Android HIDL 详解

前言

Android Treble 简介 一文中提到了Android O之后使用Treble的架构，为了解决Android 系统的碎片化问题和提高系统更新的效率，减少了framework 和HAL 的耦合性，进而引出了HIDL 的概念。本文将详细的总结HIDL 的使用。

HIDL简介

HIDL 全称为HAL interface definition language（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 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，这也是Project Treble框架设计而诞生的。

HIDL对比与AIDL

HIDL 设计原则

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。

HIDL 类型

• Passthrough

兼容之前的HAL 使用方式（在同一个进程）。

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。

• Binderized

使用Binder 方式进行IPC（在不同进程）。

在使用HIDL 的时候需要有两个软件包，一个是FQName-impl，一个是FQName-service。FQName-impl一般是HAL 实现的部分或者是链接HAL的部分，FQName-service 就是service 端。

当然，为了兼容之前的HAL 旧版本和接口的统一，FQName-service 也可以是简单的直通（passthrough）模式。例如：

int main() {
    return defaultPassthroughServiceImplementation<INfc>();
}

如果是这样的话，需要在FQName-impl 中暴露HIDL_FETCH_*接口，例如：（这里用NFC 为例，HIDL 文件名为INfc.hal）

extern "C" INfc* HIDL_FETCH_INfc(const char* name);

当然，如果采用进程的方式FQName-service 的main 函数修改为：

#define LOG_TAG "[email protected]"

#include 
#include 
#include "Nfc.h"

using android::hardware::nfc::V1_0::INfc;
using android::hardware::nfc::V1_0::implementation::Nfc;
using android::hardware::defaultPassthroughServiceImplementation;
using android::hardware::configureRpcThreadpool;
using android::hardware::joinRpcThreadpool;
using android::sp;

int main(int /* argc */, char* /* argv */ []) {
    // This function must be called before you join to ensure the proper
    // number of threads are created. The threadpool will never exceed
    // size one because of this call.
    configureRpcThreadpool(1 /*threads*/, true /*willJoin*/);
 
    sp<INfc> nfc = new Nfc();
 
    if(android::OK !=  nfc->registerAsService())
        return 1; // or handle error
    }
 
    // Adds this thread to the threadpool, resulting in one total
    // thread in the threadpool. We could also do other things, but
    // would have to specify 'false' to willJoin in configureRpcThreadpool.
    joinRpcThreadpool();
 
    return 1; // joinRpcThreadpool should never return
}

如果有一个 INfc，您可以调用 sp INfc::getService(string name, bool getStub)，以获取对 INfc 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 工具 hidl_gen

代码目录：system/tools/hidl

cc_library_host_shared {
    name: "libhidl-gen",
    defaults: ["hidl-gen-defaults"],
    srcs: [
        "Annotation.cpp",
        "ArrayType.cpp",
        "CompoundType.cpp",
        "ConstantExpression.cpp",
        "DeathRecipientType.cpp",
        "DocComment.cpp",
        "EnumType.cpp",
        "HandleType.cpp",
        "HidlTypeAssertion.cpp",
        ...

在使用的时候可以直接使用out/host/linux-x86/bin/hidl-gen 或者使用：

./build/setenv.sh
lunch

lunch 之后可以直接使用hidl-gen，因为这个时候已经将bin 的目录添加到了环境变量中了
详细hidl-gen 使用可以看另一篇博文：Android HIDL 中 hidl-gen使用

HIDL 代码规范

HIDL 是接口描述语言，只要是编程语言就会涉及到编写的规范，例如文件名、包名、变量、接口、数据类型、版本等等。
详细的代码规范可以看另一篇博文：Android HIDL 编程规范

HIDL 接口与package

HIDL 是围绕接口进行编译的，接口是面向对象的语言使用的一种用来定义行为的抽象类型。每个接口都是软件包的一部分。
例如：

package android.hardware.nfc@1.0;
 
import INfcClientCallback;
 
interface INfc {
    @entry
    @callflow(next={"write", "coreInitialized", "prediscover", "powerCycle", "controlGranted"})
    open(INfcClientCallback clientCallback) generates (NfcStatus status);

要使用接口INfc，必须要确定其package以及在interface 下定义所使用的接口。通过Android HIDL 编程规范 得知package的定义是有一定的规范的（由PACKAGE、MODULE、SUBMODULE、VERSION等组成），interface 的定义也有特定的规则。

再例如：nfc 中的types.hal

package android.hardware.nfc@1.0;
 
@export(name="", value_prefix="HAL_NFC_", value_suffix="_EVT")
enum NfcEvent : uint32_t {
    OPEN_CPLT           = 0,
    CLOSE_CPLT          = 1,
    POST_INIT_CPLT      = 2,
    PRE_DISCOVER_CPLT   = 3,
    REQUEST_CONTROL     = 4,
    RELEASE_CONTROL     = 5,
    ERROR               = 6
};

types.hal 定义的是需要使用的数据类型，并没有定义interface，这也是types.hal 的特殊之处。
详细内容可以看另一篇博文：Android HIDL 接口和软件包使用

HIDL 中使用的共享库

HIDL 中的数据类型

在另一篇博文会详细描述HelloWorld 在HIDL中的使用：Android HIDL 中的数据类型

HIDL 中的函数

在另一篇博文会描述HIDL 中函数的使用：Android HIDL 中的函数

HIDL 的使用

在另一篇博文会详细描述HelloWorld 在HIDL中的使用：Android HIDL 实例

HIDL 生成文件

在编译HIDL 文件，会在out/soong/.interfaces/PACKAGE/MOUDLE/VERSION/下生成对应的文件。例如Android HIDL 实例 中的helloworld 是在hardware/interfaces下创建，所以生成的文件路径为：out/soong/.intermediates/hardware/interfaces/helloworld/1.0

当然实际生成的文件是根据hidl 对应的Android.bp来的，例如在Android.bp 中设定gen_java_constants为true，会生成一个Constants 的JAVA 类。

[email protected]_genc++_headers 目录就是为Client 和impl 准备的头文件。

[email protected]_genc++ 目录为binder 使用的proxy 和 stub类（或者native 中的Bp 和Bn类）

android.hardware.helloworld-V1.0-java 是为Java 调用生成的java lib

android.hardware.helloworld-V1.0-java_gen_java 是为Java 调用生成的对应的Java 类

详细信息看博文：Android HIDL 实例