HIDL概览

转载：https://source.android.com/devices/architecture/hidl/?hl=zh-cn

HAL 接口定义语言（简称 HIDL，发音为“hide-l”）是用于指定 HAL 和其用户之间的接口的一种接口描述语言 (IDL)。HIDL 允许指定类型和方法调用（会汇集到接口和软件包中）。从更广泛的意义上来说，HIDL 是用于在可以独立编译的代码库之间进行通信的系统。

HIDL 旨在用于进程间通信 (IPC)。进程之间的通信经过 Binder 化。对于必须与进程相关联的代码库，还可以使用直通模式（在 Java 中不受支持）。

HIDL 可指定数据结构和方法签名，这些内容会整理归类到接口（与类相似）中，而接口会汇集到软件包中。尽管 HIDL 具有一系列不同的关键字，但 C++ 和 Java 程序员对 HIDL 的语法并不陌生。此外，HIDL 还使用 Java 样式的注释。

HIDL 设计

HIDL 的目标是，框架可以在无需重新构建 HAL 的情况下进行替换。HAL 将由供应商或 SOC 制造商构建，放置在设备的/vendor 分区中，这样一来，框架就可以在其自己的分区中通过 OTA 进行替换，而无需重新编译 HAL。

HIDL 设计在以下方面之间保持了平衡：

• 互操作性。在可以使用各种架构、工具链和编译配置来编译的进程之间创建可互操作的可靠接口。HIDL 接口是分版本的，发布后不得再进行更改。
• 效率。HIDL 会尝试尽可能减少复制操作的次数。HIDL 定义的数据以 C++ 标准布局数据结构传递至 C++ 代码，无需解压，可直接使用。此外，HIDL 还提供共享内存接口；由于 RPC 本身有点慢，因此 HIDL 支持两种无需使用 RPC 调用的数据传输方法：共享内存和快速消息队列 (FMQ)。
• 直观。通过仅针对 RPC 使用 in 参数，HIDL 避开了内存所有权这一棘手问题（请参阅 Android 接口定义语言 (AIDL)）；无法从方法高效返回的值将通过回调函数返回。无论是将数据传递到 HIDL 中以进行传输，还是从 HIDL 接收数据，都不会改变数据的所有权，也就是说，数据所有权始终属于调用函数。数据仅需要在函数被调用期间保留，可在被调用的函数返回数据后立即清除。

使用直通模式

要将运行早期版本的 Android 的设备更新为使用 Android O，您可以将惯用的（和旧版）HAL 封装在一个新 HIDL 接口中，该接口将在绑定式模式和同进程（直通）模式提供 HAL。这种封装对于 HAL 和 Android 框架来说都是透明的。

直通模式仅适用于 C++ 客户端和实现。运行早期版本的 Android 的设备没有用 Java 编写的 HAL，因此 Java HAL 自然而然经过 Binder 化。

直通式标头文件

编译 .hal 文件时，除了用于 Binder 通信的标头之外，hidl-gen 还会生成一个额外的直通标头文件 BsFoo.h；此标头定义了会被执行 dlopen 操作的函数。由于直通式 HAL 在它们被调用的同一进程中运行，因此在大多数情况下，直通方法由直接函数调用（同一线程）来调用。oneway 方法在各自的线程中运行，因为它们不需要等待 HAL 来处理它们（这意味着，在直通模式下使用 oneway 方法的所有 HAL 对于线程必须是安全的）。

如果有一个 IFoo.hal，BsFoo.h 会封装 HIDL 生成的方法，以提供额外的功能（例如使 oneway 事务在其他线程中运行）。该文件类似于 BpFoo.h，不过，所需函数是直接调用的，并未使用 Binder 传递调用 IPC。未来，HAL 的实现可能提供多种实现结果，例如 FooFast HAL 和 FooAccurate HAL。在这种情况下，系统会针对每个额外的实现结果创建一个文件（例如 PTFooFast.cpp 和 PTFooAccurate.cpp）。

Binder 化直通式 HAL

您可以将支持直通模式的 HAL 实现 Binder 化。如果有一个 HAL 接口 [email protected]::IFoo，系统会创建两个软件包：

• [email protected]::IFoo-impl。包含 HAL 的实现，并暴露函数 IFoo* HIDL_FETCH_IFoo(const char* name)。在旧版设备上，此软件包经过 dlopen 处理，且实现使用 HIDL_FETCH_IFoo 进行了实例化。您可以使用 hidl-gen 和 -Lc++-impl 以及 -Landroidbp-impl 来生成基础代码。
• [email protected]::IFoo-service。打开直通式 HAL，并将其自身注册为 Binder 化服务，从而使同一 HAL 实现能够同时以直通模式和 Binder 化模式使用。

如果有一个 IFoo，您可以调用 sp IFoo::getService(string name, bool getStub)，以获取对 IFoo 实例的访问权限。如果 getStub 为 True，则 getService 会尝试仅在直通模式下打开 HAL。如果 getStub 为 False，则getService 会尝试找到 Binder 化服务；如果未找到，则它会尝试找到直通式服务。除了在defaultPassthroughServiceImplementation 中，其余情况一律不得使用 getStub 参数。（搭载 Android O 的设备是完全 Binder 化的设备，因此不得在直通模式下打开服务。）

