Android 8.1 【FriendlyARM】读取 BMP180 温度和压力 HAL 开发

接上一节我们已经将 BMP180 驱动开发完成，现在继续完成 HAL 开发，Android 8 版本新增的 HAL 一般采用 binder 的方式，使用 HIDL 语言进行开发。实际开发除了代码完成，绕不开 SEAndroid。下面分几个步骤介绍。

1. HAL 开发
2. HAL 验证
3. Bmp180Service 服务开发
4. APP 开发
5. 处理 SEAndroid

一、HAL 开发

在 Android 8.0 及更高版本中，较低级别的层已重新编写以采用更加模块化的新架构。搭载 Android 8.0 或更高版本的设备必须支持使用 HIDL 语言编写的 HAL。Android R 也支持使用 AIDL 编写的 HAL。所有 AIDL HAL 均为绑定式。

• 绑定式 HAL。以 HAL 接口定义语言 (HIDL) 或 Android 接口定义语言 (AIDL) 表示的 HAL。这些 HAL 取代了早期 Android 版本中使用的传统 HAL 和旧版 HAL。在绑定式 HAL 中，Android 框架和 HAL 之间通过 Binder 进程间通信 (IPC) 调用进行通信。所有在推出时即搭载了 Android 8.0 或更高版本的设备都必须只支持绑定式 HAL。

• 直通式 HAL。以 HIDL 封装的传统 HAL 或旧版 HAL。这些 HAL 封装了现有的 HAL，可在绑定模式和 Same-Process（直通）模式下使用。升级到 Android 8.0 的设备可以使用直通式 HAL。

因为我们是在 Android 8 新增加 BMP180 HAL，因此只能采用绑定式 HAL。下面是整个 BMP180 的 HAL 目录。

1.1 HIDL 定义

首先在 hardware/interfaces 目录下新建 bmp180 目录，接着在 hardware/interfaces/bmp180 目录下新建 1.0 目录，代表 BMP180 1.0 版本 HAL。

接着在 1.0 目录下新建 IBmp180.hal 和 types.hal 文件。

IBmp180.hal

package [email protected];

interface IBmp180 {
    open() generates (bool isSucceed);
    close();
    getTemperatureAndPressure() generates (BMP180TemperatureAndPressure bmp180TAndP);

};

types.hal

package [email protected];

struct BMP180TemperatureAndPressure {
    uint64_t temperature;
    uint64_t pressure;
};

IBmp180 接口中定义了 open、close BMP180 驱动节点的方法，另外也定义了一个获取温度和压力的方法 getTemperatureAndPressure，其返回值是 BMP180TemperatureAndPressure 结构，这个结构定义在 types.hal 文件中。

1.2 hidl-gen 工具使用

利用 hidl-gen 工具生成 Android.bp、源代码等文件需要源码至少全部编译过一次。

先来生成顶级目录下的 Android.bp 等。

snake@ubuntu:~/NanoPC-T4/rk3399-android-8.1$ hardware/interfaces/update-makefiles.sh

现在在 hardware/interfaces/bmp180/1.0 目录下新建 default 目录。马上使用 hidl-gen 工具生成接口 cpp 文件。

1. 设置临时变量

snake@ubuntu:~/NanoPC-T4/rk3399-android-8.1$ [email protected]
snake@ubuntu:~/NanoPC-T4/rk3399-android-8.1$ LOC=hardware/interfaces/bmp180/1.0/default

2. 使用 hidl-gen 生成 default 目录里的 cpp 文件

snake@ubuntu:~/NanoPC-T4/rk3399-android-8.1$ hidl-gen -o $LOC -Lc+±impl -randroid.hardware:hardware/interfaces -randroid.hidl:system/libhidl/transport $PACKAGE

3. 使用 hidl-gen 生成 default 目录里的 Android.bp 文件

snake@ubuntu:~/NanoPC-T4/rk3399-android-8.1$ hidl-gen -o $LOC -Landroidbp-impl -randroid.hardware:hardware/interfaces -randroid.hidl:system/libhidl/transport $PACKAGE

