Android中HAL如何向上层提供接口总结
fmms
13年前
<p>参考文献:</p> <p><a href="/misc/goto?guid=4959500209210273446" rel="nofollow">http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6573809</a><br /> </p> <p><a href="/misc/goto?guid=4959500209293554967" rel="nofollow">http://blog.csdn.net/hongtao_liu/article/details/6060734</a></p> <p>建议阅读本文时先浏览以上两篇文章，本文是对上两篇文章在HAL对上层接口话题的一个总结.<br /> </p> <h1><strong>1 什么是HAL</strong></h1> <p>HAL的全称是Hardware Abstraction Layer,即硬件抽象层.其架构图如下:</p> <p><img alt="Android中HAL如何向上层提供接口总结" src="https://simg.open-open.com/show/527d9ff6f56fcf8d994bef38f80513a7.png" width="512" height="385" /></p> <p>Android的HAL是为了保护一些硬件提供商的知识产权而提出的，是为了避开linux的GPL束缚。思路是把控制硬件的动作都放到了 Android HAL中，而linux driver仅仅完成一些简单的数据交互作用，甚至把硬件寄存器空间直接映射到user space。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。也许也正是因为Android不遵从GPL，所以Greg Kroah-Hartman才在2.6.33内核将Andorid驱动从linux中删除。GPL和硬件厂商目前还是有着无法弥合的裂痕。Android 想要把这个问题处理好也是不容易的。</p> <p> 总结下来，Android HAL存在的原因主要有：</p> <p> 1. 并不是所有的硬件设备都有标准的linux kernel的接口</p> <p> 2. KERNEL DRIVER涉及到GPL的版权。某些设备制造商并不原因公开硬件驱动，所以才去用HAL方式绕过GPL。</p> <p> 3. 针对某些硬件，Android有一些特殊的需求.</p> <h1>2 与接口相关的几个结构体</h1> <p>首先来看三个与HAL对上层接口有关的几个结构体：</p> <pre class="brush:cpp; toolbar: true; auto-links: false;">struct hw_module_t; //模块类型 struct hw_module_methods_t; //模块方法 struct hw_device_t; //设备类型</pre> <p></p> 这几个数据结构是在Android工作目录/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h文件中定义. <h1>3 解释<br /> </h1> <p>一般来说，在写HAL相关代码时都得包含这个hardware.h头文件，所以有必要先了解一下这个头文件中的内容.</p> <pre class="brush:cpp; toolbar: true; auto-links: false;">/* * Copyright (C) 2008 The Android Open Source Project * * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); * you may not use this file except in compliance with the License. * You may obtain a copy of the License at * * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0 * * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied. * See the License for the specific language governing permissions and * limitations under the License. */ #ifndef ANDROID_INCLUDE_HARDWARE_HARDWARE_H #define ANDROID_INCLUDE_HARDWARE_HARDWARE_H #include <stdint.h> #include <sys cdefs.h=""> #include <cutils native_handle.h=""> #include <system graphics.h=""> __BEGIN_DECLS /* * Value for the hw_module_t.tag field */ #define MAKE_TAG_CONSTANT(A,B,C,D) (((A) << 24) | ((B) << 16) | ((C) << 8) | (D)) #define HARDWARE_MODULE_TAG MAKE_TAG_CONSTANT('H', 'W', 'M', 'T') #define HARDWARE_DEVICE_TAG MAKE_TAG_CONSTANT('H', 'W', 'D', 'T') struct hw_module_t; struct hw_module_methods_t; struct hw_device_t; /** * Every hardware module must have a data structure named HAL_MODULE_INFO_SYM * and the fields of this data structure must begin with hw_module_t * followed by module specific information. */ //每一个硬件模块都每必须有一个名为HAL_MODULE_INFO_SYM的数据结构变量，它的第一个成员的类型必须为hw_module_t typedef struct hw_module_t { /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */ uint32_t tag; /** major version number for the module */ uint16_t version_major; /** minor version number of the module */ uint16_t version_minor; /** Identifier of module */ const char *id; /** Name of this module */ const char *name; /** Author/owner/implementor of the module */ const char *author; /** Modules methods */ //模块方法列表,指向hw_module_methods_t* struct hw_module_methods_t* methods; /** module's dso */ void* dso; /** padding to 128 bytes, reserved for future use */ uint32_t reserved[32-7]; } hw_module_t; typedef struct