深入浅出 - Android系统移植与平台开发 - Sensor HAL框架分析之一

转自：http://blog.csdn.net/mr_raptor/article/details/8090474

1.      Sensor的概念

Sensor即传感器，在当前智能手机上大量存在：G-Sensor、LightsSensor、ProximitySensor、TemperatureSensor等，其作为Android系统的一个输入设备，对于重视用户体验的移动设备来说是必不可少的。Sensor虽然是一个输入设备，但是它又不同于触摸屏，键盘，按键等这些常规的输入设备，因为Sensor的数据输入从传感器硬件到设备的，而常规的输入设备是从用户到设备的，比如：温度传感器用于感知温度的变化，采样传感器数据上报给设备。而传感器硬件的工作与否，采样精度是由用户来控制的，所以对应Sensor而言是其工作方式是双向的，即：控制硬件的控制流，硬件上报的数据流。这也决定了Sensor的框架不同与触摸屏等常规输入子系统。

本章节主要研究的Sensor框架代码与SensorHAL的实现细节，一切还是从Sensor框架开始，首先来回顾下Led HAL的实现框架。

Led HAL是我们自己实现的，主要分为四部分：

Led App：Led的应用程序

Led Service框架：Led应用的API提供者

LedService本地：LedService服务的本地实现，上层与底层的通信转化接口

Led HAL Stub：HAL层代码，具体硬件驱动操作接口

很明显，我们写的Led HAL代码是典型的控制流，反馈结果就是Led灯的亮与灭，它的架构不适用于Sensor架构，具体有如下几点：

l  Led是单纯的控制流，而Sensor是控制流与数据流

Sensor的数据流不是实时的，而是有采样速率，并且数据不是连续的，阻塞在读取硬件设备数据上，只有数据得到才返回。

l  Sensor是提供给所有传感器的通用框架，不是针对某一特定硬件的架构

Sensor包含多种类型，在上层和底层都有对Sensor具体类型的屏蔽，让它通用所有传感器。

l  Sensor的服务不是由应用程序创建启动的，应该是伴随系统启动的

任何一个应用程序里都可以使用Sensor服务，这决定了Sensor服务应该伴随系统启动。

2.      Sensor的框架分析

本节是本系列第一个分析的具体设备的框架，从Android SensorService的注册启动开始，到应用程序获得SensorManager注册传感器监听器，详细分析从应用层到Java框架层再到本地代码，最后调用HAL层全部过程。

1.1  Sensor服务的启动

由前面Android启动流程章节可知，Zygote启动起来后，运行的每一个Java进程是SystemServer，它用来启动并管理所有的Android服务：

public staticvoid main(String[] args) {
    …
       System.loadLibrary("android_servers");
       init1(args);
      }

public static void main(String[] args) {
    …
       System.loadLibrary("android_servers");
       init1(args);
      }

由SystemServer的main方法可知，其加载了libandroid_servers.so的库，并且调用了init1()方法。

我们通过下面的命令来找到该库的编译目录：

find ./frameworks/base –name Android.mk –exec grep –l libandroid_servers{}\;

find ./frameworks/base –name Android.mk –exec grep –l libandroid_servers{}\;

通过打印的信息知道，其对应的源码目录在：frameworks/base/services/jni/下，其实Android框架层的代码的特点就是Java目录下存放的是对应的Java框架代码，对应的jni目录下是对应的本地代码。

在这个目录所有的代码最重要的就是：com_android_server_SystemServer.cpp：

namespace android {

extern "C"int system_init();
static void android_server_SystemServer_init1(JNIEnv*env, jobject clazz)
{
   system_init();
}
/*
* JNIregistration.
*/
static JNINativeMethod gMethods[] = {
    /* name,signature, funcPtr */
    {"init1", "([Ljava/lang/String;)V", (void*) android_server_SystemServer_init1},
};

int register_android_server_SystemServer(JNIEnv* env)
{
    returnjniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/SystemServer",
           gMethods, NELEM(gMethods));
}

