Sensor框架理解

在这个系列的文章我们只是为了讲清楚Sensor框架的设计和工作原理基于4.0，4.0以下的代码有所区别，尤其是2.2以下根本就没有Binder架构，不讲驱动，也不讲具体的某一个应用该怎么处理Sensor的数据。

一、整体的架构：

从这个图来看Sensor的架构还是非常的清淅，

黄色部分表示硬件，它要挂在I2C总线上

红色部分表示驱动，把驱动注册到Kernel的Input Subsystem上，然后通过Event Device把Sensor数据传到HAL层，准确说是HAL从Event读

绿色部分表示动态库，它封装了整个Sensor的IPC机制，如SensorManager是客户端，SensorService是服务端，而HAL部分是封装了服务端对Kernel的直接访问

蓝色部分就是我们的Framework和Application了，JNI负责访问Sensor的客户端，而Application就是具体的应用程序，用来接收Sensor返回的数据，并处理实现对应的UI效果，如屏幕旋转，打电话时灭屏，自动调接背光（这三个功能的具体实现会在以后分析）

相关代码：

从HAL到Framework：

Framework部分：

frameworks/base/core/java/android/hardware/SensorManager.java
frameworks/base/core/jni/android_hardware_sensorManager.cpp

下面的代码会生成到：libgui.so
frameworks/base/libs/gui/SensorManager.cpp
frameworks/base/libs/gui/SensorEventQueue.cpp
frameworks/base/libs/gui/SensorChannel.cpp
frameworks/base/libs/gui/Sensor.cpp

下面的代码会生成：libsensorservice.so
frameworks/base/services/sensorservice/SensorService.cpp
frameworks/base/services/sensorservice/SensorDevice.cpp

HAL部分：这部分代码最终会生成 sensor.default.so 到/system/lib/hw/

hardware/libhardware/include/hardware/Sensors.h

device/qcom/msm7627a/libsensors/Sensors.cpp

device/qcom/msm7627a/libsensors/SensorBase.h
device/qcom/msm7627a/libsensors/AccSensor.cpp
device/qcom/msm7627a/libsensors/ProximitySensor.cpp
device/qcom/msm7627a/libsensors/LightSensor.cpp
device/qcom/msm7627a/libsensors/TmdSensor.cpp
device/qcom/msm7627a/libsensors/MagnetoSensor.cpp
device/qcom/msm7627a/libsensors/GyroSensor.cpp

device/qcom/msm7627a/libsensors/InputEventRead.h

device/qcom/msm7627a/libsensors/InputEventRead.cpp

Drivers:

P-Sensor:

device/qcom/msm7627a/libsensors/Tmd2771.h

kernel/drivers/misc/Tmd2771.c

(从这个代码路径大家可以看出我用来分析的代码是高通7627a平台的，

和Google原生代码没什么差别，而MTK的代码差别就大了，从HAL层开始完全不一样。)

我们还是列一下Android一般有哪些Sensor吧!

AccelerometerSensor

MagneticSensor

OrientationSensor

ProximitySensor

LightSensor

Gyro

这是我们最常见手机上有的Sensor，不过一般低端手机是没有Gyro的，而A Sensor用的并不是三轴的而是两轴。

二、应用举例：

	SensorManager sensorManager = (SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
	Sensor accSensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
	sensorManager.registerListener(this, accSensor, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
	sensorManager.unregisterListener(this, accSensor);
	//然后在当前Activity中实现以下的两个函数
	public void onSensorChanged(SensorEvent event) 
	public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy)

三、SensorService

服务程序启动，它是由SystemManager启动起来的：

frameworks/base/cmds/system_server/library/system_init.cpp

    property_get("system_init.startsensorservice", propBuf, "1");
    if (strcmp(propBuf, "1") == 0) {
        // Start the sensor service
        SensorService::instantiate();
    }

整个C/S通信的架构图：

需要特别说明的是，BpSensorServer并没有在系统中被用到，如果你从ISensorServer.cpp中把它删除也不会对Sensor的工作有任何影响。

它的工作被SensorManager.cpp所取代，ServiceManager直接获取上面System_init文件中添加的SensorService对像。

四、创建SensorManager

1. new SensorManager

它有两个地方去创建这个Sensor client Object，一个就是ContextImpl，另一个就是PowerManagerService中，contextImpl大家都明白是为了应用程序很方便的获取Service，PowerManager中为什么要创建这个对象我们后面再分析。

