Android Camera从Camera HAL1到Camera HAL3的过渡（已更新到Android6.0 HAL3.3）

1. Android系统中Camera模块版本号的历史演变进度

/**
 * All module versions <= HARDWARE_MODULE_API_VERSION(1, 0xFF) must be treated
 * as CAMERA_MODULE_API_VERSION_1_0
 */
#define CAMERA_MODULE_API_VERSION_1_0 HARDWARE_MODULE_API_VERSION(1, 0)
#define CAMERA_MODULE_API_VERSION_2_0 HARDWARE_MODULE_API_VERSION(2, 0)
#define CAMERA_MODULE_API_VERSION_2_1 HARDWARE_MODULE_API_VERSION(2, 1)
#define CAMERA_MODULE_API_VERSION_2_2 HARDWARE_MODULE_API_VERSION(2, 2)
#define CAMERA_MODULE_API_VERSION_2_3 HARDWARE_MODULE_API_VERSION(2, 3)

#define CAMERA_MODULE_API_VERSION_CURRENT CAMERA_MODULE_API_VERSION_2_3

/**
 * All device versions <= HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(1, 0xFF) must be treated
 * as CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0
 */
#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(1, 0)
#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_0 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(2, 0)
#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_1 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(2, 1)
#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_0 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(3, 0)
#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_1 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(3, 1)
#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_2 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(3, 2)

// Device version 3.2 is current, older HAL camera device versions are not
// recommended for new devices.
#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_CURRENT CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_2

从上述对Camera版本的定义可知，Android将整个camera模块划分为module和device两个部分，前者拥有对后者的控制权，而后者直接就是代表的camera hal接口的实现。

对于Module API的区别主要在于2.1之后增加了set_callbacks接口，用于HAL检测当前module的工作状态，低版本的module不需要实现。

此外对于Module API版本号高于2.2时可支持get_vendor_tag_ops，Framework调用后课获取对厂商自己扩展定义的tag ops，便于操作厂商自己私有定义的camera所需的metadata信息，同理低版本的module不需要去实现该接口。

此外对于Module API 为2.3的版本增加了open_legacy接口：

int (*open_legacy)(const struct hw_module_t* module, const char* id,
        uint32_t halVersion, struct hw_device_t** device);

他描述的是可以根据自己所选的device version，比如对于一个camera hal他支持并实现了CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0和CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_2两种版本下的hal接口的实现，只有module api定义的是2.3的版本的话，在Framework中就可以通过对open_legacy()来指定hal_version，从而获取不同版本下的hal device的实现接口即hw_device_t。但目前来看，Android提供了该接口，却在Framework层都没有给出直接的调用，此外可见的hal module api2.3的版本，也都不会去实现该接口。说明hw_module_t所属的open目前依旧还是获取对camera device控制权的唯一路径与方法，也许对于一个camera device而言实现一种版本的接口就已经够用和麻烦的了。

2 Camera Client

    关于CameraService相关的内容可以参考博文Android4.2.2 CameraService服务启动和应用端camera初始化记录来梳理整个Camera.so模块的加载与处理过程。每一个应用端的camera在connect到CameraService处会以一个Camera Client形式存在，该类继承并实现CameraService::Client的一个内部类，通过匿名的Binder服务与应用端进行交互。在CamerService启动并建立的时候，就会自动加载一个camera.xxx.so的模块，提取module相关的handle。

每当connect时，CameraService会执行一个getDeviceVersion的函数：

int CameraService::getDeviceVersion(int cameraId, int* facing) {
    struct camera_info info;
    if (mModule->get_camera_info(cameraId, &info) != OK) {
        return -1;
    }

    int deviceVersion;
    if (mModule->common.module_api_version >= CAMERA_MODULE_API_VERSION_2_0) {
        deviceVersion = info.device_version;
    } else {
        deviceVersion = CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0;
    }

    if (facing) {
        *facing = info.facing;
    }

    return deviceVersion;
}

即对于那些module_api_version小于2.0的版本，即所谓的1.0版本外，其他module对应的device 版本号，由HAL自行决定，决定权通过get_camera_info来获取hal支持的camera_info相关信息，其中包括device_version。1.0版本的module直接默认的device_verison则为1.0版本。

case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0:
       client = new CameraClient(this, cameraClient,
               clientPackageName, cameraId,
               facing, callingPid, clientUid, getpid(), legacyMode);
       break;
     case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_0:
     case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_1:
     case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_0:
     case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_1:
     case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_2:
       client = new Camera2Client(this, cameraClient,
               clientPackageName, cameraId,
               facing, callingPid, clientUid, getpid(), legacyMode);//CameraService端新建Camera2Client
       break;

通过上述的代码逻辑可知，对于Camera Client的升级，由底层Device API Version来决定。很明显可以知道，目前1.0的device api以CameraClient的形式存在，而2.0以上的版本则均以Camera2Client的形式存在。 