HIDL 语法

根据设计，HIDL 语言与 C 语言类似（但前者不使用 C 预处理器）。下面未描述的所有标点符号（用途明显的 = 和 | 除外）都是语法的一部分。

注意：有关 HIDL 代码样式的详细信息，请参阅代码样式指南。

• /** */ 表示文档注释。
• /* */ 表示多行注释。
• // 表示注释一直持续到行结束。除了 //，换行符与任何其他空白一样。
• 在以下示例语法中，从 // 到行结束的文本不是语法的一部分，而是对语法的注释。
• [empty] 表示该字词可能为空。
• ? 跟在文本或字词后，表示它是可选的。
• ... 表示包含零个或多个项、用指定的分隔符号分隔的序列。HIDL 中不含可变参数。
• 逗号用于分隔序列元素。
• 分号用于终止各个元素，包括最后的元素。
• 大写字母是非终止符。
• italics 是一个令牌系列，例如 integer 或 identifier（标准 C 解析规则）。
• constexpr 是 C 样式的常量表达式（如 1 + 1 和 1L << 3）。
• import_name 是软件包或接口名称，按 HIDL 版本编号中所述方式的加以限定。
• 小写 words 是文本令牌。

示例：

ROOT =
    PACKAGE IMPORTS PREAMBLE { ITEM ITEM ... }   // not for types.hal
    PREAMBLE = interface identifier EXTENDS
  | PACKAGE IMPORTS ITEM ITEM ...   // only for types.hal; no method definitions

ITEM =
    ANNOTATIONS ? oneway ? identifier ( FIELD , FIELD ...) GENERATES ?;
  |   struct identifier { SFIELD ; SFIELD ; ...};   // Note - no forward declarations
  |   union identifier { UFIELD ; UFIELD ; ...};
  |   enum identifier : TYPE { ENUM_ENTRY , ENUM_ENTRY ... }; // TYPE = enum or scalar
  |   typedef TYPE identifier ;

VERSION = integer . integer ;

PACKAGE = package android . hardware . identifier [. identifier [...]] @VERSION ;

PREAMBLE = interface identifier EXTENDS

EXTENDS = | extends import_name   // must be interface, not package

GENERATES = generates ( FIELD , FIELD ...)

// allows the Binder interface to be used as a type
// (similar to typedef'ing the final identifier)
IMPORTS =
    [ empty ]
  |  IMPORTS import import_name ;

TYPE =
  uint8_t | int8_t | uint16_t | int16_t | uint32_t | int32_t | uint64_t | int64_t |
  float | double | bool | string
|  identifier   // must be defined as a typedef, struct, union, enum or import
                // including those defined later in the file
|  memory
|  pointer
|  vec < TYPE >
|  bitfield < TYPE >   // TYPE is user-defined enum
|  fmq_sync < TYPE >
|  fmq_unsync < TYPE >
|  TYPE [ SIZE ]

FIELD =
   TYPE identifier

UFIELD =
   TYPE identifier
  |   struct identifier { FIELD ; FIELD ; ...} identifier ;
  |   union identifier { FIELD ; FIELD ; ...} identifier ;

SFIELD =
   TYPE identifier
  |   struct identifier { FIELD ; FIELD ; ...};
  |   union identifier { FIELD ; FIELD ; ...};
  |   struct identifier { FIELD ; FIELD ; ...} identifier ;
  |   union identifier { FIELD ; FIELD ; ...} identifier ;

SIZE =   // Must be greater than zero
      constexpr

ANNOTATIONS =
      [ empty ]
  |  ANNOTATIONS ANNOTATION

ANNOTATION =
  |   @identifier
  |   @identifier ( VALUE )
  |   @identifier ( ANNO_ENTRY , ANNO_ENTRY   ...)

ANNO_ENTRY =
     identifier = VALUE

VALUE =
      "any text including \" and other escapes"
  |   constexpr
  |   { VALUE , VALUE ...}   // only in annotations

ENUM_ENTRY =
     identifier
  |  identifier = constexpr

术语

本部分使用的 HIDL 相关术语如下：

Binder 化	表示 HIDL 用于进程之间的远程过程调用，并通过类似 Binder 的机制来实现。另请参阅“直通式”。
异步回调	由 HAL 用户提供、传递给 HAL（通过 HIDL 方法）并由 HAL 调用以随时返回数据的接口。
同步回调	将数据从服务器的 HIDL 方法实现返回到客户端。不用于返回无效值或单个原始值的方法。
客户端	调用特定接口的方法的进程。HAL 进程或框架进程可以是一个接口的客户端和另一个接口的服务器。另请参阅“直通式”。
扩展	表示向另一接口添加方法和/或类型的接口。一个接口只能扩展另一个接口。可用于具有相同软件包名称的 Minor 版本递增，也可用于在旧软件包的基础上构建的新软件包（例如，供应商扩展）。
生成	表示将值返回给客户端的接口方法。要返回一个非原始值或多个值，则会生成同步回调函数。
接口	方法和类型的集合。会转换为 C++ 或 Java 中的类。接口中的所有方法均按同一方向调用：客户端进程会调用由服务器进程实现的方法。
单向	应用到 HIDL 方法时，表示该方法既不返回任何值也不会造成阻塞。
软件包	共用一个版本的接口和数据类型的集合。
直通式	HIDL 的一种模式，使用这种模式时，服务器是共享库，由客户端进行 dlopen 处理。在直通模式下，客户端和服务器是相同的进程，但代码库不同。此模式仅用于将旧版代码库并入 HIDL 模型。另请参阅“Binder 化”。
服务器	实现接口的方法的进程。另请参阅“直通式”。
传输	在服务器和客户端之间移动数据的 HIDL 基础架构。
版本	软件包的版本。由两个整数组成：Major 版本和 Minor 版本。Minor 版本递增可以添加（但不会更改）类型和方法。