}; // namespace android

namespace android {

extern "C" int system_init();
static void android_server_SystemServer_init1(JNIEnv*env, jobject clazz)
{
   system_init();
}
/*
 * JNIregistration.
 */
static JNINativeMethod gMethods[] = {
    /* name,signature, funcPtr */
    {"init1", "([Ljava/lang/String;)V", (void*) android_server_SystemServer_init1},
};

int register_android_server_SystemServer(JNIEnv* env)
{
    returnjniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/SystemServer",
           gMethods, NELEM(gMethods));
}

}; // namespace android

代码不是很多，也比较好读，调用jniRegisterNativeMethods方法注册SystemServer的Java方法也本地方法映射关系，jniRegisterNativeMethods是一个本地方法的注册Helper方法。

SystemServer.java在加载了libandroid_servers.so库之后，调用了init1()，通过上面代码中的映射关系可知，它调用了本地的android_server_SystemServer_init1方法，该方法直接调用system_init()，其实现在frameworks/base/cmds/system_server/library/system_init.cpp中实现：

extern "C" status_t system_init()
{
   LOGI("Entered system_init()");
   sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
   sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
   LOGI("ServiceManager: %p\n", sm.get());
   sp<GrimReaper> grim = new GrimReaper();
   sm->asBinder()->linkToDeath(grim, grim.get(), 0);

    charpropBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];
   property_get("system_init.startsurfaceflinger", propBuf,"1");
    if(strcmp(propBuf, "1") == 0) {
        // Startthe SurfaceFlinger
       SurfaceFlinger::instantiate();
    }

    property_get("system_init.startsensorservice", propBuf,"1");
    if(strcmp(propBuf, "1") == 0) {
        // Startthe sensor service
       SensorService::instantiate();
    }
    LOGI("Systemserver: starting Android runtime.\n");
   AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();

   LOGI("System server: starting Android services.\n");
    JNIEnv* env =runtime->getJNIEnv();
    if (env ==NULL) {
        returnUNKNOWN_ERROR;
    }

    jclass clazz= env->FindClass("com/android/server/SystemServer");
    if (clazz ==NULL) {
        returnUNKNOWN_ERROR;
    }

    jmethodIDmethodId = env->GetStaticMethodID(clazz,  "init2","()V");
    if (methodId== NULL) {
        returnUNKNOWN_ERROR;
    }
   env->CallStaticVoidMethod(clazz, methodId);

    LOGI("System server: entering thread pool.\n");
   ProcessState::self()->startThreadPool();
   IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
   LOGI("System server: exiting thread pool.\n");
}

extern "C" status_t system_init()
{
   LOGI("Entered system_init()");
   sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
   sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
   LOGI("ServiceManager: %p\n", sm.get());
   sp<GrimReaper> grim = new GrimReaper();
   sm->asBinder()->linkToDeath(grim, grim.get(), 0);

    charpropBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];
   property_get("system_init.startsurfaceflinger", propBuf,"1");
    if(strcmp(propBuf, "1") == 0) {
        // Startthe SurfaceFlinger
       SurfaceFlinger::instantiate();
    }

    property_get("system_init.startsensorservice", propBuf,"1");
    if(strcmp(propBuf, "1") == 0) {
        // Startthe sensor service
       SensorService::instantiate();
    }
    LOGI("Systemserver: starting Android runtime.\n");
   AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();

   LOGI("System server: starting Android services.\n");
    JNIEnv* env =runtime->getJNIEnv();
    if (env ==NULL) {
        returnUNKNOWN_ERROR;
    }

    jclass clazz= env->FindClass("com/android/server/SystemServer");
    if (clazz ==NULL) {
        returnUNKNOWN_ERROR;
    }

    jmethodIDmethodId = env->GetStaticMethodID(clazz, "init2","()V");
    if (methodId== NULL) {
        returnUNKNOWN_ERROR;
    }
   env->CallStaticVoidMethod(clazz, methodId);

