Android HAL 开发 (1)

最近开始看Android的HAL开发方面的东东，发现现在国内研究这个的并不多，来自台湾的Jollen可能是走在Android HAL研究的最前沿，这也和他以前专注做嵌入式linux（openmoko）的工作经历有关，毕竟Android的application开发是基于Java的，而之前Jollen做的更多的还是C/C++开发，因此选择从HAL作为进入Android的shortcut还是很明智的，我以前也主要是做linux kernel以及基于C/C++的app开发，现在转作Android，发现它的HAL比较有意思，也是可以研究的一个很好的方向。

由于自己并没有参加Jollen的HAL整合培训，不过手头有这个培训的材料，以及从 http://code.google.com/p/mokoid/ 下载了mokoid 工程的代码，花了一段时间研究了Android的HAL，也有一些心得，下面总结一下：

首先，Android的HAL是为了一些硬件提供商提出的“保护proprietary”的驱动程序而产生的东东，简而言之，就是为了避开linux kernel的GPL license的束缚。Android把控制硬件的动作都放到了user space中，而再kernel driver里面只有最简单的读写寄存器的操作，而完全去掉了各种功能性的操作（比如控制逻辑等），这些能够体现硬件特性的操作都放到了Android的HAL层，而Android是基于Aparch的license，因此硬件厂商可以只提供二进制代码，所以说Android只是一个开放的平台，并不是一个开源的平台。

然后，Android的HAL的实现需要通过JNI(Java Native Interface)，JNI简单来说就是java程序可以调用C/C++写的动态链接库，这样的话，HAL可以使用C/C++语言编写，效率更高。而Android的app可以直接调用.so，也可以通过app->app_manager->service(java)->service(jni)->HAL来调用。第二种方法看上去很复杂，但是更加符合android的框架结构。我这里也着重介绍第二种方法。基本的框架如下所示：

Mokiod工程代码树如下所示：

1. .
2. |-- apps -- 测试应用程序
3. | |-- LedClient -- 直接调用service控制硬件
4. | | |-- AndroidManifest.xml
5. | | `-- src
6. | | `-- com
7. | | `-- mokoid
8. | | `-- LedClient
9. | | `-- LedClient.java
10. | `-- LedTest -- 通过manager来控制硬件
11. | |-- AndroidManifest.xml
12. | `-- src
13. | `-- com
14. | `-- mokoid
15. | `-- LedTest
16. | |-- LedSystemServer.java
17. | `-- LedTest.java
18. |-- frameworks -- 框架代码
19. | `-- base
20. | |-- core
21. | | `-- java
22. | | `-- mokoid
23. | | `-- hardware
24. | | |-- ILedService.aidl -- Android Interface Definition Language 代码，提供LedService的接口
25. | | `-- LedManager.java -- LedManager实现代码
26. | `-- service
27. | |-- com.mokoid.server.xml
28. | |-- java
29. | | `-- com
30. | | `-- mokoid
31. | | `-- server
32. | | `-- LedService.java -- LedService的java实现代码
33. | `-- jni
34. | `-- com_mokoid_server_LedService.cpp -- LedService的jni实现代码
35. |-- hardware
36. `-- modules
37. |-- include
38. | `-- mokoid
39. | `-- led.h
40. `-- led
41. `-- led.c -- led实际控制硬件的代码
    介绍Android的HAL的时候，我打算从底层往上层介绍。

Kernel Driver
这里的kernel driver相对于linux真正的driver形式上是一样的，也提供open，read，write，ioctl，mmap等接口，但是，一般来说，只通过这些代码，你并不能了解到硬件的特性，比如write接口，就可以只作成往寄存器写操作，至于如何写，为什么要写，这些工作都会再HAL层进行，而一般用户是看不到这些代码的。这也是为什么linux mainstream把android的kernel踢出去的原因，因为这些driver根本无法用在其他的linux平台上。
HAL层
这一层就位于kernel之上的user space了，一般来说这里需要涉及的是两个结构体：hw_module_t和hw_device_t， 第一个结构体是当这个hardware stub被load的时候(hw_get_module())提供的初始化操作，比如提供stub的open(module->methods->open())操作，而第二个结构体是提供该硬件stub具有的操作硬件的接口，再jollen的mokoid工程里，主要提供打开和关闭led的操作，相关的代码如下：
led.h

1. struct led_module_t {
2. struct hw_module_t common;
3. };
   4.
4. struct led_control_device_t {
5. struct hw_device_t common;
   7.
6. / attributes /
7. int fd;
   10.
8. / supporting control APIs go here /
9. / 打开led操作/
10. int (set_on)(struct led_control_device_t dev, int32_t led);
11. / 关闭led操作 /
12. int (set_off)(struct led_control_device_t dev, int32_t led);
13. };
    led.c
14. / 打开led操作 /
15. int led_on(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
16. {
17. LOGI("LED Stub: set %d on.", led);
18. return 0;
19. }
20. / 关闭led操作 /
21. int led_off(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
22. {
23. LOGI("LED Stub: set %d off.", led);
24. return 0;
25. }
26. / 打开led硬件时候的操作 /
27. static int led_device_open(const struct hw_module_t module, const char name,
28. struct hw_device_t** device)
29. {
30. struct led_control_device_t *dev;
    18.
31. dev = (struct led_control_device_t )malloc(sizeof(dev));
32. memset(dev, 0, sizeof(*dev));
33. ...
34. / 提供给service可用的硬件操作接口 /
35. dev->set_on = led_on;
36. dev->set_off = led_off;
37. *device = &dev->common;
38. success:
39. return 0;
40. }
    29.
41. static struct hw_module_methods_t led_module_methods = {
42. open: led_device_open
43. };
    33.
44. const struct led_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
45. common: {
46. tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
47. version_major: 1,
48. version_minor: 0,
49. id: LED_HARDWARE_MODULE_ID,
50. name: "Sample LED Stub",
51. author: "The Mokoid Open Source Project",
52. methods: &led_module_methods,
53. }
54. / supporting APIs go here /
55. };
    以上代码最后会被编译成动态链接库，比如libled.so放到/system/libs/hw/, 当service调用hw_get_module(hardware/libhardware/hardware.c)时候，会在/system/libs/hw/里面寻找对应的动态链接库，然后提供给service对应的操作接口。