Android 开发之 ---- 底层驱动开发(一)

驱动概述

        说到 android 驱动是离不开 Linux 驱动的。Android 内核采用的是 Linux2.6 内核 (最近Linux 3.3 已经包含了一些 Android 代码)。但 Android 并没有完全照搬 Linux 系统内核,除了对Linux 进行部分修正,还增加了不少内容。android 驱动 主要分两种类型:Android 专用驱动 和 Android 使用的设备驱动(linux)。

      Android 专有驱动程序:

      1)Android Ashmem 匿名共享内存; 为用户空间程序提供分配内存的机制,为进程间提供大块共享内存,同时为内核提供回收和管理这个内存。

      2)Android Logger    轻量级的LOG(日志) 驱动;

      3)Android Binder     基于 OpenBinder 框架的一个驱动;

      4)Android Power Management  电源管理模块;

      5)Low Memory Killer  低内存管理器;

      6)Android PMEM        物理内存驱动;

      7)USB Gadget             USB 驱动(基于 gaeget 框架);

      8)Ram Console           用于调试写入日志信息的设备;

      9)Time Device             定时控制设备;  

     10)Android Alarm         硬件时钟


     Android 上的设备驱动:

      1)Framebuff 显示驱动;

      2)Event 输入设备驱动;

      3)ALSA 音频驱动;

      4)OSS 音频驱动;

      5)v412摄像头:视频驱动;

      6)MTD 驱动;

      7)蓝牙驱动;

      8)WLAN 设备驱动;


 Android 专有驱动程序

      1.Android Ashmem 

               为用户空间程序提供分配内存的机制,为进程间提供大块共享内存,同时为内核提供回收和管理这个内存。

               设备节点:/dev/ashmen .主设备号 10.

               源码位置: include/linux/ashmen.h    Kernel /mm/ashmen.c

                     相比于 malloc 和 anonymous/named mmap 等传统的内存分配机制,其优势是通过内核驱动提供了辅助内核的内存回收算法机制(pin/unoin)

      2.Android Logger  

                    无论是底层的源代码还上层的应用,我们都可以使用 logger 这个日志设备看、来进行调试。

                     设备节点:  /dev/log/main      /dev/log/event   /dev/log/radio

                     源码位置:include/linux/logger.h         include/linux/logger.c

      3.Android Binder     

                IPC Binder 一种进程间通信机制。他的进程能够为其它进程提供服务 ----- 通过标准的 Linux 系统调用 API。

                设备节点 :/dev/binder

                源码位置:Kernel/include/linux/binder.h    Kernel/drivers/misc/binder.c

      4.Android Power Management  

               一个基于标准 linux 电源管理的轻量级 Android 电源管理系统,在 drivers/android/power.c      kernel/power/

      5.Low Memory Killer 

                它在用户空间中指定了一组内存临界值,当其中某个值与进程描述中的 oom_adj 值在同一范围时,该进程将被Kill掉(在parameters/adj中指定oome_adj 的最小值)。它与标准的Linux OOM机制类似,只是实现方法不同

                源码位置:drivers/misc/lowmemorykiller.c       

      6.Android PMEM       

                PMEM 主要作用就是向用户空间提供连续的物理内存区域。

                      1.让 GPU 或 VPU 缓冲区共享 CPU 核心。

                      2.用于 Android service 堆。

               源码位置:include/linux/android_pmem.h drivers/android/pmem.c                        

      7.USB Gadget            

                基于标准 Linux USB gaeget 驱动框架的设备驱动。

                源码位置:drivers/usb/gadet/ 

      8.Ram Console         

                为了提供调试功能,android 允许将调试日志信息写入这个设备,它是基于 RAM 的 buffer.

                源码位置: drivers/staging/android/ram_console.c

      9.Time Device            

               定时控制,提供了对设备进行定时控制的功能。

               源码位置:drivers/staging/android/timed_output.c(timed_gpio.c)

    10.Android Alarm       

                提供一个定时器,用于把设备从睡眠状态唤醒,同时它还提供了一个即使在设备睡眠时也会运行的时钟基准。

                 设备节点:/dev/alarm

                 源码位置:drivers/trc/alarm.c


Android 设备驱动

    1. Framebuffer 帧缓存设备

         Framebuffer 驱动在 Linux 中是标准的显示设备的驱动。对于 PC 系统,它是显卡的驱动 ; 对于嵌入式 SOC 处理器系统,它是 LCD 控制器或者其他显示控制器的驱动。它是一个字符设备,在文件系统中设备节点通常是 /dev/fbx 。 每个系统可以有多个显示设备 , 依次用 /dev/fbO 、 /dev/fb l
等来表示。在 Android 系统中主设备号为 29 ,次设备号递增生成。

         Android 对 Framebuffer 驱动的使用方式是标准的 , 在 / dev / graphie / 中的 Framebuffer 设备节点由 init 进程自动创建 , 被 libui 库调用 。 Android 的 GUI 系统中 , 通过调用 Framebuffer 驱动的标准接口,实现显示设备的抽象。

         