    LOGI("System server: entering thread pool.\n");
   ProcessState::self()->startThreadPool();
   IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
   LOGI("System server: exiting thread pool.\n");
}

如果了解Binder机制的话，应该知道，sp<ProcessState> proc(ProcessState::self())打开Binder驱动并会创建一个ProcessState对象并维持当前进程的Binder通信的服务器端。

如果系统属性里配置了system_init.startsensorservice 属性为1，则通过SensorService::instantiate()启动Sensor服务。

对于初学者最头疼的就是追面向对象代码中的重载，重写的代码了，SensorService::instantiate()调用的是其父类的方法，我们可以通过子类的定义找其继承关系，然后顺着继承关系再来查找方法的实现，如果在子类里和父类里都有方法的实现，那么看参数的匹配，如果参数都相互匹配，那么就是所谓的重写，调用的是子类的方法。SensorService的定义如下：

@frameworks/base/services/sensorservice/SensroService.h

class SensorService :
        publicBinderService<SensorService>,
        publicBnSensorServer,
        protectedThread
{

class SensorService :
        publicBinderService<SensorService>,
        publicBnSensorServer,
        protectedThread
{

通过SensorService的定义可知，在当前类里没有instantiate方法的声明，说明其调用的是父类的方法，其继承了BinderService，BnSensorServer，Thread类（难道SensorService是一个线程？？），顺着继承关系找，在BinderService里可以找到instantiate方法的声明。

@frameworks/base/include/binder/BinderService.h

template<typename SERVICE>

class BinderService
{
public:
    static status_t publish() {
       sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());
       returnsm->addService(String16(SERVICE::getServiceName()),  new SERVICE());
    }

    static void publishAndJoinThreadPool() {
       sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
       sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());
       sm->addService(String16(SERVICE::getServiceName()),  new SERVICE());
       ProcessState::self()->startThreadPool();
       IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
    }

    static void instantiate() { publish(); }

    static status_t shutdown() {
        return NO_ERROR;
    }
};

template<typename SERVICE>

class BinderService
{
public:
    static status_t publish() {
       sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());
       returnsm->addService(String16(SERVICE::getServiceName()), new SERVICE());
    }

    static void publishAndJoinThreadPool() {
       sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
       sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());
       sm->addService(String16(SERVICE::getServiceName()), new SERVICE());
       ProcessState::self()->startThreadPool();
       IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
    }

    static void instantiate() { publish(); }

    static status_t shutdown() {
        return NO_ERROR;
    }
};

通过上面代码分析可知，instantiate方法创建了SensorService并通过addService将自己新创建的SensorService服务添加到Android服务列表里了。

Ok，那我们来到SensorService服务中。

@frameworks/base/services/sensorservice/SensorService.cpp

SensorService::SensorService()
    :mInitCheck(NO_INIT)
{
}

void SensorService::onFirstRef()
{
   LOGD("nuSensorService starting...");
   SensorDevice& dev(SensorDevice::getInstance());
…

SensorService::SensorService()
    :mInitCheck(NO_INIT)
{
}

void SensorService::onFirstRef()
{
   LOGD("nuSensorService starting...");
   SensorDevice& dev(SensorDevice::getInstance());
…

SensorService的构造方法比较简单，初始化了成员变量mInitCheck为NO_INIT。

要注意构造方法后面的onFirstRef方法，它是Android系统里引用计数系统里的一个方法。当RefBase的子类对象被第一次强引用时自动调用其方法，所以当第一次使用SensorService服务里该方法被自动回调。

形如：

sp< ISensorServer> sm(mSensorService);

sp< ISensorServer> sm(mSensorService);

注：关于引用计数系统，如果读者不太了解，请参考邓凡平老师的：深入理解：Android系统核心 卷I中的三板斧部分。

SensorService的启动到此暂停，等待上层应用的使用SensorService服务并调用onFirstRef方法。