一文了解 Android 车机如何处理中控的旋钮输入？

前言

上篇文章《从实体按键看 Android 车载的自定义事件机制》带大家了解了 Android 车机支持自定义输入的机制 CustomInputService。事实上，除了支持自定义事件，对于中控上常见的音量控制、焦点控制的旋钮事件，Android 车机也是支持的。

那本篇文章带大家看下 Android 车机处理旋钮事件的内在原理：

1. 定义
2. 监听和订阅
3. 接收
4. 处理
5. 模拟

1. 定义

和自定义输入所支持的事件一致，支持旋钮输入的事件类型也在如下文件 types.hal 中定义。

// hardware/interfaces/automotive/vehicle/2.0/types.hal
    /**
     * Property to feed H/W rotary events to android
     * ...
     */
    HW_ROTARY_INPUT = (
        0x0A20
        | VehiclePropertyGroup:SYSTEM
        | VehiclePropertyType:INT32_VEC
        | VehicleArea:GLOBAL),

enum RotaryInputType : int32_t {
    ROTARY_INPUT_TYPE_SYSTEM_NAVIGATION = 0,
    ROTARY_INPUT_TYPE_AUDIO_VOLUME = 1,
};

HW_ROTARY_INPUT 代表该事件在底层的 Property 定义，供 VehicleHal 对其发起监听。

该事件涵盖了一些旋钮所必须的数据：

• 第 0 位代表哪种旋钮硬件，由 RotaryInputType 枚举细分，包括控制焦点的旋钮 TYPE_SYSTEM_NAVIGATION 和控制音量的旋钮 TYPE_AUDIO_VOLUME
• 第 1 位代表旋转计数，正数代表顺时针计数 clockwise，负数代表逆时针计数 counterclockwise
• 第 2 位代表旋钮事件的目标屏幕 VehicleDisplay，默认是 MAIN，即 center console，中控屏幕
• 第 3 位及以后代表持续计数事件之间的时间差，单位为 ns

2. 监听和订阅

上层处理事件输入的 CarInputService 在初始化的时候，会向调度车机输入的中间层 InputHalService 注册监听。

// packages/services/Car/service/src/com/android/car/CarInputService.java
public class CarInputService ... {
    ...
    @Override
    public void init() {
        if (!mInputHalService.isKeyInputSupported()) {
            return;
        }

        mInputHalService.setInputListener(this);
        ...
    }
    ...
}

InputHalService 判断支持旋钮输入的话，向和 HAL 层交互的 VehicleHal 注册 HW_ROTARY_INPUT Property 的订阅。

// packages/services/Car/service/src/com/android/car/hal/InputHalService.java
public class InputHalService extends HalServiceBase {
    ...
    public void setInputListener(InputListener listener) {
        ...
        boolean rotaryInputSupported;

        synchronized (mLock) {
            mListener = listener;
            ...
            rotaryInputSupported = mRotaryInputSupported;
        }
        ...
        if (rotaryInputSupported) {
            mHal.subscribeProperty(this, HW_ROTARY_INPUT);
        }
        ...
    }

    public boolean isRotaryInputSupported() {
        synchronized (mLock) {
            return mRotaryInputSupported;
        }
    }
    ...
}

3. 接收

当旋钮事件发生，将通过 HAL 层抵达上述订阅该 Property 的 VehicleHal，其将找出处理方 HalServiceBase 即 InputHalService 并继续分发。

// packages/services/Car/service/src/com/android/car/hal/VehicleHal.java
public class VehicleHal implements HalClientCallback {
    ...
    @Override
    public void onPropertyEvent(ArrayList<HalPropValue> propValues) {
        synchronized (mLock) {
            for (int i = 0; i < propValues.size(); i++) {
                HalPropValue v = propValues.get(i);
                int propId = v.getPropId();
                HalServiceBase service = mPropertyHandlers.get(propId);
                if (service == null) {
                    continue;
                }

                service.getDispatchList().add(v);
                mServicesToDispatch.add(service);
                VehiclePropertyEventInfo info = mEventLog.get(propId);
                if (info == null) {
                    info = new VehiclePropertyEventInfo(v);
                    mEventLog.put(propId, info);
                } else {
                    info.addNewEvent(v);
                }
            }
        }
        for (HalServiceBase s : mServicesToDispatch) {
            s.onHalEvents(s.getDispatchList());
            s.getDispatchList().clear();
        }
        mServicesToDispatch.clear();
    }
    ...
}

