Android sensor 系統框架（一）

本文轉載自查看原文 2017-08-09 19:37 1498 android

這幾天深入學習了Android sensor框架，以此博客記錄和分享分析過程，其中難免會有錯誤的地方，歡迎指出！

這里主要分析KERNEL->HAL->JNI這3層的流程。主要從以下幾方面開始着手：
（A）驅動層向上提供了那些文件節點給系統層讀寫？
（B）系統層通過什么方式訪問驅動層？
（C）如何統一各種sensors的接口，生成.so庫？
（D）如何加載訪問.so庫
（E）實現sensor service （未寫，待續）
（F） JNI接口（未寫，待續）

（A）驅動層向上提供了那些文件節點給系統層讀寫？
關於linux基本驅動框架，不在本文范圍，這里不再分析。學習過Linux驅動的都知道應用層要訪問內核驅動，都是通過open、
read、write等系統函數操作驅動注冊的文件節點進行的。這里以n2dm g-sensor的驅動為例，找出這些文件節點。文件路徑：

./kernel/drivers/input/misc/n2dm.c

 1     static int n2dm_acc_probe(struct i2c_client *client,const struct i2c_device_id *id)
 2     {
 3         ......
 4         acc->input_dev->name = "accelerometer";
 5         err = input_register_device(acc->input_dev);   /* 生成 /dev/input/event2 */
 6         ......
 7         err = misc_register(&n2dm_acc_misc_device);    /* 生成 /sys/class/n2dm_acc */
 8         ......
 9         gsensor_class = class_create(THIS_MODULE,"xr-gsensor");
10         gsensor_cmd_dev = device_create(gsensor_class, NULL, 0, NULL, "device");
11         device_create_file(gsensor_cmd_dev, &dev_attr_gsensor);  /* 生成 /sys/class/xr-gsensor/device/gsensor */
12         device_create_file(gsensor_cmd_dev, &dev_attr_delay_acc); /* 生成 /sys/class/xr-gsensor/device/delay_acc */
13         
14         ......
15     }

由以上代碼可知，這個驅動生成了/dev/input/event2、/sys/class/n2dm_acc、/sys/class/xr-gsensor/device/gsensor、
/sys/class/xr-gsensor/device/delay_acc這4個文件節點，其中/sys/class/n2dm_acc文件節點用不到，可以不用理會。其余3
個文件節點的作用分別是：
1. /dev/input/event2：驅動通過這個文件節點上報輸入事件，如這個是g-sensor傳感器，會上報x,y,z三軸事件，數據格式:

input_report_abs(acc->input_dev, ABS_X, xyz[0]);
input_report_abs(acc->input_dev, ABS_Y, xyz[1]);
input_report_abs(acc->input_dev, ABS_Z, xyz[2]);
input_sync(acc->input_dev);

2. /sys/class/xr-gsensor/device/gsensor數據格式：

    "1"     /* 使能g-sensor */
    "0"     /* 禁止g-sensor */

3. /sys/class/xr-gsensor/device/delay_acc數據格式：

    十進制數值  /* g-sensor 數據刷新頻率，時間ms */

（B）系統層通過什么方式訪問驅動層？

系統層肯定是通過open、read、write、ioctl等函數讀寫文件節點的方式訪問驅動層，讀寫這些文件節點的代碼路徑在：

vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/

這個目錄下是各種傳感器，如：g-sensor、光感、陀螺儀等的系統訪問驅動的接口文件，這里以g-sensor為例來分析，
文件路徑：

    vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/Acc_Xr.cpp
    vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/AccSensor.h
    vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/InputEventReader.cpp
    vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/InputEventReader.h
    vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/sensors.cpp
    vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/sensors.h

其中，vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/InputEventReader.cpp文件的作用是為事件讀取提供一個環形
緩沖區，vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/sensors.cpp的作用是抽象所有的sensor為一個sensor hal。