4. 添加接口哈希值

snake@ubuntu:~/NanoPC-T4/rk3399-android-8.1$ hidl-gen -L hash -r android.hardware:hardware/interfaces -r android.hidl:system/libhidl/transport [email protected]::types

hardware/interfaces/current.txt

......
8e4a9ff11ad75acf15c8919fa1e751ca3c51248e670805e41a507111aa4b88a5 [email protected]::types

现在 hardware/interfaces/bmp180/1.0/default 目录下存在 Bmp180.h、Bmp180.cpp 和 Android.bp 三个文件。由于我们会修改 Bmp180.cpp 文件的内容，因此相应的要把依赖的库手动添加到 Android.bp 中。

Bmp180.h

#ifndef ANDROID_HARDWARE_BMP180_V1_0_BMP180_H
#define ANDROID_HARDWARE_BMP180_V1_0_BMP180_H

#include 
#include 
#include 

namespace android {
namespace hardware {
namespace bmp180 {
namespace V1_0 {
namespace implementation {

using ::android::hardware::hidl_array;
using ::android::hardware::hidl_memory;
using ::android::hardware::hidl_string;
using ::android::hardware::hidl_vec;
using ::android::hardware::Return;
using ::android::hardware::Void;
using ::android::sp;

struct Bmp180 : public IBmp180 {
    // Methods from IBmp180 follow.
    Return<bool> open() override;
    Return<void> close() override;
    Return<void> getTemperatureAndPressure(getTemperatureAndPressure_cb _hidl_cb) override;

    // Methods from ::android::hidl::base::V1_0::IBase follow.

};

// FIXME: most likely delete, this is only for passthrough implementations
// extern "C" IBmp180* HIDL_FETCH_IBmp180(const char* name);

}  // namespace implementation
}  // namespace V1_0
}  // namespace bmp180
}  // namespace hardware
}  // namespace android

#endif  // ANDROID_HARDWARE_BMP180_V1_0_BMP180_H

Bmp180.cpp 文件中我们会实现具体方法，这些代码的用法是参照验证驱动编写的应用程序，具体可以参见上一节。

Bmp180.cpp

#define LOG_TAG "Bmp180Hal"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "Bmp180.h"

namespace android {
namespace hardware {
namespace bmp180 {
namespace V1_0 {
namespace implementation {

#define BMP_GET_CHIP_ID    _IOR('Z', 1, char)

int fd = -1;
uint8_t buf[10];

// Methods from IBmp180 follow.
Return<bool> Bmp180::open() {
    fd = ::open("/dev/bmp180", O_RDONLY);
    ALOGI("Bmp180::open() fd=%d", fd);
    if (-1 == fd) {
        ALOGE("open /dev/bmp180 failed\n");
        return false;
    }

    return true;
}

Return<void> Bmp180::close() {
    if (-1 != fd) {
        ALOGI("Bmp180::close()");
        ::close(fd);
    }
    return Void();
}

Return<void> Bmp180::getTemperatureAndPressure(getTemperatureAndPressure_cb _hidl_cb) {
    char chip_id = 0;
    long temperature = 0;
    long pressure = 0;
    BMP180TemperatureAndPressure bmp180TemperatureAndPressure;

    if (-1 != fd) {
        ioctl(fd, BMP_GET_CHIP_ID, &chip_id);
        ALOGI("open bmp180 driver succeed, chip ID:[0x%x]\n", chip_id);

        if (chip_id == 0x55) {

            read(fd, buf, 10);
            temperature = *(long *) &buf[0];
            pressure = *(long *) &buf[sizeof(long)];
            
            bmp180TemperatureAndPressure.temperature = (uint64_t)temperature;
            bmp180TemperatureAndPressure.pressure = (uint64_t)pressure;
        }
    }

    ALOGI("Temperature:[%.1f C],Pressure:[%ld Pa]\n", ((float) bmp180TemperatureAndPressure.temperature) / 10, 
        bmp180TemperatureAndPressure.pressure);
    _hidl_cb(bmp180TemperatureAndPressure);
    return Void();
}


// Methods from ::android::hidl::base::V1_0::IBase follow.