2.natvieClassInit

它在SensorManager（JAVA）的构造函数中被调用，作用就是创建一个Sensor.java类的实例对象。

3.sensors_module_init()

它也是在SensorManager（JAVA）的构造函数中被调用的，它的作用就是初始华SensorManager(cpp)。

static jint
sensors_module_init(JNIEnv *env, jclass clazz)
{
    SensorManager::getInstance();
    return 0;
}

通过getInstance()就可以知道它是一个单件类，实例的创建由其父类Singleton，

SensorManager只需要在实现文件调用以下的代码：

ANDROID_SINGLETON_STATIC_INSTANCE(SensorManager)

接着是SensorManager(cpp)的构造函数也没有做什么就是通过ServiceManager获取了SensorService的实例对象。

4. onFirstRef的实例

其实SensorService在添加实例到ServiceManager的时候就已经实例化过后了，因为在Binder.c中就会保存对它的引用，而RefBase的意思就是用来管理对像的引用，所以它会在对象第一次被引用的时候就调用onFirstRef。

接下来我们看看SensorService::onFirstRef里面做了哪些工作。

5. 创建SensorDevice

SensorDevice的构造函数：

    status_t err = hw_get_module(SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID,
            (hw_module_t const**)&mSensorModule);

这句话的意思是JNI加载HAL的库文件，并创建SensorModle的对象，Sensor的库文件通常是sensor.default.so

上图接下来是sensors_open，这个函数并没有在SensorDevice中实现，而是调用的HAL层的函数，相关代码路径已在上面列出。

static int open_sensors(const struct hw_module_t* module, const char* id,
                        struct hw_device_t** device)
{
        int status = -EINVAL;
	LOGE("%s %d => %s", __FILE__, __LINE__, __func__);
        sensors_poll_context_t *dev = new sensors_poll_context_t();

        memset(&dev->device, 0, sizeof(sensors_poll_device_t));

        dev->device.common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;
        dev->device.common.version  = 0;
        dev->device.common.module   = const_cast(module);
        dev->device.common.close    = poll__close;
        dev->device.activate        = poll__activate;
        dev->device.setDelay        = poll__setDelay;
        dev->device.poll            = poll__poll;

        *device = &dev->device.common;
        status = 0;

        return status;
}

我们看new sensors_poll_device_t();

sensors_poll_context_t::sensors_poll_context_t()
{
#ifdef TMD27713_SENSOR
    mSensors[tmd] = new TmdSensor();
    mPollFds[tmd].fd = mSensors[tmd]->getFd();
    mPollFds[tmd].events = POLLIN;
    mPollFds[tmd].revents = 0;	
#else
    mSensors[light] = new LightSensor();
    mPollFds[light].fd = mSensors[light]->getFd();
    mPollFds[light].events = POLLIN;
#endif	
    mSensors[acc] = new AccSensor();
    mPollFds[acc].fd = mSensors[acc]->getFd();
    mPollFds[acc].events = POLLIN;
    mPollFds[acc].revents = 0;

    mSensors[mag] = new MagnetoSensor((AccSensor*)mSensors[acc]);
    mPollFds[mag].fd = mSensors[mag]->getFd();
    mPollFds[mag].events = POLLIN;
    mPollFds[mag].revents = 0;

    int wakeFds[2];
    int result = pipe(wakeFds);
    fcntl(wakeFds[0], F_SETFL, O_NONBLOCK);
    fcntl(wakeFds[1], F_SETFL, O_NONBLOCK);
    mWritePipeFd = wakeFds[1];

    mPollFds[wake].fd = wakeFds[0];
    mPollFds[wake].events = POLLIN;
    mPollFds[wake].revents = 0;
}

这部分代码就创建HAL和Kernel Event通信的类，还有Sensor数据读写管道的创建。
返回open_sensors再看剩下的代码，就是创建sensors_poll_device_t对象并把sensor控制的相关函数指针赋值给它。