AccSensor.h

 1     class AccSensor : public SensorBase {
 2     public:
 3                 AccSensor();
 4         virtual ~AccSensor();
 5     
 6     #ifndef ACC_NULL
 7         enum {
 8             Accelerometer = 0,
 9             numSensors
10         };
11     #else
12         static const int numSensors = 0;
13     #endif
14     
15         virtual int readEvents(sensors_event_t* data, int count);
16         virtual bool hasPendingEvents() const;
17         virtual int setDelay(int32_t handle, int64_t ns);
18         virtual int setEnable(int32_t handle, int enabled);
19         virtual int64_t getDelay(int32_t handle);
20         virtual int getEnable(int32_t handle);
21         virtual int populateSensorList(struct sensor_t *list);
22     private:
23         int mEnabled;
24         int64_t mDelay;
25         int mLayout;
26         InputEventCircularReader mInputReader;
27         sensors_event_t mPendingEvent;
28         bool mHasPendingEvent;
29         char input_sysfs_path[PATH_MAX];
30         int input_sysfs_path_len;
31     
32         int setInitialState();
33         SensorCoordinate mSensorCoordinate;
34     };

AccSensor.h 文件定義了一個AccSensor類，派生於SensorBase，而Acc_Xr.cpp就是實現了這個類里面的方法

Acc_Xr.cpp

 1     AccSensor::AccSensor() :
 2         SensorBase(NULL, XR_ACC_INPUT_NAME),
 3             mEnabled(0), mDelay(-1), mInputReader(32), mHasPendingEvent(false),
 4             mSensorCoordinate()
 5     {
 6         ......
 7         mPendingEvent.sensor = ID_A;
 8         ......
 9     
10         strcpy(input_sysfs_path, XR_GSENSOR_DEVICE_NAME);
11         input_sysfs_path_len = strlen(input_sysfs_path);
12         ......
13         
14         /* AccSensor的構造函數主要做了：
15          * 1. 構造SensorBase，掃描所有的/dev/input/event*，並判斷該文件節點下是否存在一個名為XR_ACC_INPUT_NAME
16          *    （accelerometer）的輸入設備，我的設備是/dev/input/event2，如果存在，則返回該文件節點的fd
17          * 2. 獲得input_sysfs_path文件節點為XR_GSENSOR_DEVICE_NAME（/sys/class/xr-gsensor/device/）
18          * 3. 初始化一個環形緩沖區
19          * 4. 設置sensor類型ID_A
20          */
21     }    
22         
23     int AccSensor::setEnable(int32_t handle, int enabled) 
24     {
25         ......
26         if(enabled==1)
27         strcpy(enable,"1");                                                                                        
28         else if(enabled==0)                                                                                        
29         strcpy(enable,"0");                                                                                        
30         else 
31         strcpy(enable,"2");
32         ......
33         
34         /* 設置sensor狀態，1：使能，0：禁止 
35          * 把狀態值寫到文件節點：/sys/class/xr-gsensor/device/gsensor
36          */
37         strcpy(&input_sysfs_path[input_sysfs_path_len], "gsensor");
38         err = write_sys_attribute(input_sysfs_path, enable, 1);
39         ......
40         mEnabled &= ~(1);
41         mEnabled |= uint32_t(newState);
42         
43         ......
44     }
45 
46 
47     int AccSensor::setDelay(int32_t handle, int64_t delay_ns)
48     {
49         ......
50         ms = delay_ns / 1000000;
51         strcpy(&input_sysfs_path[input_sysfs_path_len], "delay_acc");
52         bytes = sprintf(buffer, "%d", ms);
53         write_sys_attribute(input_sysfs_path, buffer, bytes);
54         ......
55     }
56     
57     
58     int AccSensor::readEvents(sensors_event_t * data, int count)
59     {
60         ......
61         /* 從文件節點/dev/input/event2中讀取驅動層提交的事件，
62          * 並寫入環形隊列
63          */
64         ssize_t n = mInputReader.fill(data_fd);
65         ......
66         /* 從隊列中取出一個事件 */
67         while (count && mInputReader.readEvent(&event)) {
68             ......
69             /* 寫入到sensors_event_t緩沖區 */
70             *data++ = mPendingEvent;
71             count--;
72             numEventReceived++;
73             ......
74             /* 指向下一個事件 */
75             mInputReader.next();
76         }
77         
78         return numEventReceived;
79     }
80     
81     
82     int AccSensor::populateSensorList(struct sensor_t *list)
83     {
84         /* 把該sensor加入list鏈表 
85          * 所有的sensor都要加入到這個鏈表，以便統一管理
86          */
87         memcpy(list, sSensorList, sizeof(struct sensor_t) * numSensors);
88         return numSensors;
89     }