InputHalService 首先确保上层的 InputListener 确实存在，此后再检查该 HalProperty 是何种类型。HW_ROTARY_INPUT 旋钮事件的话调用 dispatchRotaryInput() 继续。

public class InputHalService extends HalServiceBase {
    ...
    @Override
    public void onHalEvents(List<HalPropValue> values) {
        InputListener listener;
        synchronized (mLock) {
            listener = mListener;
        }
        if (listener == null) {
            return;
        }

        for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
            HalPropValue value = values.get(i);
            switch (value.getPropId()) {
                case HW_ROTARY_INPUT:
                    dispatchRotaryInput(listener, value);
                    break;
                ...
            }
        }
    }
    ...
}

dispatchRotaryInput() 将执行如下步骤：

1. 检查必要数据是否齐全，即起码包括旋钮硬件类型、旋钮计数、目标屏幕这 3 位
2. 按照 index 取出这三位数据
3. 检查旋钮计数是否为 0，因为无法判断 0 是顺时针还是逆时针
4. 检查目标屏幕是否为中控屏幕 MAIN、仪表屏幕 INSTRUMENT_CLUSTER 中的一个
5. 检查旋钮计数的时间差数值位数是否匹配（比如：旋转了 3 格的话，那么时间差必须要占 2 位）
6. 根据旋钮硬件类型转化为 CarInputManager 中定义的事件类型
   • 焦点控制的话转换为 INPUT_TYPE_ROTARY_NAVIGATION
   • 音量控制的话转换为 INPUT_TYPE_ROTARY_VOLUME
7. 提取持续计数的时间差到 timestamps 数组中
8. 根据旋钮计数方向，转换到的事件类型以及时间差数组封装 RotaryEvent 对象交由 InputListener 继续分发

public class InputHalService extends HalServiceBase {
    ...
    private void dispatchRotaryInput(InputListener listener, HalPropValue value) {
        int timeValuesIndex = 3;  // remaining values are time deltas in nanoseconds
        if (value.getInt32ValuesSize() < timeValuesIndex) {
            return;
        }

        int rotaryInputType = value.getInt32Value(0);
        int detentCount = value.getInt32Value(1);
        int vehicleDisplay = value.getInt32Value(2);
        long timestamp = value.getTimestamp();  // for first detent, uptime nanoseconds

        boolean clockwise = detentCount > 0;
        detentCount = Math.abs(detentCount);
        if (detentCount == 0) { // at least there should be one event
            return;
        }

        if (vehicleDisplay != VehicleDisplay.MAIN
                && vehicleDisplay != VehicleDisplay.INSTRUMENT_CLUSTER) {
            return;
        }
        if (value.getInt32ValuesSize() != (timeValuesIndex + detentCount - 1)) {
            return;
        }

        int carInputManagerType;
        switch (rotaryInputType) {
            case ROTARY_INPUT_TYPE_SYSTEM_NAVIGATION:
                carInputManagerType = CarInputManager.INPUT_TYPE_ROTARY_NAVIGATION;
                break;
            case ROTARY_INPUT_TYPE_AUDIO_VOLUME:
                carInputManagerType = CarInputManager.INPUT_TYPE_ROTARY_VOLUME;
                break;
            default: ...
        }

        long[] timestamps = new long[detentCount];
        long uptimeToElapsedTimeDelta = CarServiceUtils.getUptimeToElapsedTimeDeltaInMillis();
        ...
            
        RotaryEvent event = new RotaryEvent(carInputManagerType, clockwise, timestamps);
        listener.onRotaryEvent(event, convertDisplayType(vehicleDisplay));
    }
    ...
}

4. 处理

监听章节里提到 InputListener 为 CarInputService，所以将传递到 CarInputService 的 onRotaryEvent() 进行处理。

onRotaryEvent() 先检查是否有使用 InputEventCapture 监听旋钮事件的 Service 存在：

• 如果有监听，交由 Capture 该事件的 Service 专门处理
• 如果没有，转换为 Android 标准 KeyEvent 进行处理

// packages/services/Car/service/src/com/android/car/CarInputService.java
public class CarInputService ... {
    ...
    @Override
    public void onRotaryEvent(RotaryEvent event, @DisplayTypeEnum int targetDisplay) {
        if (!mCaptureController.onRotaryEvent(targetDisplay, event)) {
            List<KeyEvent> keyEvents = rotaryEventToKeyEvents(event);
            for (KeyEvent keyEvent : keyEvents) {
                onKeyEvent(keyEvent, targetDisplay);
            }
        }
    }
    ...
}

专门处理

Car App 提供了一个专门控制焦点的 RotaryService，它在绑定时通过 CarInputManager 的 requestInputEventCapture() 申请监听了 INPUT_TYPE_ROTARY_NAVIGATION 类型的旋钮事件。

