android HAL介绍

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硬件抽象层是位于用户空间的Android系统 和位于内核空间的Linux驱动程序中间的一个层次

Android 系统实际关心的只是硬件抽像层，并不关心驱动程序，将Android系统的部分功能和Linux中的驱动程序隔

离，Android不依赖于Linux的驱动程序。

硬件抽象层接口方法

1 hardware模块的方式

Android 的libhardware库提供一种不依赖编译时绑定，可以动态加载硬件抽象层

硬件模块方法的硬件抽象层架构

在使用硬件抽象层的过程中，Android系统的框架层将调用libhardware的接口，根据每一个模块的id，将在指定路径动态打开dlopen各个模块，然后找到符号dlsym,调用硬件模块中的各个接口。

在led.h中定义的id

#define LED_HARDWARE_MODULE_ID "led"

Libhardware的接口在以下目录中定义

hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h

/**

 * 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.

 */

 结构体一 struct hw_module_t 结构体用于定义硬件模块的格式
 typedef struct hw_module_t {
     uint32_t tag;    /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */
     uint16_t version_major; /** 主版本号 */
     uint16_t version_minor;/** 次版本号*/
     const char *id;   /*模块标识*/
     const char *name;//模块的名称
     const char *author;//模块的作者
     struct hw_module_methods_t* methods;   /** 模块方法*/
     void* dso;  /** 模块的 dso */
     uint32_t reserved[32-7];    /** 填充字节，为以后使用*/
 } hw_module_t;
 /********************************************************************/
 在led.h里定义
 struct led_module_t {
    struct hw_module_t common;
 };
 /*
 *struch hw_module_t结构体定义了一个硬件模块的信息，在各个具体硬件模块中，需要以这个结构体为第一个成员，即表示继承了这个结构体。
 */
 在led.cpp里定义
 extern "C" const struct led_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
     common: {
         tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
         version_major: 1,
         version_minor: 0,
         id: LED_HARDWARE_MODULE_ID,
         name: "Sample LED Stub",
         author: "The Forlinx Open Source Project",
         methods: &led_module_methods,
     }
 };
 结构体二 struct hw_module_methods_t 是一个表示模块方法的结构体。
 hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h中定义

 typedef struct hw_module_methods_t {
     /** 打开设备的方法 */
     int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,
             struct hw_device_t** device);
 } hw_module_methods_t;

 struct hw_module_methods_t结构体只包含了一个打开模块的函数指针，这个结构体也作为struct hw_module_t结构体的一个成员
 /**************************************************************************/
 static struct hw_module_methods_t led_module_methods = {
     open: led_device_open
 };

 结构体三 struct hw_device_t 表示一个硬件设备
 hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h中定义


 typedef struct hw_device_t {
     uint32_t tag;  /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */
     uint32_t version;//hw_device_t的版本号
     struct hw_module_t* module;//引用这个设备属于的硬件模块
     uint32_t reserved[12];//填充保留字节
     int (*close)(struct hw_device_t* device);//关闭设备
 } hw_device_t;

 struct hw_device_t 也是需要被具体实现的结构体包含使用，一个硬件模块可以包含多个硬件设备
 /*****************************************************************************/
 led.h
 struct led_control_device_t {
    struct hw_device_t common;
    int fd;

    /* supporting control APIs go here */
    int (*set_on)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led);
    int (*set_off)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led);
 };

 <span style="font-size:12px;">结构体一 struct hw_module_t 结构体用于定义硬件模块的格式
 typedef struct hw_module_t {
     uint32_t tag;    /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */
     uint16_t version_major; /** 主版本号 */
     uint16_t version_minor;/** 次版本号*/
     const char *id;   /*模块标识*/
     const char *name;//模块的名称
     const char *author;//模块的作者
     struct hw_module_methods_t* methods;   /** 模块方法*/
     void* dso;  /** 模块的 dso */
     uint32_t reserved[32-7];    /** 填充字节，为以后使用*/
 } hw_module_t;
 /********************************************************************/
 在led.h里定义
 struct led_module_t {
    struct hw_module_t common;
 };
 /*
 *struch hw_module_t结构体定义了一个硬件模块的信息，在各个具体硬件模块中，需要以这个结构体为第一个成员，即表示继承了这个结构体。
 */
 在led.cpp里定义
 extern "C" const struct led_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
     common: {
         tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
         version_major: 1,
         version_minor: 0,
         id: LED_HARDWARE_MODULE_ID,
         name: "Sample LED Stub",
         author: "The Forlinx Open Source Project",
         methods: &led_module_methods,
     }
 };
 结构体二 struct hw_module_methods_t 是一个表示模块方法的结构体。
 hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h中定义