     Framebuff的结构框架和实现 : 

          linux LCD驱动(二)--FrameBuffer  

              Linux LCD驱动(四)--驱动的实现                                    

    2.Event输入设备驱动

         Input 驱动程序是 Linux 输入设备的驱动程序 , 分为游戏杆 (joystick) 、 鼠标 (mouse 和 mice)和事件设备 (Event queue)3 种驱动程序。其中事件驱动程序是目前通用的程序,可支持键盘 、 鼠标、触摸屏等多种输入设备。 Input 驱动程序的主设备号是 l3 ,每一种 Input 设备从设备号占 用5 位 , 3 种从设备号分配是 : 游戏杆 0 ~ 61 ; Mouse 鼠标 33 ~ 62 ; Mice 鼠标 63 ; 事件设备 64 ~ 95 ,各个具体的设备在 misc 、 touchscreen 、 keyboard 等目录中。
        Event 设备在用户空问使用 read 、 ioctl 、 poll 等文件系统的接口操作, read 用于读取输入信息, ioctl 用于获取和设置信息, poll 用于用户空间的阻塞,当内核有按键等中断时,通过在中断中唤醒内核的 poll 实现。 

        Event 输入驱动的架构和实现:

                          Linux设备驱动之——input子系统

 

     3.ALSA音频驱动

         高级 Linux 声音体系 ALSA(Advanced Linux Sound Architecture ) 是为音频系统提供驱动 的Linux 内核组件,以替代原先的开发声音系统 OSS 。它是一个完全开放源代码的音频驱动程序集 ,除了像 OSS 那样提供一组内核驱动程序模块之外 , ALSA 还专门为简化应用程序的编写提供相应的函数库,与 OSS 提供的基于 ioctl 等原始编程接口相比, ALSA 函数库使用起来要更加方便一些 

        利用该函数库,开发人员可以方便、快捷地开发出自己的应用程序,细节则留给函数库进行内部处理 。 所以虽然 ALSA 也提供了类似于 OSS 的系统接口 , 但建议应用程序开发者使用音频函数库,而不是直接调用驱动函数。

                     ALSA 驱动的主设备号为 116 ,次设备号由各个设备单独定义,主要的设备节点如下:
                             / dev / snd / contmlCX —— 主控制 ;
                             / dev / snd / pcmXXXc —— PCM 数据通道 ;
                             / dev / snd / seq —— 顺序器;
                             / dev / snd / timer —— 定义器。
        在用户空问中 , ALSA 驱动通常配合 ALsA 库使用 , 库通过 ioctl 等接口调用 ALSA 驱动程序的设备节点。对于 AIJSA 驱动的调用,调用的是用户空间的 ALsA 库的接口,而不是直接调用  ALSA 驱动程序。 ALSA 音频驱动的架构如下图所示:

                                     

        ALSA 驱动程序的主要头文件是 include / sound ./ sound . h ,驱动核心数据结构和具体驱动的注册函数是 include / sound / core . h ,驱动程序 的核心实现是 Sound / core / sound . c 文件。                     

       ALSA 驱动程序使用下面的函数注册控制和设备:

                int snd _ pcm _ new (struct snd _ card * card , char * id , int device , int playback _ count , int capture _ count , struct snd _ pcm ** rpcm) ;

                 int snd ctl _ add(struct snd _ card * card , struct snd _ kcontrol * kcontro1) ;

         ALSA 音频驱动在内核进行 menuconfig 配置时 , 配置选项为 “ Device Drivers ” > “ Sound c ard support ” 一 > “ Advanced Linux Sound Architecture ” 。子选项包含了 Generic sound devices( 通用声音设备 ) 、 ARM 体系结构支持,以及兼容 OSS 的几个选项。 ALsA 音频驱动配置对应的文件是sound / core / Kconfig 。

      Android 没有直接使用 ALSA 驱动,可以基于 A-LSA 驱动和 ALSA 库实现 Android Audio 的硬件抽象层; ALSA 库调用内核的 ALSA 驱动, Audio 的硬件抽象层调用 ALSA 库。      


      4.OSS音频驱动

         OSS(Open Sound System开放声音系统)是 linux 上最早出现的声卡驱动。OSS 由一套完整的内核驱动程序模块组成,可以为绝大多数声卡提供统一的编程接口。

         OSS 是字符设备,主设备号14,主要包括下面几种设备文件:

          1) /dev/sndstat

                 它是声卡驱动程序提供的简单接口,它通常是一个只读文件,作用也只限于汇报声卡的当前状态。(用于检测声卡)

          2)/dev/dsp

                 用于数字采样和数字录音的设备文件。对于音频编程很重要。实现模拟信号和数字信号的转换。

          3)/dev/audio

                 类似于/dev/dsp,使用的是 mu-law 编码方式。

          4)/dev/mixer

                 用于多个信号组合或者叠加在一起,对于不同的声卡来说,其混音器的作用可能各不相同。

          5)/dev/sequencer

                   这个设备用来对声卡内建的波表合成器进行操作,或者对 MIDI 总线上的乐器进行控制。

           OSS 驱动所涉及的文件主要包括:

                kernel/include/linux/soundcard.h

                kernel/include/linux/sound.h   定义 OSS 驱动的次设备号和注册函数

                kernel/sound_core.c    OSS核心实现部分

           OSS驱动架构图:

       

     5.V4l2视频驱动

   V4L2是V4L的升级版本,为linux下视频设备程序提供了一套接口规范。包括一套数据结构和底层V4L2驱动接口。V4L2提供了很多访问接口,你可以根据具体需要选择操作方法。需要注意的是,很少有驱动完全实现了所有的接口功能。所以在使用时需要参考驱动源码,或仔细阅读驱动提供者的使用说明。

      V4L2的主设备号是81,次设备号:0~255,这些次设备号里也有好几种设备(视频设备、Radio设备、Teletext、VBI)。

        V4L2的设备节点: /dev/videoX, /dev/vbiX and /dev/radioX

      V4L2框架图:

        


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