// packages/apps/Car/RotaryController/src/com/android/car/rotary/RotaryService.java
public class RotaryService ... {
    /** Input types to capture. */
    private final int[] mInputTypes = new int[]{
            CarInputManager.INPUT_TYPE_ROTARY_NAVIGATION,
            ...};
    ...
    @Override
    public void onServiceConnected() {
        super.onServiceConnected();

        mCar = Car.createCar(this, null, Car.CAR_WAIT_TIMEOUT_WAIT_FOREVER,
                (car, ready) -> {
                    mCar = car;
                    if (ready) {
                        mCarInputManager =
                                (CarInputManager) mCar.getCarManager(Car.CAR_INPUT_SERVICE);
                        ...
                        mCarInputManager.requestInputEventCapture(
                                CarOccupantZoneManager.DISPLAY_TYPE_MAIN,
                                mInputTypes,
                                CarInputManager.CAPTURE_REQ_FLAGS_ALLOW_DELAYED_GRANT,
                                /* callback= */ this);
                    }
                });
        ...
    }
    ...
}

自然的，RotaryService 的 onRotaryEvent() 会得到调用，首先将检查目标屏幕是否符合预期，必须是 MAIN 即中控屏幕。通过的话，调用 handleRotaryEvent() 继续处理。

public class RotaryService ... {
    ...
    @Override
    public void onRotaryEvents(int targetDisplayType, @NonNull List<RotaryEvent> events) {
        if (!isValidDisplayType(targetDisplayType)) {
            return;
        }
        for (RotaryEvent rotaryEvent : events) {
            handleRotaryEvent(rotaryEvent);
        }
    }

    private static boolean isValidDisplayType(int displayType) {
        if (displayType == CarOccupantZoneManager.DISPLAY_TYPE_MAIN) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    ...
}

handleRotaryEvent() 将检查 RotaryEvent 中的硬件 type，确保确实来自于焦点控制旋钮 INPUT_TYPE_ROTARY_NAVIGATION，通过的话调用 handleRotateEvent() 继续。

public class RotaryService ... {
    ...
    private void handleRotaryEvent(RotaryEvent rotaryEvent) {
        if (rotaryEvent.getInputType() != CarInputManager.INPUT_TYPE_ROTARY_NAVIGATION) {
            return;
        }
        boolean clockwise = rotaryEvent.isClockwise();
        int count = rotaryEvent.getNumberOfClicks();

        long eventTime = rotaryEvent.getUptimeMillisForClick(count - 1);
        handleRotateEvent(clockwise, count, eventTime);
    }
    ...
}

handleRotateEvent() 主要是依据屏幕的设置和当前 focus 的 Node 情况来决定是调用 performScrollAction() 执行屏幕滚动，还是寻找到目标 Node 调用 performFocusAction() 来执行焦点的移动。

其本质上是通过 InputManager 向系统注入 SCROLL 触摸事件，或者通过 Accessibility 向上面的或下面的待 focus 的 AccessibilityNode 发送 FOCUS Action 操作。

public class RotaryService ... {
    ...
    private void handleRotateEvent(boolean clockwise, int count, long eventTime) {
        int rotationCount = getRotateAcceleration(count, eventTime);
        if (mInProjectionMode) {
            injectMotionEvent(DEFAULT_DISPLAY, clockwise ? rotationCount : -rotationCount);
            return;
        }
        if (initFocus() || mFocusedNode == null) {
            return;
        }

        if (mInDirectManipulationMode) {
            if (DirectManipulationHelper.supportRotateDirectly(mFocusedNode)) {
                performScrollAction(mFocusedNode, clockwise);
            } else {
                AccessibilityWindowInfo window = mFocusedNode.getWindow();
                if (window == null) {
                    L.w("Failed to get window of " + mFocusedNode);
                    return;
                }
                int displayId = window.getDisplayId();
                window.recycle();
                injectMotionEvent(displayId, clockwise ? rotationCount : -rotationCount);
            }
            return;
        }

        int remainingRotationCount = rotationCount;
        int direction = clockwise ? View.FOCUS_FORWARD : View.FOCUS_BACKWARD;
        Navigator.FindRotateTargetResult result =
                mNavigator.findRotateTarget(mFocusedNode, direction, rotationCount);
        if (result != null) {
            if (performFocusAction(result.node)) {
                remainingRotationCount -= result.advancedCount;
            }
            Utils.recycleNode(result.node);
        } else {
            L.w("Failed to find rotate target from " + mFocusedNode);
        }

        if (remainingRotationCount > 0 && isInFocusedWindow(mFocusedNode)) {
            AccessibilityNodeInfo scrollableContainer =
                    mNavigator.findScrollableContainer(mFocusedNode);
            if (scrollableContainer != null) {
                injectScrollEvent(scrollableContainer, clockwise, remainingRotationCount);
                scrollableContainer.recycle();
            }
        }
    }
    ...
}