对于Camera模块不同版本的DEVICE_API来说，其区别本质上就是在HAL所需要实现的接口不同，分别由以下三个版本的device接口：

typedef struct camera_device {
    /**
     * camera_device.common.version must be in the range
     * HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(0,0)-(1,FF). CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0 is
     * recommended.
     */
    hw_device_t common;
    camera_device_ops_t *ops;
    void *priv;
} camera_device_t;

对应的是1.0的DEVICE_API，目前低版本的Android系统中以该方式来实现的较多。

typedef struct camera2_device {
    /**
     * common.version must equal CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_0 to identify
     * this device as implementing version 2.0 of the camera device HAL.
     */
    hw_device_t common;
    camera2_device_ops_t *ops;
    void *priv;
} camera2_device_t;

2.0版本的ops目前主流的IC厂商实现的较少。

typedef struct camera3_device {
    /**
     * common.version must equal CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_0 to identify this
     * device as implementing version 3.0 of the camera device HAL.
     *
     * Performance requirements:
     *
     * Camera open (common.module->common.methods->open) should return in 200ms, and must return
     * in 500ms.
     * Camera close (common.close) should return in 200ms, and must return in 500ms.
     *
     */
    hw_device_t common;
    camera3_device_ops_t *ops;
    void *priv;
} camera3_device_t;

对于3.0而言，也就是所谓的HAL3.0就体现在这里，当下可见的只有高通、三星等有对该种接口形式进行了实现。

本质上来说，三个不同的版本都进行了全盘的升级，则重点则是归于在HAL中按照Google在Framework层定义的camerax_device_ops来实现该种接口，相关接口的实现形式在分析高通的HAL架构时再去分析。

3 Camera device

对于三个不同版本的hal层接口，在Camera的Framework中实现的过程略有不同，可以分为device1、device2、device3。

对于1.0版本的Device API，在创建CameraClient时，是以CameraHardwareInterface(可以认为是Camera Device1)来维护队整个对HAL层中Camera Device的控制权，即 camera_device_t归CameraHardwareInterface来调用。

对于2.0以上版本的Device API时，在创建Camera2Client时，会通过CameraDeviceFactory::createDevice来创建相应的Camera Device

sp CameraDeviceFactory::createDevice(int cameraId) {

    sp svc = sService.promote();
    if (svc == 0) {
        ALOGE("%s: No service registered", __FUNCTION__);
        return NULL;
    }

    int deviceVersion = svc->getDeviceVersion(cameraId, /*facing*/NULL);

    sp device;

    switch (deviceVersion) {
        case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_0:
        case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_1:
            device = new Camera2Device(cameraId);
            break;
        case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_0:
        case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_1:
        case CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_2:
            device = new Camera3Device(cameraId);
            break;
        default:
            ALOGE("%s: Camera %d: Unknown HAL device version %d",
                  __FUNCTION__, cameraId, deviceVersion);
            device = NULL;
            break;
    }

    ALOGV_IF(device != 0, "Created a new camera device for version %d",
                          deviceVersion);

    return device;
}

可以看到对于Camera2Client而言，对Device API2.0、2.1的版本通过Camera2Device来实现对底层device的控制，对3.0以上的版本通过Camera3Device来实现，前者可以说是调用的是Camera HAL2.0相关的camera2_device_t的接口，后者调用的是Camera HAL3.0相关的camera3_device_t的接口，当然重点就是两者内部实现的形式不同，3.0版本的处理也更显的复杂。 其中Camera Device API2.0的版本从Android4.2开始发布，而API3更多的是对前者的升级与换代而已在4.4.2的版本中科院看到。

4.小结

Camera不断的过渡，也算是Android系统源码中，变化较大的一个部分了，虽然Framework层核心的CameraService、Camera等的实现逻辑都没有发生很大的变化，但和底层HAL的交互却有着质的变异。而目前主流的IC厂商都在朝着Camera HAL3.0的方向进行发展，所有有必要对3.0实现的原理与本质进行探究与学习。

附图：camera在Android Framework层中的变迁

Camera HAL1.0 在Android4.0 ICE开始；

Camera HAL2.0、HAL3.0在Android4.2/4.3 JB版本开始支持；

Camera HAL3.1 在Androiod4.4 KitKat开始Support；

Camera HAL3.2 在Android5.0 L 开始支持；

Camera API2在Android5.0 L开始支持，并逐步deprecate Camera API1。

Android几个版本下camera_common.h的文档集：

Android4.0

# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 1, 0)

Android4.2

# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 1, 0)

# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_0  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 2, 0)

Android4.3

# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 1, 0)

# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_0  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 2, 0)

# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_1  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 2,  1)

# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_0  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 3, 0)

Android4.4

98# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 1, 0)

99# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_0  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 2, 0)
100# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_1  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 2,  1)
101# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_0  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 3, 0)

102# define  CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_1  HARDWARE_DEVICE_API_VERSION( 3,  1)

Android5.0

#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_1_0 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(1, 0)

#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_0 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(2, 0)

#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_2_1 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(2, 1)

#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_0 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(3, 0)

#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_1 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(3, 1)

#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_2 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(3, 2)

Android6.0

#define CAMERA_DEVICE_API_VERSION_3_3 HARDWARE_DEVICE_API_VERSION(3, 3)