .author = "Motorola",
31         .methods = &sensors_module_methods,
32     },
33     .get_sensors_list = sensors__get_sensors_list
34 };
View Code

　　hw_module_t中比較重要的是硬件模塊方法結構體hw_module_methods_t定義如下：

typedef struct hw_module_methods_t 
{
    /** Open a specific device */
    int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,
    struct hw_device_t** device);
} hw_module_methods_t;

 

　　該方法在定義HAL_MODULE_INFO_SYM的時候被初始化。目前該結構中只定義了一個open方法，其中調用的設備結構體參數hw_device_t定義如下：

 1  /**
 2  * Every device data structure must begin with hw_device_t
 3  * followed by module specific public methods and attributes.
 4  */
 5 
 6 typedef struct hw_device_t
 7 {
 8     /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */
 9     uint32_t tag;
10 
11     /** version number for hw_device_t */
12     uint32_t version;
13 
14     /** reference to the module this device belongs to */
15     struct hw_module_t* module;
16 
17     /** padding reserved for future use */
18     uint32_t reserved[12]; 
19 
20     /** Close this device */
21     int (*close)(struct hw_device_t* device);
22 } hw_device_t;
23 
24 struct light_device_t 
25 {
26     struct hw_device_t common;
27     int (*set_light)(struct light_device_t* dev,
28             struct light_state_t const* state);
29 };
30 
31 /**
32  * Every device data structure must begin with hw_device_t
33  * followed by module specific public methods and attributes.
34  */
35 
36 struct sensors_poll_device_t 
37 {
38     struct hw_device_t common;
39     int (*activate)(struct sensors_poll_device_t *dev,
40             int handle, int enabled);
41     int (*setDelay)(struct sensors_poll_device_t *dev,
42             int handle, int64_t ns);
43     int (*poll)(struct sensors_poll_device_t *dev,
44             sensors_event_t* data, int count);
45 };
View Code

　　亦如注釋所說，每一個設備的數據結構都必須也以hw_device_t開始。

　　hw_get_module函數聲明如下：

int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module);

　　參數id為模塊標識，定義在/hardware/libhardware/include/hardware錄下的硬件模塊頭文件中。

　　參數module是硬件模塊地址，定義在/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h中

調用關系

　　

 


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