6. SensorDevice 调用get_sensors_list

这个方法还是调用到了HAL中，而HAL中的这个函数也就是返回以下数组：

/* The SENSORS Module */
static const struct sensor_t sSensorList[] = {
        { "ST 3-axis Accelerometer",
          "STMicroelectronics",
          1, SENSORS_ACCELERATION_HANDLE,
          SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER, RANGE_A, CONVERT_A, 0.23f, 20000, { } },
        { "ST 3-axis Magnetic field sensor",
          "STMicroelectronics",
          1, SENSORS_MAGNETIC_FIELD_HANDLE,
          SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD, 2000.0f, CONVERT_M, 6.8f, 16667, { } },
        { "iNemo Orientation sensor",
          "STMicroelectronics",
          1, SENSORS_ORIENTATION_HANDLE,
          SENSOR_TYPE_ORIENTATION, 360.0f, CONVERT_O, 7.8f, 16667, { } },
};

我们需要特别关组的是第4，5个参数，第4参数Handle是对kernel而言的，如激活，读写event，代码中的说明：

    /* handle that identifies this sensors. This handle is used to activate
     * and deactivate this sensor. The value of the handle must be 8 bits
     * in this version of the API. 
     */

而第五个参数是相对于上层代码而言。
7. mSensorDevice->activate

在获取到Sensor列表以后，我们就去激活每一个Sensor:

mSensorDevice->activate(mSensorDevice, list[i].handle, 0);

int sensors_poll_context_t::activate(int handle, int enabled) {
    int index = handleToDriver(handle);
    if (index < 0) return index;
	LOGE("sensor.cpp:index = %d\t handle= %d\t en=%d",index,handle,enabled);//by zhangfeng
    int err =  mSensors[index]->enable(handle, enabled);
    if (enabled && !err) {
        const char wakeMessage(WAKE_MESSAGE);
        int result = write(mWritePipeFd, &wakeMessage, 1);
        LOGE_IF(result<0, "error sending wake message (%s)", strerror(errno));
    }
    return err;
}

这儿要介绍一下handleToDriver

    int handleToDriver(int handle) const {
        switch (handle) {
            case ID_A:
                return acc;
            case ID_M:
            case ID_O:
                return mag;
		#ifdef TMD27713_SENSOR
			 case ID_P:
			 case ID_L:
				return tmd;
		#else
			case ID_P:
			    return proximity;
			case ID_L:
				return light;
		#endif
			case ID_GY:
				return gyro;
        }
        return -EINVAL;
    }

传进来的就是我们上面说的第4个参数Handle，返回的是对应的和kernel交互的类的数组下标（Sensors[acc]）下标。

从上面的sensors_poll_context_t()中sensors[]的定义我们可以找到Sensors[acc]对应的值为AccSensor。

mSensors[index]->enable(handle,enabled)目的就是打开这个Sensor，里面如何打开的？linux上面不是一切兼为文件吗？就是打开对应的驱动文件嘛，所以里面的东西我们就不看了，HAL我们只分析到Sensors.cpp。

8. 扩展Sensor list

好SensorDevice里面的初始化代码走完了，回到SensorService。

void SensorService::onFirstRef()
{
    LOGD("nuSensorService starting...");

    SensorDevice& dev(SensorDevice::getInstance());
....
            if (hasGyro) {
                // Always instantiate Android's virtual sensors. Since they are
                // instantiated behind sensors from the HAL, they won't
                // interfere with applications, unless they looks specifically
                // for them (by name).

                registerVirtualSensor( new RotationVectorSensor() );
                registerVirtualSensor( new GravitySensor(list, count) );
                registerVirtualSensor( new LinearAccelerationSensor(list, count) );

                // these are optional
                registerVirtualSensor( new OrientationSensor() );
                registerVirtualSensor( new CorrectedGyroSensor(list, count) );

                // virtual debugging sensors...
                char value[PROPERTY_VALUE_MAX];
                property_get("debug.sensors", value, "0");
                if (atoi(value)) {
                    registerVirtualSensor( new GyroDriftSensor() );
                }
            }

......

    run("SensorService", PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
}

省去了很多的代码，从上面的代码可以看出如果有Gyro在Sensor List中，那么它就会注册RotationVector，Gravity，LinearAcceleration，Orientation，CorrectedGyro这些虚拟Sensor。