hw_module_methods_t { //硬件模块方法列表的定义，这里只定义了一个open函数 /** Open a specific device */ int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id, //注意这个open函数明确指出第三个参数的类型为struct hw_device_t** struct hw_device_t** device); } hw_module_methods_t; /** * Every device data structure must begin with hw_device_t * followed by module specific public methods and attributes. */ //每一个设备数据结构的第一个成员函数必须是hw_device_t类型，其次才是各个公共方法和属性 typedef struct hw_device_t { /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */ uint32_t tag; /** version number for hw_device_t */ uint32_t version; /** reference to the module this device belongs to */ struct hw_module_t* module; /** padding reserved for future use */ uint32_t reserved[12]; /** Close this device */ int (*close)(struct hw_device_t* device); } hw_device_t; /** * Name of the hal_module_info */ #define HAL_MODULE_INFO_SYM HMI /** * Name of the hal_module_info as a string */ #define HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR "HMI" /** * Get the module info associated with a module by id. * * @return: 0 == success, <0 == error and *module == NULL */ int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module); /** * Get the module info associated with a module instance by class 'class_id' * and instance 'inst'. * * Some modules types necessitate multiple instances. For example audio supports * multiple concurrent interfaces and thus 'audio' is the module class * and 'primary' or 'a2dp' are module interfaces. This implies that the files * providing these modules would be named audio.primary. <variant> .so and * audio.a2dp. <variant> .so * * @return: 0 == success, <0 == error and *module == NULL */ int hw_get_module_by_class(const char *class_id, const char *inst, const struct hw_module_t **module); __END_DECLS #endif /* ANDROID_INCLUDE_HARDWARE_HARDWARE_H */ </variant> </variant> </system> </cutils> </sys> </stdint.h></pre> <p></p> 由以上内容可以看出(typedef struct hw_module_t ,typedef struct hw_device_t)，如果我们要写一个自定义设备的驱动的HAL层时，我们得首先自定义两个数据结构: <br /> <p></p> 假设我们要做的设备名为XXX: <p>在头文件中定义:XXX.h</p> <pre class="brush:cpp; toolbar: true; auto-links: false;">/*定义模块ID*/ #define XXX_HARDWARE_MODULE_ID "XXX" /*硬件模块结构体*/ //见hardware.h中的hw_module_t定义的说明，xxx_module_t的第一个成员必须是hw_module_t类型，其次才是模块的一此相关信息，当然也可以不定义， //这里就没有定义模块相关信息 struct xxx_module_t { struct hw_module_t common; }; /*硬件接口结构体*/ //见hardware.h中的hw_device_t的说明，要求自定义xxx_device_t的第一个成员必须是hw_device_t类型，其次才是其它的一些接口信息. struct xxx_device_t { struct hw_device_t common; //以下成员是HAL对上层提供的接口或一些属性 int fd; int (*set_val)(struct xxx_device_t* dev, int val); int (*get_val)(struct xxx_device_t* dev, int* val); };</pre> <p></p> 注:特别注意xxx_device_t的结构定义，这个才是HAL向上层提供接口函数的数据结构,其成员就是我们想要关心的接口函数. <p></p> <p>接下来我们在实现文件XXX.c文件中定义一个xxx_module_t的变量:</p> <pre class="brush:cpp; toolbar: true; auto-links: false;">/*模块实例变量*/ struct xxx_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = { //变量名必须为HAL_MODULE_INFO_SYM,这是强制要求的，你要写Android的HAL就得遵循这个游戏规则, //见hardware.h中的hw_module_t的类型信息说明. common: { tag: HARDWARE_MODULE_TAG, version_major: 1, version_minor: 0, id: XXX_HARDWARE_MODULE_ID, //头文件中有定义 name: MODULE_NAME, author: MODULE_AUTHOR, methods: &xxx_module_methods, //模块方法列表，在本地定义 } };</pre> <p></p> 注意到上面有HAL_MODULE_INFO_SYM变量的成员common中包含一个函数列表xxx_module_methods,而这个成员函数列表是在本地自定义的。那么这个成员函数列是不是就是HAL向上层提供函数的地方呢？很失望，不是在这里，前面我们已经说过了，是在 xxx_device_t中定义的,这个xxx_module_methods实际上只提供了一个open函数，就相当于只提供了一个模块初始化函数.