//IBmp180* HIDL_FETCH_IBmp180(const char* /* name */) {
//    return new Bmp180();
//}

}  // namespace implementation
}  // namespace V1_0
}  // namespace bmp180
}  // namespace hardware
}  // namespace android

这是修改后的 Android.bp 文件，最终版。

Android.bp

cc_library_shared {
    name: "[email protected]",
    relative_install_path: "hw",
    proprietary: true,
    srcs: [
        "Bmp180.cpp",
    ],
    shared_libs: [
        "liblog",
        "libcutils",
        "libdl",
        "libbase",
        "libutils",
        "libhardware",
    ] + [
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "[email protected]",
    ],
}

cc_binary {
    relative_install_path: "hw",
    defaults: ["hidl_defaults"],
    vendor: true,
    proprietary: true,
    name: "[email protected]",
    init_rc: ["[email protected]"],
    srcs: 
        ["Bmp180.cpp",
        "service.cpp"],

    shared_libs: [
        "liblog",
        "libcutils",
        "libdl",
        "libbase",
        "libutils",
        "libhardware",
    ] + [
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "[email protected]",
    ],

}

1.3 编写 service.cpp

这是为了在系统启动的时候就把我们的 HAL 服务拉起来，以便后面 framework、app 访问。

在 hardware/interfaces/bmp180/1.0/default 目录下继续新建 service.cpp 和 [email protected]。

service.cpp

#define LOG_TAG "[email protected]"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "Bmp180.h"

using android::sp;
// libhwbinder:
using android::hardware::configureRpcThreadpool;
using android::hardware::joinRpcThreadpool;
// Generated HIDL filesreadpool;
using android::hardware::bmp180::V1_0::IBmp180;
using android::hardware::bmp180::V1_0::implementation::Bmp180;

int main() {
    configureRpcThreadpool(1, true);
    sp<IBmp180> bmp180 = new Bmp180();
    ALOGI("Bmp180 registerAsService");
    auto status = bmp180->registerAsService();
    CHECK_EQ(status, android::OK) << "Failed to register bmp180 HAL implementation";

    joinRpcThreadpool();
    return 0;  // joinRpcThreadpool shouldn't exit
}

现在来看 rc 脚本，我们知道这是在 init 进程中进行解析的，最后会把 class 为 hal 的所有 service 拉起来。

[email protected]

service bmp180-hal-1-0 /vendor/bin/hw/[email protected]
    class hal
    user system
    group system

现在整个 BMP180 HAL 就算开发完成了。编译一下，编译通过的话，就能接着进行下一步的工作。

snake@ubuntu:~/NanoPC-T4/rk3399-android-8.1/hardware/interfaces/bmp180$ mm

没有报错说明没有问题，实际开发总是会遇到问题的，有问题根据实际情况和报错 Log 修改代码，直到没有错误。

将 android.hardware.bmp180 添加到 manifest.xml。追加以下内容到 manifest.xml。

device/rockchip/rk3399/manifest.xml

    
        android.hardware.bmp180
        hwbinder
        1.0
        
            IBmp180
            default
        
    

继续添加 android.hardware.bmp180 到 nanopc_t4.mk。

device/rockchip/rk3399/nanopc_t4.mk

PRODUCT_PACKAGES += \
    ...
    [email protected] \
    [email protected] \

二、HAL 验证

怎么保证你开发的 HAL 代码没有问题，那就需要验证 HAL 代码是否存在问题，需要写一个客户端调用 BMP180 HAL 服务。分层验证是非常必要的，不然上面的架子搭起来以后再来一次验证出了问题也不好排查。

