Android硬件抽象层(HAL)深入剖析(一)

作为一个搞android驱动或者说搞底层的人，我觉得对于hal那是必须要掌握的，而且必须达到一定深度，于是我总结了一下，将整个自己的分析思路写下来。

主要是看android源代码，根据源代码得到的思路。(看源代码比看什么著作书籍都管用)

android HAL是什么？为什么有它？

硬件抽象层是介于android内核kernel和上层之间的抽象出来的一层结构。他是对linux驱动的一个封装，对上层提供统一接口，上层应用不必知道下层硬件具体怎么实现工作的，它屏蔽了底层的实现细节。

它在整个android架构中的位置如下图所示：

传统的linux对硬件的操作基本上在内核空间的linux驱动程序中实现了，那么现在为什么那么多此一举把对硬件的操作分为两部分，hal和linux驱动呢？

而且hal属于用户空间，linux驱动属于内核空间。其实并不多余。那么为什么要高出这么个东西，理由是很多的：

1.谷歌搭好了hal的框架，为上层framework打通过jni调用hal提供了统一的api，硬件开发商或者移植人员只需要按照框架开发即可，无需话费精力在与上层的交互上的实现上，将精力放在hal层本身的实现上即可。

2.从商业角度，许多硬件厂商不愿意将自己硬件相关一些核心的东西开源出去，假如将对自己硬件的驱动程序全部放入内核空间驱动程序实现，那么必须遵循GPL协议，是必需开源的。有了HAL层之后，他们可以把一些核心的算法之类的东西的实现放在HAL层，而hal层位于用户空间，不属于linux内核，和android源码一样遵循的是appache协议，这个是可以开源或者不开的。

 

搞清楚了hal的存在意义，下面来根据hal层源码分析一下hal到底是怎么样个架构和实现原理，深入剖析一下。

android hal层的代码主要位于/hardware/libhardware下面我们从上往下走。

在hal层中，各类硬件的都是以硬件模块的形式描述的hal层中是用hw_module_t结构体来描述的，而每一类硬件模块中又有各个独立的硬件，hal中是用hw_device_t结构体来描述的。

上层app通过jni调用硬件时，首先得获取到hw_module_t结构体，也即是硬件模块，有了这个才能再对硬件进行操作。那么我们来看看看看这两个结构体定义是什么样子的。

它们的定义在/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h里面。

a.  hw_module_t表示硬件模块，它主要包含了一些硬件模块的信息，结构体的定义：

/**

 * Every hardware module must have a data structure named HAL_MODULE_INFO_SYM

 * and the fields of this data structure must begin with hw_module_t

 * followed by module specific information.

 */

typedef struct hw_module_t {

    /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */

    uint32_t tag;  //tag，根据引文注释可以看到必须被初始化为HARDWARE_MODULE_TAG



    /** major version number for the module */

    uint16_t version_major;//主版本号



    /** minor version number of the module */

    uint16_t version_minor;//次版本号



    /** Identifier of module */

    const char *id;//模块id字符串



    /** Name of this module */

    const char *name;//模块名



    /** Author/owner/implementor of the module */

    const char *author;//作者



    /** Modules methods */

    struct hw_module_methods_t* methods;//硬件模块方法结构体



    /** module's dso */

    void* dso;//打开硬件模块的库时得到的句柄



    /** padding to 128 bytes, reserved for future use */

    uint32_t reserved[32-7];



} hw_module_t;

 前面tag，name那几个成员属性就不说了，看了注释相信大家都知道了，下面看看hw_module_methods_t,这个指针methods它指向的是与本硬件模块相关的方法的结构体，里面不用看可以猜出肯定有一些函数指针，但是它里面只有一个函数指针。可以看看定义：

1 typedef struct hw_module_methods_t {

2     /** Open a specific device */

3     int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,//打开硬件设备函数指针

4             struct hw_device_t** device);

5 

6 } hw_module_methods_t;

我们可以看到确实只有一个函数指针，open它是打开硬件模块中硬件设备的函数。

然后是成员void* dso，它是打开硬件模块相关的额设备之后返回的句柄给它，这个在后面看hw_get_module函数源码的时候你就会明白。

b.  下面我们再来看看hw_device_t结构体,这个结构体主要是用来描述模块中硬件设备的属性信息什么的。一个硬件模块可能有多个硬件设备。

比如说，传感器模块，sensor_module,是一个硬件模块，但是手机中的传感器就对应的有好多种，比如加速度acc_sensor,磁传感器M_sensor等，那么他们都属于sensor_module,但是他们有都有自己的

hw_device_t结构体来描述。hw_device_t定义：

 1 /**

 2  * Every device data structure must begin with hw_device_t

 3  * followed by module specific public methods and attributes.

 4  */

 5 typedef struct hw_device_t {

 6     /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */

 7     uint32_t tag;   //设备tag

 8 

 9     /** version number for hw_device_t */

10     uint32_t version;//版本

11 

12     /** reference to the module this device belongs to */

13     struct hw_module_t* module;//本设备归属的硬件模块

14 

15     /** padding reserved for future use */

16     uint32_t reserved[12];//保留

17 

18     /** Close this device */

19     int (*close)(struct hw_device_t* device);//关闭设备的函数指针

20 

21 } hw_device_t;

其中，第三个成员module指向的是这个设备归属的硬件模块结构体。

最后一个函数指针close指向的肯定是关闭设备的函数。

 

恩，到此，hal的主要的两个结构体讲完了，下次我们继续，将结合源码，看看hal层到底是怎么工作的，看看上层怎么获取到硬件模块，硬件设备的，到底是怎么加载解析动态共享库的。