其定义如下: <pre class="brush:cpp; toolbar: true; auto-links: false;">/*模块方法表*/ static struct hw_module_methods_t xxx_module_methods = { open: xxx_device_open };</pre> <p></p> 注意到，上边的函数列表中只列出了一个xxx_device_open函数，这个函数也是需要在本地实现的一个函数。前面说过，这个函数只相当于模块初始化函数。 <p></p> <p>那么HAL又到底是怎么将xxx_device_t中定义的接口提供到上层去的呢?</p> <p>且看上面这个函数列表中唯一的一个xxx_device_open的定义:</p> <pre class="brush:cpp; toolbar: true; auto-links: false;">static int xxx_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name, struct hw_device_t** device) { struct xxx_device_t* dev; dev = (struct hello_device_t*)malloc(sizeof(struct xxx_device_t));//动态分配空间 if(!dev) { LOGE("Hello Stub: failed to alloc space"); return -EFAULT; } memset(dev, 0, sizeof(struct xxx_device_t)); //对dev->common的内容赋值， dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG; dev->common.version = 0; dev->common.module = (hw_module_t*)module; dev->common.close = xxx_device_close; //对dev其它成员赋值 dev->set_val = xxx_set_val; dev->get_val = xxx_get_val; if((dev->fd = open(DEVICE_NAME, O_RDWR)) == -1) { LOGE("Hello Stub: failed to open /dev/hello -- %s.", strerror(errno)); free(dev); return -EFAULT; } //输出&(dev->common),输出的并不是dev,而是&(dev->common)!(common内不是只包含了一个close接口吗?) *device = &(dev->common); LOGI("Hello Stub: open /dev/hello successfully."); return 0; }</pre> <p></p> 经验告诉我们，一般在进行模块初始化的时候，模块的接口函数也会“注册”，上面是模块初始化函数，那么接口注册在哪？于是我们找到*device =&(dev->common);这行代码，可问题是，这样一来，返回给调用者不是&(dev->common)吗？而这个 dev->common仅仅只包含了一个模块关闭接口！到底怎么回事？为什么不直接返回dev,dev下不是提供所有HAL向上层接口吗? <p></p> <p>在回答上述问题之前，让我们先看一下这xxx_device_open函数原型,还是在hardware.h头文件中,找到下面几行代码:</p> <pre class="brush:cpp; toolbar: true; auto-links: false;">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;</pre> <p></p> 这是方法列表的定义，明确要求了方法列表中有且只一个open方法，即相当于模块初始化方法，且，这个方法的第三个参数明确指明了类型是struct hw_device_t **,而不是用户自定义的xxx_device_t,这也就是解译了在open函数实现内为什么输出的是&(dev->common)而不是dev了，原来返回的类型在hardware.h中的open函数原型中明确指出只能返回hw_device_t类型. <p></p> <p>可是，dev->common不是只包含close接口吗？做为HAL的上层，它又是怎么"看得到"HAL提供的全部接口的呢?<br /> </p> <p>接下来，让我们来看看做为HAL上层，它又是怎么使用由HAL返回的dev->common的:</p> <p>参考: <a href="/misc/goto?guid=4959500209368267979" rel="nofollow">在Ubuntu为Android硬件抽象层（HAL）模块编写JNI方法提供Java访问硬件服务接口</a> 这篇文章,从中可以看到这么几行代码：</p> <pre class="brush:cpp; toolbar: true; auto-links: false;">/*通过硬件抽象层定义的硬件模块打开接口打开硬件设备*/ static inline int hello_device_open(const hw_module_t* module, struct hello_device_t** device) { return module->methods->open(module, HELLO_HARDWARE_MODULE_ID, (struct hw_device_t**)device); } </pre> <p></p> 由此可见，返回的&(dev->common)最终会返回给struce hello_device_t **类型的输出变量device,换句话说，类型为hw_device_t的dev->common在初始化函数open返回后，会强制转化为 xxx_device_t来使用，终于明白了，原来如此！另外，在hardware.h中对xxx_device_t类型有说明，要求它的 <span style="color:#ff0000;">第一个成员的类型必须是</span>hw_device_t，原来是为了HAL上层使用时的强制转化的目的，如果xxx_device_t的第一个成员类型不是hw_device_t，那么HAL上层使用中强制转化就没有意义了，这个时候，就真的“看不到”HAL提供的接口了. <p></p> <p><br /> </p> <p>此外，在hardware.h头文件中，还有明确要求定义xxx_module_t类型时，明确要求<span style="color:#ff0000;">第一个成员变量类型必须为</span>hw_module_t，这也是为了方便找到其第一个成员变量common,进而找到本地定义的方法列表，从而调用open函数进行模块初始化.</p> <p><br /> </p> <p>综上所述，HAL是通过<span><span>struct</span><span> xxx_device_t</span></span>这个结构体向上层提供接口的.</p> <p>即：接口包含在<span><span>struct</span><span> xxx_device_t</span></span>这个结构体内。</p> <p>而具体执行是通过struct xxx_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM这个结构体变量的函数列表成员下的open函数来返回给上层的.</p> <p>文章出处：<a href="/misc/goto?guid=4959500209453179994" rel="nofollow">http://blog.csdn.net/flydream0/article/details/7086273</a></p>