标准处理

和导航旋钮事件不同，系统没有 Capture 音量旋钮事件 INPUT_TYPE_ROTARY_VOLUME 的 Service，那么它得执行标准处理。

首先，得将 RotatryEvent 转换为标准的按键编号 Key Code，具体的执行如下逻辑：

1. 焦点控制按钮的话，依据方向 mapping 顺时针为焦点前进的 KEYCODE_NAVIGATE_NEXT，逆时针为焦点后退的 KEYCODE_NAVIGATE_PREVIOUS
2. 音量控制按钮的话，mapping 为音量 +/- Key Code，顺时针为 KEYCODE_VOLUME_UP，逆时针则是 KEYCODE_VOLUME_DOWN
3. 按照计数次数批量调用 createKeyEvent() 创建 KeyEvent 对象，并添加到待处理 keyEvents 列表中。

public class CarInputService ... {
    ...
    private static List<KeyEvent> rotaryEventToKeyEvents(RotaryEvent event) {
        int numClicks = event.getNumberOfClicks();
        int numEvents = numClicks * 2; // up / down per each click
        boolean clockwise = event.isClockwise();
        int keyCode;

        switch (event.getInputType()) {
            case CarInputManager.INPUT_TYPE_ROTARY_NAVIGATION:
                keyCode = clockwise
                        ? KeyEvent.KEYCODE_NAVIGATE_NEXT
                        : KeyEvent.KEYCODE_NAVIGATE_PREVIOUS;
                break;
            case CarInputManager.INPUT_TYPE_ROTARY_VOLUME:
                keyCode = clockwise
                        ? KeyEvent.KEYCODE_VOLUME_UP
                        : KeyEvent.KEYCODE_VOLUME_DOWN;
                break;
            ...
        }

        ArrayList<KeyEvent> keyEvents = new ArrayList<>(numEvents);
        for (int i = 0; i < numClicks; i++) {
            long uptime = event.getUptimeMillisForClick(i);
            KeyEvent downEvent = createKeyEvent(/* down= */ true, uptime, uptime, keyCode);
            KeyEvent upEvent = createKeyEvent(/* down= */ false, uptime, uptime, keyCode);
            keyEvents.add(downEvent);
            keyEvents.add(upEvent);
        }
        return keyEvents;
    }    
    ...
}

接着，遍历准备好的 keyEvents 列表，逐个处理。

public class CarInputService ... {
    ...
    @Override
    public void onRotaryEvent(RotaryEvent event, @DisplayTypeEnum int targetDisplay) {
        if (!mCaptureController.onRotaryEvent(targetDisplay, event)) {
            List<KeyEvent> keyEvents = rotaryEventToKeyEvents(event);
            // 遍历列表，逐个处理
            for (KeyEvent keyEvent : keyEvents) {
                onKeyEvent(keyEvent, targetDisplay);
            }
        }
    }
    ...
}

CarInputService 的 onKeyEvent() 直接处理的 Code 只有激活语音助手的 KEYCODE_VOICE_ASSIST 和拨打电话的 KEYCODE_CALL。其他的 Key Code 执行一般处理：

1. 如果目标屏幕是 INSTRUMENT_CLUSTER 即仪表屏幕的话，调用 handleInstrumentClusterKey() 让 InstrumentClusterKeyListener 执行仪表上的事件，貌似是 Cluster app 完成，具体不再展开
2. 检查是否有使用 InputEventCapture 监听 NAVIGATE_ 焦点控制、VOLUME_ 音量控制 KeyEvent 的 Service 存在，有的话回调 onKeyEvent() Callback
3. 如果没有 Capture 处理的好，告知 KeyEventListener 进行兜底处理

public class CarInputService ... {
    ...
    @Override
    public void onKeyEvent(KeyEvent event, @DisplayTypeEnum int targetDisplayType) {
        // Special case key code that have special "long press" handling for automotive
        switch (event.getKeyCode()) {
            case KeyEvent.KEYCODE_VOICE_ASSIST:
                handleVoiceAssistKey(event);
                return;
            case KeyEvent.KEYCODE_CALL:
                handleCallKey(event);
                return;
            default:
                break;
        }

        assignDisplayId(event, targetDisplayType);

