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書名： Android系統(tǒng)級深入開發(fā)
作者名：韓超梁泉
本章字?jǐn)?shù)： 2189字
更新時間： 2018-12-29 13:39:30

3.2.2 硬件抽象層接口方式

1.hardware模塊的方式

Android的libhardware庫提供一種不依賴編譯時綁定，可以動態(tài)加載硬件抽象層，硬件模塊方式的硬件抽象層架構(gòu)如圖3-7所示。

圖3-7 硬件模塊方式的硬件抽象層

在libhardware的接口中定義了通用的內(nèi)容和各個硬件模塊的id，每一個硬件模塊需要被實現(xiàn)成所要求的接口形式，并生成單獨的動態(tài)庫文件（*.so）。

在使用硬件抽象層的過程中，Android系統(tǒng)的框架層將調(diào)用libhardware的接口，根據(jù)每一個模塊的id，將在指定路徑動態(tài)打開（dlopen）各個硬件模塊，然后找到符號（dlsym），調(diào)用硬件模塊中的各個接口。

接口的調(diào)用方式是一致的，只是在不同系統(tǒng)所打開的硬件模塊是不相同的。

Android仿真器的環(huán)境中，包含的硬件模塊如下所示：

    # ls /system/lib/hw
    sensors.goldfish.so
    gralloc.default.so

其中，gralloc.default.so表示默認(rèn)的Gralloc模塊（用于顯示），sensors.goldfish.so表示默認(rèn)的傳感器模塊。

libhardware的接口在以下目錄中定義：

    hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h

struct hw_module_t結(jié)構(gòu)體用于定義了硬件模塊的格式，如下所示：

    typedef struct hw_module_t {
        uint32_t tag;                       /＊ tag，需要被初始化為HARDWARE_MODULE_TAG ＊/
        uint16_t version_major;           /＊ 主版本號 ＊/
        uint16_t version_minor;           /＊ 次版本號＊/
        const char ＊id;                    /＊ 模塊標(biāo)識 ＊/
        const char ＊name;                  /＊ 模塊的名稱 ＊/
        const char ＊author;                /＊ 模塊作者 ＊/
        struct hw_module_methods_t＊ methods;      /＊ 模塊方法 ＊/
        void＊ dso;                                     /＊ 模塊的dso ＊/
        uint32_t reserved[32-7];                    /＊ 填充字節(jié)，為以后使用 ＊/
    } hw_module_t;

struct hw_module_t結(jié)構(gòu)體定義了一個硬件模塊的信息。在各個具體硬件模塊中，需要以這個結(jié)構(gòu)體為第一個成員，即表示“繼承”了這個結(jié)構(gòu)體。

struct hw_module_methods_t是一個表示模塊方法的結(jié)構(gòu)體，如下所示：

    typedef struct hw_module_methods_t {
        /＊＊ 打開設(shè)備的方法 ＊/
        int (＊open)(const struct hw_module_t＊ module, const char＊ id,
              struct hw_device_t＊＊ device);
    } hw_module_methods_t;

struct hw_module_methods_t結(jié)構(gòu)體只包含了一個打開模塊的函數(shù)指針，這個結(jié)構(gòu)體也作為struct hw_module_t結(jié)構(gòu)體的一個成員。

struct hw_device_t表示一個硬件設(shè)備，如下所示

    typedef struct hw_device_t {
        uint32_t tag;                       /＊ tag 需要被初始化為HARDWARE_DEVICE_TAG ＊/
        uint32_t version;                  /＊ hw_device_t的版本號 ＊/
        struct hw_module_t＊ module;                      /＊ 引用這個設(shè)備屬于的硬件模塊 ＊/
        uint32_t reserved[12];                            /＊ 填充保留字節(jié) ＊/
        int (＊close)(struct hw_device_t＊ device);     /＊ 關(guān)閉設(shè)備 ＊/
    } hw_device_t;

struct hw_device_t也是需要被具體實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)體包含使用的，一個硬件模塊可以包含多個硬件設(shè)備。

硬件的具體的調(diào)用流程如下所示：

（1）通過id得到硬件模塊。

（2）從硬件模塊中得到hw_module_methods_t，打開得到硬件設(shè)備hw_device_t。

（3）調(diào)用hw_device_t中的各個方法（不同模塊所實現(xiàn)的）。

（4）調(diào)用方程，通過hw_device_t的close關(guān)閉設(shè)備。

模塊打開到使用的流程，如圖3-8所示。

圖3-8 硬件模塊方式的調(diào)用方式

在以上的流程中，還需要libhareware提供一個得到模塊的函數(shù)，各個函數(shù)就是hw_get_module，如下所示：

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

hw_get_module()函數(shù)的實現(xiàn)在hardware/libhardware/目錄的hardware.c文件中，其內(nèi)容如下所示：

    int hw_get_module(const char ＊id, const struct hw_module_t ＊＊module)
    {
        int status;
        int i;
        const struct hw_module_t ＊hmi = NULL;
        char prop[PATH_MAX];
        char path[PATH_MAX];
        for (i=0 ; i＜HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1 ; i++) {
            if (i ＜ HAL_VARIANT_KEYS_COUNT) {
              if (property_get(variant_keys[i], prop, NULL) == 0) {
                  continue;
              }
              snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so",           // 得到模塊的名稱
                      HAL_LIBRARY_PATH, id, prop);
            } else {
              snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.default.so",     // 得到默認(rèn)模塊的名稱
                      HAL_LIBRARY_PATH, id);
            }
            if (access(path, R_OK)) {
              continue;
            }
            break;                                                           // 找到模塊，然后退出
        }
        status = -ENOENT;
        if (i ＜ HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1) {
            status = load(id, path, module);
        }
        return status;
    }

hw_get_module()函數(shù)的內(nèi)容可見，執(zhí)行的是一個動態(tài)查找的過程，找到硬件動態(tài)庫（*.so）打開，當(dāng)沒有動態(tài)庫的時候，將打開默認(rèn)的庫文件（*.default.so）。