 typedef struct hw_module_methods_t {
     /** 打开设备的方法 */
     int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,
             struct hw_device_t** device);
 } hw_module_methods_t;

 struct hw_module_methods_t结构体只包含了一个打开模块的函数指针，这个结构体也作为struct hw_module_t结构体的一个成员
 /**************************************************************************/
 static struct hw_module_methods_t led_module_methods = {
     open: led_device_open
 };

 结构体三 struct hw_device_t 表示一个硬件设备
 hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h中定义


 typedef struct hw_device_t {
     uint32_t tag;  /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */
     uint32_t version;//hw_device_t的版本号
     struct hw_module_t* module;//引用这个设备属于的硬件模块
     uint32_t reserved[12];//填充保留字节
     int (*close)(struct hw_device_t* device);//关闭设备
 } hw_device_t;

 struct hw_device_t 也是需要被具体实现的结构体包含使用，一个硬件模块可以包含多个硬件设备
 /*****************************************************************************/
 led.h
 struct led_control_device_t {
    struct hw_device_t common;
    int fd;

    /* supporting control APIs go here */
    int (*set_on)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led);
    int (*set_off)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led);
 };
 </span>

1. 硬件的具体调用流程如下  
2. 1）通过id得到硬件模块  
3. #define LED_HARDWARE_MODULE_ID "led"   
4. 2）从硬件模块中得到hw_module_methods_t，打开得到硬件设备hw_device_t  
5.  open: led_device_open  
6.   
7. static int led_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name,  
8.         struct hw_device_t** device)   
9. {  
10.     //打开后得到设备硬件dev   
11.     struct led_control_device_t *dev;  
12.     dev = (struct led_control_device_t *)malloc(sizeof(*dev));  
13.     memset(dev, 0, sizeof(*dev));  
14.   
15.     dev->common.tag =  HARDWARE_DEVICE_TAG;  
16.     dev->common.version = 0;//hw_module_t的版本号   
17.     dev->common.module = (struct hw_module_t*)module;  
18.     dev->common.close = led_device_close;  
19.   
20.   
21. /********调用hw_device_t中的各个方法****************/  
22.     dev->set_on = led_on;  
23.     dev->set_off = led_off;  
25. *device = &dev->common;//引用这个设备属于的硬件模块   
26. g_fd = open("/dev/leds0", 0);
27. if (g_fd < 0) 
28. { 
29. g_fd = open("/dev/leds", 0);
30. } 
31. if(g_fd<0) 
32. { 
33. LOGI("LED Stub: open /dev/leds fail."); 
34. }else { 
35. LOGI("LED Stub: open /dev/leds success ."); 
36. }return 0;
37. }
38. 3）调用hw_device_t中的各个方法
39. 4）通过hw_device_t的close关闭设备

在以上流程中还需要libhardware提供一个得到模块的函数，hw_get_module 在hardware.h中定义

/**

* Get the module info associated with a module by id.

* @return: 0 == success, <0 == error and *pHmi == NULL

*/

int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module);

 <span style="font-size:12px;">hw_get_module()函数的实现在hardware/libhardware/hardware.c文件中实现
 int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module)
 {
     int status;
     int i;
     const struct hw_module_t *hmi = NULL;
     char prop[PATH_MAX];
     char path[PATH_MAX];

     /*
      * Here we rely on the fact that calling dlopen multiple times on
      * the same .so will simply increment a refcount (and not load
      * a new copy of the library).
      * We also assume that dlopen() is thread-safe.
      */