（C）如何統一各種sensors的接口，生成.so庫？

通過vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/sensors.cpp 和
vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd/sensors.h 統一管理所有
sensor，抽象所有接口

sensors.cpp

  1     static int sensors__get_sensors_list(struct sensors_module_t *module,
  2                          struct sensor_t const **list)
  3     {
  4         /* 獲取sensor鏈表首指針 */
  5         *list = sSensorList;
  6         /* 返回該sensor總數 */
  7         return numSensors;
  8     }
  9     
 10     static struct hw_module_methods_t sensors_module_methods = {
 11     open:   open_sensors
 12     };
 13 
 14     /* sensors.cpp最終的目的就是要構造這個結構體 */   
 15     struct sensors_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {                                                                
 16             common:{
 17                     tag: HARDWARE_MODULE_TAG,                                                                      
 18                     version_major: 1,                                                                              
 19                     version_minor: 0,
 20                     /* 加載so庫時，是通過SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID
 21                      * 找到這個結構體
 22                      */
 23                     id: SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID,                                                                
 24                     name: "SPRD Sensor module",                                                                    
 25                     author: "Spreadtrum",
 26                     methods: &sensors_module_methods,                                                              
 27                     dso: 0,
 28                     reserved:{},                                                                                   
 29             },
 30             get_sensors_list:sensors__get_sensors_list,                                                            
 31     }; 
 32 
 33 
 34     sensors_poll_context_t::sensors_poll_context_t()
 35     {
 36         /* 實例化一個AccSensor類的對象 
 37          * 這個對象代表一個g-sensor
 38          */
 39         mSensors[acc] = new AccSensor();
 40         /* 獲得sensor索引 */
 41         numSensors +=
 42             mSensors[acc]->populateSensorList(sSensorList + numSensors);
 43         /* 讀取/dev/input/event2節點的fd */
 44         mPollFds[acc].fd = mSensors[acc]->getFd();
 45         /* 有數據輸入就產生POLLIN事件 */
 46         mPollFds[acc].events = POLLIN;
 47         mPollFds[acc].revents = 0;
 48         ......
 49         
 50         /* 實例化一個磁力計對象 */
 51         mSensors[ori] = new OriSensor();                                                                           
 52         numSensors +=                                                                                              
 53             mSensors[ori]->populateSensorList(sSensorList + numSensors);                                           
 54         mPollFds[ori].fd = mSensors[ori]->getFd();                                                                 
 55         mPollFds[ori].events = POLLIN;                                                                             
 56         mPollFds[ori].revents = 0;  
 57         
 58         /* 實例化一個光感對象 */  
 59         ......
 60         
 61         /* 以下創建的管道，感覺沒啥用，多余的
 62          * 因為在activate中寫管道，在pollEvent中度管道，
 63          * 讀到消息后並沒有做什么相關處理，有知道的兄弟
 64          * 麻煩指教一下，非常感謝！
 65          */
 66         int wakeFds[2];
 67         /* 創建一個管道 */
 68         int result = pipe(wakeFds);
 69         ALOGE_IF(result < 0, "error creating wake pipe (%s)", strerror(errno));
 70         fcntl(wakeFds[0], F_SETFL, O_NONBLOCK);
 71         fcntl(wakeFds[1], F_SETFL, O_NONBLOCK);
 72         /* 寫管道的fd */
 73         mWritePipeFd = wakeFds[1];
 74         
 75         /* 讀管道的fd */
 76         mPollFds[wake].fd = wakeFds[0];
 77         mPollFds[wake].events = POLLIN;
 78         mPollFds[wake].revents = 0;  
 79     }
 80     
 81     
 82     int sensors_poll_context_t::activate(int handle, int enabled)
 83     {
 84         /* 獲得sensor類型 */
 85         int drv = handleToDriver(handle);
 86         ......
 87         /* 使能該sensor，如：如果這是g-sensor，則調用的是
 88          * AccSensor::setEnable(int32_t handle, int enabled) 
 89          */
 90         err = mSensors[drv]->setEnable(handle, enabled);
 91         /* 往管道寫一個WAKE_MESSAGE消息 */
 92         const char wakeMessage(WAKE_MESSAGE);
 93         int result = write(mWritePipeFd, &wakeMessage, 1);
