【Camera】Android Camera架构设计详解

简介

本文针对以下几个问题进行总结

• Android系统架构，HAL
• Android系统中Camera2的框架是什么样的？宏观上理解Android Camera

往期文章

• 2.Android Camera理论协议和规范
• 1.Camera理论知识和基本原理

Android 系统架构

如上图所示，Android架构分为应用层， Binder IPC， System Service， HAL， Linux Kernel5层

以Camera为视角，Camera类别的App通过IPC调用安卓系统的Camera Service。而Camera Service通过调用HAL提供的接口，最终链接Linux的Camera Driver。

1. Binder 进程间通信 (IPC) 机制允许应用框架跨越进程边界并调用 Android 系统服务代码，这使得高级框架 API 能与 Android 系统服务进行交互。
2. HAL 可定义一个标准接口以供硬件供应商实现，这可让 Android 忽略较低级别的驱动程序实现。

HAL

HAL 可定义一个标准接口以供硬件供应商实现，可让Android忽略较低级别的驱动程序实现。HAL实现通常会内置在共享库模块(.so)中。

每个硬件专用 HAL 接口都要具有在 hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h中定义的属性。Android根据其中定义的元数据来正确加载HAL模块。

/*
 * The current HAL API version.
 */
#define HARDWARE_HAL_API_VERSION HARDWARE_MAKE_API_VERSION(1, 0)

struct hw_module_t;
struct hw_module_methods_t;
struct hw_device_t;

typedef struct hw_module_t {
    /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */
    uint32_t tag;

    uint16_t module_api_version;

    uint16_t hal_api_version;
#define version_minor hal_api_version

    /** Identifier of module */
    const char *id;

    /** Name of this module */
    const char *name;

    /** Author/owner/implementor of the module */
    const char *author;

    /** Modules methods */
    struct hw_module_methods_t* methods;
		//...
} hw_module_t;

typedef struct hw_module_methods_t {
    /** Open a specific device */
    int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,
            struct hw_device_t** device);

} hw_module_methods_t;

/**
 * Every device data structure must begin with hw_device_t
 * followed by module specific public methods and attributes.
 */
typedef struct hw_device_t {
    /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */
    uint32_t tag;

    uint32_t version;

    /** reference to the module this device belongs to */
    struct hw_module_t* module;
    /** Close this device */
    int (*close)(struct hw_device_t* device);

} hw_device_t;

int hw_get_module_by_class(const char *class_id, const char *inst,
                           const struct hw_module_t **module);

hardware.h定义了一个结构体hw_module_t；其包含了指向hw_module_methods_t的指针，hw_module_methods_t定义了一个打开相应模块的open函数的指针。

HAL类型

HAL有2种类型，以Android8.0为界限，在Android8.0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。

• 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。
• 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。

这也区分了Camera和Camera2的区别。Camera2使用了新的HAL架构，Camera使用了旧的HAL架构。

CameraHAL.h

下面列举了CameraHAL.h相关的代码：

#ifndef CAMERA_HAL_H_
#define CAMERA_HAL_H_

#include 
#include 
#include 
#include 
#include "Camera.h"
#include "VendorTags.h"

namespace default_camera_hal {
// CameraHAL contains all module state that isn't specific to an individual
// camera device.
class CameraHAL {
    public:
        explicit CameraHAL(int num_cameras);
        ~CameraHAL();

        // Camera Module Interface (see )
        int getNumberOfCameras();
        int getCameraInfo(int camera_id, struct camera_info *info);
        int setCallbacks(const camera_module_callbacks_t *callbacks);
        void getVendorTagOps(vendor_tag_ops_t* ops);

        // Hardware Module Interface (see )
        int open(const hw_module_t* mod, const char* name, hw_device_t** dev);

    private:
        // Number of cameras
        const int mNumberOfCameras;
        // Callback handle
        const camera_module_callbacks_t *mCallbacks;
        // Array of camera devices, contains mNumberOfCameras device pointers
        Camera **mCameras;
};
} // namespace default_camera_hal

• CameraHAL包含了getNumberOfCameras(), getCameraInfo(),setCallbacks()等常用方法
• CameraHAL.h里还包含了一些其他的头文件如,, ,Camera.h 感兴趣的可以自行查看相关源码，也可关注后续相关文章。

Camera2 相机架构

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xucohipd-1627209883389)(/Users/sunquan/mine/myInfo/MkDocs/myInfo/docs/img/ape_fwk_camera2.png)]

整个Camera2的相机架构图如上，分为4层，后续文章也将围绕这4层进行相关源码分析。

应用层

​ 使用camera2提供的API与相机硬件进行互动，内部会调用相应的Binder接口。

CameraDevice

CameraDevice is a representation of a single camera connected to an Android device, allowing for fine-grain control of image capture and post-processing at high frame rates.

CameraManager

A system service manager for detecting, characterizing, and connecting to CameraDevice

AIDL

• ICameraDeviceUser.aidl 是已打开的特定相机设备的接口如disconnect()，cancelRequest，flush()等。

• ICameraService是相机服务的接口如：getNumberOfCameras(int type)，connect()，addListener()，getCameraCharacteristics(String cameraId)等

• ICameraServiceListener 和 ICameraDeviceCallbacks分别是对应用框架的 CameraService 和 CameraDevice 回调。

Native

具体与HAL进行互动的实际代码

HIDL Interface

HAL 位于相机驱动程序和更高级别的 Android 框架之间，它定义您必须实现的接口，以便应用可以正确地操作相机硬件。

• ICameraProvider用于枚举单个设备并管理其状态。提供API如：setCallback，getVendorTags()，getCameraIdList()等。
• ICameraDevice相机设备接口。提供API如：getCameraCharacteristics()，setTorchMode()，open()等
• ICameraDeviceSession活跃的相机设备会话接口。提供API如：constructDefaultRequestSettings()，configureStreams，processCaptureRequest，flush()等。

个人简介

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