        // Allow specifically targeted keys to be routed to the cluster
        if (targetDisplayType == CarOccupantZoneManager.DISPLAY_TYPE_INSTRUMENT_CLUSTER
                && handleInstrumentClusterKey(event)) {
            return;
        }
        if (mCaptureController.onKeyEvent(targetDisplayType, event)) {
            return;
        }
        mMainDisplayHandler.onKeyEvent(event);
    }
    ...
}

KeyEventListener 在 CarInputService 初始化的时候指定，具体的就是通过 InputManagerHelper 注入 KeyEvent。

public class CarInputService ... {
    ...
    private final KeyEventListener mMainDisplayHandler;

    public CarInputService( ... ) {
        this(context, inputHalService, userService, occupantZoneService, bluetoothService,
                new Handler(CarServiceUtils.getCommonHandlerThread().getLooper()),
                context.getSystemService(TelecomManager.class),
                event -> InputManagerHelper.injectInputEvent(
                        context.getSystemService(InputManager.class), event),
                () -> Calls.getLastOutgoingCall(context),
                () -> getViewLongPressDelay(context),
                () -> context.getResources().getBoolean(R.bool.config_callButtonEndsOngoingCall),
                new InputCaptureClientController(context));
    }
    ...
}

InputManagerHelper 没啥特别的，直接调用 InputManager 的标准方法 injectInputEvent() 完成注入，后续由 InputManagerService 开始 Dispatch、Transport 等一系列处理。

// packages/services/Car/car-builtin-lib/src/android/car/builtin/input/InputManagerHelper.java
public class InputManagerHelper {
    ...
    public static boolean injectInputEvent(@NonNull InputManager inputManager,
            @NonNull android.view.InputEvent event) {
        return inputManager.injectInputEvent(event, InputManager.INJECT_INPUT_EVENT_MODE_ASYNC);
    }
}

5. 模拟

当旋钮按键环境尚未到位的时候，我们可以使用 adb 命令模拟旋钮事件来验证代码链路。

格式：

adb shell cmd car_service inject-rotary [-d display] [-i input_type] [-c clockwise] [-dt delta_times_ms]

• display，目标屏幕：0 代表中控屏幕，1 代表仪表屏幕，默认是 0
• input_type，按钮类型: 10 代表焦点控制，11 代表音量控制，默认是 10
• clockwise，旋钮方向: true 代表顺时针方向，false 代表逆时针，默认是 false
• delta_times_ms，持续旋转计数的时间间隔：多次旋转事件和当前时刻的间隔列表，按降序排列，默认是 0，表示只有一次旋转

下面将介绍几个命令示例，帮助大家更好地理解该命令的使用。

adb shell cmd car_service inject-rotary

没有指定任何参数，全部都是默认的操作，表示针对中控屏幕发送焦点控制的旋钮事件，方向为逆时针、焦点后退 1 格。

adb shell cmd car_service inject-rotary -d 1 -i 11 -c true

表示针对仪表屏幕发送音量控制的旋钮事件，方向为顺时针、调低 1 格。

adb shell cmd car_service inject-rotary -c true -dt 100 50

表示针对中控屏幕发送焦点控制的旋钮事件，方向为顺时针、3 次计数、焦点前进 3 格。

结语

与自定义输入相比，旋钮事件的处理流程有细微差异，主要体现在 CarInputService 会针对音量、焦点两种的旋钮控制，存在特定的处理逻辑。最后，结合一张图回顾下整体流程：

1. 支持音量控制和焦点控制的两种旋钮硬件产生 HW_ROTARY_INPUT Propery 变化

2. 由和 HAL 层交互的 VehicleHal 订阅到 Propery 变化，将事件提取为 HalPropValue 类型

3. 并发送给车机输入的中间服务 InputHalService 接收和进一步地封装为 RotaryEvent 类型

4. 分发到处理事件输入的专用服务 CarInputService：

   a. 如果有 Capture 音量/焦点的 Rotary 事件的交由其专门处理：Car App 的 RotaryService，其将决定通过 InputManager 注入 SCROLL 滚动还是通过 Accessibility 触发焦点 Focus 操作；

   b. 如果没有，则执行标准处理：

   • 首先按照 Rotary 类型和旋钮方向、计数封装为 Android 标准 KeyEvent 列表
   • 如果目标屏幕为仪表的话，列表交由 Cluster App 处理
   • 反之检查是否有 Capture 该 KeyEvent 的 Service 需要处理
   • 最后交由 InputManager 逐个注入该 KeyEvent，继而由系统的 InputManagerService 进行调度

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参考文档

• https://developer.android.google.cn/training/cars
• https://source.android.google.cn/docs/devices/automotive/hmi/rotary_controller/app_developers