     /* Loop through the configuration variants looking for a module */
     for (i=0 ; i<HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1 ; i++) {
         if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT) {
             if (property_get(variant_keys[i], prop, NULL) == 0) {
                 continue;
             }
             snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so",
                     HAL_LIBRARY_PATH1, id, prop);//得到模块的名称
             if (access(path, R_OK) == 0) break;

             snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so",
                      HAL_LIBRARY_PATH2, id, prop);
             if (access(path, R_OK) == 0) break;
         } else {
             snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.default.so",//得到默认模块的名称
                      HAL_LIBRARY_PATH1, id);
             if (access(path, R_OK) == 0) break;//找到模块然后退出
         }
     }

     status = -ENOENT;
     if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1) {
         /* load the module, if this fails, we're doomed, and we should not try
          * to load a different variant. */
         status = load(id, path, module);
     }

     return status;
 }

 hw_get_module()函数执行的是一个动态查找的过程，找到硬件动态库*.so打开，当没有动态库的时候，将打开默认的库文件*default.so
 在hw_get_module（）函数中调用的load（）函数,在hardware.c中其主要内容如下
 /**
  * Load the file defined by the variant and if successful
  * return the dlopen handle and the hmi.
  * @return 0 = success, !0 = failure.
  */
 static int load(const char *id,
         const char *path,
         const struct hw_module_t **pHmi)
 {
     int status;
     void *handle;
     struct hw_module_t *hmi;

     /*
      * load the symbols resolving undefined symbols before
      * dlopen returns. Since RTLD_GLOBAL is not or'd in with
      * RTLD_NOW the external symbols will not be global
      */
     handle = dlopen(path, RTLD_NOW);进行动态库的打开
     if (handle == NULL) {
         char const *err_str = dlerror();
         LOGE("load: module=%s\n%s", path, err_str?err_str:"unknown");
         status = -EINVAL;
         goto done;
     }

     /* Get the address of the struct hal_module_info. */
     const char *sym = HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR;
     hmi = (struct hw_module_t *)dlsym(handle, sym);
     if (hmi == NULL) {
         LOGE("load: couldn't find symbol %s", sym);
         status = -EINVAL;
         goto done;
     }

     /* Check that the id matches */
     if (strcmp(id, hmi->id) != 0) {
         LOGE("load: id=%s != hmi->id=%s", id, hmi->id);
         status = -EINVAL;
         goto done;
     }

     hmi->dso = handle;

     /* success */
     status = 0;

     done:
     if (status != 0) {
         hmi = NULL;
         if (handle != NULL) {
             dlclose(handle);
             handle = NULL;
         }
     } else {
         LOGV("loaded HAL id=%s path=%s hmi=%p handle=%p",
                 id, path, *pHmi, handle);
     }

     *pHmi = hmi;

     return status;
 }
 /********************************************************************/
 load()函数实际上执行了一个动态的打开dlopen和动态取出符号dlsym的过程，这个过程解除了在编译时的Android本地框架对特有硬件模块依赖
 硬件模块的调用方式如下
 /----------------------------------------------------------------------------------------------------/
 xxx_module_t    *gModule;
 xxx_device_t        *gDevice;
 {
     xxx_module_t const *module;
     err = hw_get_module(XXXX_HARDWARE_MODULE_ID, (const hw_moeule_t **)&module);
     gModule = (xxxx_module_t *)module;

 gModule->ModuleFunction();//调用模块中的函数
 gDevice->DeviceFunction();//调用设备中的函数
 }
 通常情况下，硬件模块调用者是Android中的本地框架层
 libhardware的接口头文件中，除了hardware.h之外，其他各个头文件是相互并列的，每一个文件表示了一种硬件抽象层
 lights.h    背光和指示灯模块
 copybit.h       位复制模块
 overlay.h           叠加视频抽象层模块
 qemud.h         QEMU的守护进程模块
 sensors.h           传感器模块
 gralloc.h           用于显示的模块
 gprs.h          GPRS模块</span>

2 直接接口方式

hardware_legacy库中提供了一些各自独立的接口，由用户实现后形成库，被直接连接到系统中，这是实现硬件抽象层最直接的方式。

hardware/libhardware_legacy/include/hardware_legacy

hardware_legacy库中包含了几个C接口的文件，power,wifi,vibrator,在开发一个新的硬件系统时，可以根据需要去实现这几个库，也可以使用系统默认的实现方式。

这种做法实际上并没有完全将硬件抽象层和Android的本地框架分开，其好处是接口的定义和实现比较简单

3 C++的继承实现方式

使用C++类的继承方式实现硬件抽象层

在这种实现方式中，具体的硬件抽象层通常要求被编译成为指定的名称的动态库，由本地框架库连接它，通用的实现被编译成静态库*.a，本地框架库连接这些静态库的时候，其实就是包含了它们在其中。使用特定硬件抽象层还是通用的硬件抽象层，通常需要根据宏来指定

Camera和Audio系统使用的是C++类的继承方式。