这些Sensor又是如何与Kernel通信的呢，我们在第七节会来分析。

最后这个run方法不得不介绍，其实SensorService是继承了Thread，而线程函数就是threadLoop，这个threadLoop在干什么呢？我们也放到第七节来讲吧！

好SensorService的初始化工作也看完了。

9、返回到SensorManager(Java)

首先它也会获取Sensor列表。

然后创建SensorEventPool和SensorThread，但这儿还没有用到，在第六节会用到。

五、获取Sensor

    public Sensor getDefaultSensor(int type) {
        // TODO: need to be smarter, for now, just return the 1st sensor
        List l = getSensorList(type);
        return l.isEmpty() ? null : l.get(0);
    }

这个很简单就不用解释了。

六、注册SensorLisenter

1. new ListenerDelegate(SensorEventListener listener, Sensor sensor, Handler handler) 

这儿要特别说明一下，在这个构造函数中会创建一个Handler，它会在获取到Sensor数据的时候被调用。

mHandler = new Handler(looper) {
                @Override
                public void handleMessage(Message msg) {
                    final SensorEvent t = (SensorEvent)msg.obj;
                    final int handle = t.sensor.getHandle();

                    switch (t.sensor.getType()) {
                        // Only report accuracy for sensors that support it.
                        case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD:
                        case Sensor.TYPE_ORIENTATION:
                            // call onAccuracyChanged() only if the value changes
                            final int accuracy = mSensorAccuracies.get(handle);
                            if ((t.accuracy >= 0) && (accuracy != t.accuracy)) {
                                mSensorAccuracies.put(handle, t.accuracy);
                                mSensorEventListener.onAccuracyChanged(t.sensor, t.accuracy);
                            }
                            break;
                        default:
                            // For other sensors, just report the accuracy once
                            if (mFirstEvent.get(handle) == false) {
                                mFirstEvent.put(handle, true);
                                mSensorEventListener.onAccuracyChanged(
                                        t.sensor, SENSOR_STATUS_ACCURACY_HIGH);
                            }
                            break;
                    }

                    mSensorEventListener.onSensorChanged(t);
                    sPool.returnToPool(t);
                }
            };

2. sensors_create_queue

要注意一下SensorEventConnection的构造

SensorService::SensorEventConnection::SensorEventConnection(
        const sp& service)
    : mService(service), mChannel(new SensorChannel())
{
}

SensorChannel构造：//这部分还没有搞懂，这个管道的具体功能，接着往下分析希望能搞明白

SensorChannel::SensorChannel()
    : mSendFd(-1), mReceiveFd(-1)
{
    int fds[2];
    if (pipe(fds) == 0) {
        mReceiveFd = fds[0];
        mSendFd = fds[1];
        fcntl(mReceiveFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
        fcntl(mSendFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
    }
}

3. sensors_data_poll

七、Sensor的数据处理流程

八、校准

初始化校准

它都是把校准数据写在一些文件里的，qcom 7627a的路径是：

/persist/GsensorCalibrationData

/persist/MsensorCalibrationData

/persist/PSensorCalibrateData

然后在Hal中对应的Sensor的构造函数中去读数据，如P-sensor对应的TmdSensor

		ioctl(dev_fd, TAOS_IOCTL_ALS_CALIBRATE, 0);
		if((fp = fopen(PSENSOR_CALIBRATED_DATA_FILE, "r+"))!= NULL)
		{
			fscanf(fp,"%d %d\n",&TaosProxCalibateData[0],&TaosProxCalibateData[1]);
			fclose( fp );
			if((TaosProxCalibateData[0] > 0) && (TaosProxCalibateData[1] < 1023) && (TaosProxCalibateData[0] < TaosProxCalibateData[1]))
				ioctl(dev_fd,TAOS_IOCTL_SET_PROX_CALIBRATE_DATA,&TaosProxCalibateData);
			else 
				ioctl(dev_fd, TAOS_IOCTL_PROX_CALIBRATE, 0);
		}
		else
		{
			ioctl(dev_fd, TAOS_IOCTL_PROX_CALIBRATE, 0);
		}

发ioctl到Tmd驱动程序中去，其实这个功能比较的简单，从TaosProxcalibateData的定义可以看出就是传一个大值和一个小值。