 94     }
 95 
 96 
 97     int sensors_poll_context_t::setDelay(int handle, int64_t ns)
 98     {
 99         ......
100         return setDelay_sub(handle, ns);
101     }
102     
103     int sensors_poll_context_t::setDelay_sub(int handle, int64_t ns)
104     {
105         /* 獲得sensor類型 */
106         int drv = handleToDriver(handle);
107         
108         /* 獲取sensor的狀態，使能還是禁止
109          * 如：如果這是g-sensor，則調用的是
110          * AccSensor::getEnable(int32_t handle)
111          */
112         int en = mSensors[drv]->getEnable(handle);
113         /* 獲取sensor的輸入事件頻率
114          * 如：如果這是g-sensor，則調用的是
115          * AccSensor::getDelay(int32_t handle) 
116          */
117         int64_t cur = mSensors[drv]->getDelay(handle);
118         ......
119         
120         /* 設置sensor的輸入事件頻率
121          * 如：如果這是g-sensor，則調用的是
122          * AccSensor::setDelay(int32_t handle, int64_t delay_ns)
123          */
124         err = mSensors[drv]->setDelay(handle, ns);  
125         ......
126     }
127     
128     
129     int sensors_poll_context_t::pollEvents(sensors_event_t * data, int count)
130     {
131         ......
132         do {
133             /* 輪詢讀各個sensor的輸入事件 */
134             for (int i = 0; count && i < numSensorDrivers; i++) {
135                 SensorBase *const sensor(mSensors[i]);
136                 ......
137                 /* 讀事件 */
138                 int nb = sensor->readEvents(data, count);
139                 ....
140                 count -= nb;
141                 nbEvents += nb;                                                                                
142                 data += nb; 
143             }
144             /* 還有事件沒讀完 */
145             if (count) { 
146                 do {
147                     /* 休眠等待事件輸入，如果超時則退出 */
148                     n = poll(mPollFds, numFds,
149                         nbEvents ? 0 : polltime);                                                                 
150                 } while (n < 0 && errno == EINTR);  
151                 
152                 if (mPollFds[wake].revents & POLLIN) {
153                     ......
154                     /* 從管道讀出msg，然而什么都沒干，why？ */
155                     int result = read(mPollFds[wake].fd, &msg, 1);
156                     ......
157                 }
158             }
159        } while (n && count);
160          
161        return nbEvents;
162     }
163     
164     static int poll__activate(struct sensors_poll_device_t *dev,
165                   int handle, int enabled)
166     {
167         sensors_poll_context_t *ctx = (sensors_poll_context_t *) dev;
168         return ctx->activate(handle, enabled);
169     }
170     
171     static int poll__setDelay(struct sensors_poll_device_t *dev,
172                   int handle, int64_t ns)
173     {
174         sensors_poll_context_t *ctx = (sensors_poll_context_t *) dev;
175         return ctx->setDelay(handle, ns);
176     }
177     
178     static int poll__poll(struct sensors_poll_device_t *dev,
179                   sensors_event_t * data, int count)
180     {
181         sensors_poll_context_t *ctx = (sensors_poll_context_t *) dev;
182         return ctx->pollEvents(data, count);
183     }
184 
185 
186     /** Open a new instance of a sensor device using name */
187     static int open_sensors(const struct hw_module_t *module, const char *id,
188                 struct hw_device_t **device)
189     {
190         int status = -EINVAL;
191         sensors_poll_context_t *dev = new sensors_poll_context_t();
192     
193         memset(&dev->device, 0, sizeof(sensors_poll_device_t));
194         
195         /* 構造sensors_poll_context_t結構體 */
196         dev->device.common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;
197         dev->device.common.version = 0;
198         dev->device.common.module = const_cast < hw_module_t * >(module);
199         dev->device.common.close = poll__close;
200         dev->device.activate = poll__activate;
201         dev->device.setDelay = poll__setDelay;
202         dev->device.poll = poll__poll;
203     
204         *device = &dev->device.common;
205         status = 0;
206     
207         return status;
208     }

Android.mk

    ......
    LOCAL_MODULE := sensors.$(TARGET_BOARD_PLATFORM)  #這里的TARGET_BOARD_PLATFORM是sc8830
    ......

mmm ./vendor/sprd/open-source/libs/libsensors_sprd -B
生成sensors.sc8830.so

這樣就實現了硬件和應用的分離，應用要訪問硬件是只要加載這個so庫就行了

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