在hw_get_module()函數(shù)中調(diào)用的load()函數(shù)，其主要內(nèi)容如下所示：

    static int load(const char ＊id,
            const char ＊path,
            const struct hw_module_t ＊＊pHmi)
    {
        int status;
        void ＊handle;
        struct hw_module_t ＊hmi;
        handle = dlopen(path, RTLD_NOW);       /＊ 進行動態(tài)庫的打開 ＊/
        const char ＊sym = HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR;
        hmi = (struct hw_module_t ＊)dlsym(handle, sym);
        /＊  ……省略部分內(nèi)容 ＊/
    }

load()函數(shù)實際上執(zhí)行了一個動態(tài)的打開（dlopen）和動態(tài)取出符號（dlsym）的過程。這個過程解除了在編譯階段的Android本地框架對特有的硬件模塊依賴。

硬件模塊的調(diào)用方式如下所示：

    xxx_module_t ＊ gModule;
    xxx_device_t ＊ gDevice;
    {
        xxx_module_t const＊ module;
        err = hw_get_module(XXXX_HARDWARE_MODULE_ID, (const hw_module_t ＊＊)&module);
        if (err == 0)
            gModule = (xxxx_module_t＊)module;
        gModule-＞ModuleFunction();          /＊ 調(diào)用模塊中的函數(shù) ＊/
        gDevice-＞DeviceFunction();          /＊ 調(diào)用設(shè)備中的函數(shù) ＊/
    }

通常情況下，硬件模塊的調(diào)用者是Android中的本地框架層。

libhardware的接口頭文件中，除了hardware.h之外，其他各個頭文件是相互并列的，每一個文件表示了一種硬件抽象層。

lights.h（背光和指示燈模塊）

copybit.h（位復(fù)制模塊）

overlay.h（疊加視頻抽象層模塊）

qemud.h（QEMU的守護進程模塊）

sensors.h（傳感器模塊）

gralloc.h（gralloc模塊，用于顯示，Eclair版本新增）

2.直接接口方式

hardware_legacy庫中提供了一些各自獨立的接口，由用戶實現(xiàn)后形成庫，被直接連接到系統(tǒng)中。這是實現(xiàn)硬件抽象層最簡單也是最直接的方式。hardware_legacy的頭文件路徑為：

hardware/libhardware_legacy/include/hardware_legacy

Android中的藍(lán)牙庫bluedroid與之類似，也是采用同樣的方式，其頭文件的路徑為：

system/bluetooth/bluedroid/include/bluedroid/bluetooth.h

hardware_legacy庫中包含了幾個C接口的文件，如GPS ，power，wifi，vibrator等，同時在hardware_legacy庫中也包含了power，wifi，vibrator這幾個系統(tǒng)的實現(xiàn)和GPS在仿真器上的實現(xiàn)。在開發(fā)一個新的硬件系統(tǒng)時，可以根據(jù)需要去實現(xiàn)這幾個庫，也可以使用系統(tǒng)默認(rèn)的實現(xiàn)方式。

這種做法實際上并沒有完全將硬件抽象層和Android的本地框架分開，其好處是接口的定義和實現(xiàn)比較簡單。

3.C++的繼承實現(xiàn)方式

使用C++類的繼承方式實現(xiàn)硬件抽象層，也是Android中的一種方式。為了使用這種方式，Android平臺定義了C++的接口。由具體的實現(xiàn)者繼承實現(xiàn)這些接口，同時在Android系統(tǒng)中，通常也有通用的實現(xiàn)方式，可以作為一個簡易的實現(xiàn)或者“樁（stub）”的作用。

使用C++類的繼承方式的硬件抽象層結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。

圖3-9 使用C++類的繼承方式的硬件抽象層結(jié)構(gòu)

在這種實現(xiàn)方式中，具體的硬件抽象層通常要求被編譯成為指定的名稱的動態(tài)庫，由本地框架庫連接它；通用的實現(xiàn)被編譯成靜態(tài)庫（*.a），本地框架庫連接這些靜態(tài)庫的時候，其實就是包含了它們在其中。使用特定硬件抽象層還是通用的硬件抽象層，通常需要根據(jù)宏來指定。

Camera和Audio系統(tǒng)使用的是C++類的繼承的方式。

4.直接調(diào)用驅(qū)動

在Android中有一些比較簡單的子系統(tǒng)，并沒有在“物理”上存在的硬件抽象層，也就是說，實現(xiàn)其硬件抽象功能的部分不在單獨的代碼中。例如，由JNI部分代碼直接調(diào)用的驅(qū)動程序的設(shè)備節(jié)點或者使用sys文件系統(tǒng)。

Alarm子系統(tǒng)就是采用的這種方式，在JNI中直接調(diào)用驅(qū)動程序。此外，在Android的JNI代碼中，還包含一些對sys文件系統(tǒng)的訪問，例如switch等。

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