在 hardware/interfaces/bmp180/1.0 目录下新建 test 目录，里面写一些调用 BMP180 HAL 远端服务的代码进行验证。

在 hardware/interfaces/bmp180/1.0/test 目录下新建 bmp180Hal.cpp 和 Android.bp 文件。

bmp180Hal.cpp

#define LOG_TAG "Bmp180HalClient"
#include 
#include 

using android::hardware::bmp180::V1_0::IBmp180;
using android::hardware::bmp180::V1_0::BMP180TemperatureAndPressure;
using android::sp;

int main() {
    sp<IBmp180> service = IBmp180::getService();
    if (service == nullptr) {
	    ALOGE("Can't find IBmp180 service...");
        return -1;
    }
    ALOGD("service->open()...");
    service->open();
    ALOGI("service->getTemperatureAndPressure()...");
    service->getTemperatureAndPressure([&](BMP180TemperatureAndPressure bmp180TemperatureAndPressure){
        ALOGI("service->getTemperatureAndPressure()...T=%ld P=%ld",
        bmp180TemperatureAndPressure.temperature, 
        bmp180TemperatureAndPressure.pressure);
    });
    ALOGI("service->close()...");
    service->close();
    return 0;
}

Android.bp

cc_binary {
    relative_install_path: "hw",
    defaults: ["hidl_defaults"],
    name: "bmp180Hal",
    proprietary: true,
    srcs: ["bmp180Hal.cpp"],

    shared_libs: [
        "liblog",
        "libcutils",
        "libdl",
        "libbase",
        "libutils",
        "libhardware",
    ] + [
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "[email protected]",
    ],

}

最后在 hardware/interfaces/bmp180/Android.bp 文件中添加 1.0/test 目录。

Android.bp

// This is an autogenerated file, do not edit.
subdirs = [
    "1.0",
    "1.0/default",
    "1.0/test",
]

现在再来编译一次 BMP180 HAL 代码。

snake@ubuntu:~/NanoPC-T4/rk3399-android-8.1/hardware/interfaces/bmp180$ mm

bmp180Hal 二进制文件这时候也会生成到 /vendor/bin/hw 下。

全编一次代码，烧写镜像到机器进行验证。

运行 ./bmp180Hal 查看 logcat 输出，很不巧 fd = -1。

2020-08-15 17:04:00.455 265-265/? I/Bmp180Hal: Bmp180::open() fd=-1
2020-08-15 17:04:00.455 265-265/? E/Bmp180Hal: open /dev/bmp180 failed

仔细分析一下，dev/bmp180 节点权限仅仅为 crw-------。BMP180 HAL service 跑起来以后实际上我们在 rc 内配置了 user 和 group 都是 system。

既然定位到是权限问题，先手动赋予 777 看看效果。可以正常获取到温度和压力了。

2020-08-15 17:09:07.882 3313-3313/? D/Bmp180HalClient: service->open()...
2020-08-15 17:09:07.885 265-265/? I/Bmp180Hal: Bmp180::open() fd=7
2020-08-15 17:09:07.885 3313-3313/? I/Bmp180HalClient: service->getTemperatureAndPressure()...
2020-08-15 17:09:07.885 265-265/? I/Bmp180Hal: open bmp180 driver succeed, chip ID:[0x55]
2020-08-15 17:09:07.898 265-265/? I/Bmp180Hal: Temperature:[34.1 C],Pressure:[99860 Pa]
2020-08-15 17:09:07.898 3313-3313/? I/Bmp180HalClient: service->getTemperatureAndPressure()...T=341 P=99860
2020-08-15 17:09:07.898 3313-3313/? I/Bmp180HalClient: service->close()...
2020-08-15 17:09:07.898 265-265/? I/Bmp180Hal: Bmp180::close()

现在我们在 system/core/rootdir/ueventd.rc 中配置权限相关。追加一行内容：

/dev/bmp180               0660   root       system

到这里整个 HAL 层工作就算完成了。后面继续介绍 Bmp180Service 服务开发、APP 开发和处理 SEAndroid。