HAL stub的框架比较简单,三个结构体、两个常量、一个函数,简称321架构,它的定义在:
@hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h
@hardware/libhardware/hardware.c
/* 每一个硬件都通过hw_module_t来描述,我们称之为一个硬件对象。你可以去“继承”这个hw_module_t,然后扩展自己的属性,硬件对象必须定义为一个固定的名字:HMI,即:Hardware Module Information的简写,每一个硬件对象里都封装了一个函数指针open用于打开该硬件,我们理解为硬件对象的open方法,open调用后返回这个硬件对应的Operation interface。 */ struct hw_module_t{ uint32_t tag; // 该值必须声明为HARDWARE_MODULE_TAG uint16_t version_major; // 主版本号 uint16_t version_minor; // 次版本号 const char *id; //硬件id名,唯一标识module const char *name; // 硬件module名字 const char * author; // 作者 struct hw_module_methods_t* methods; //指向封装有open函数指针的结构体 void* dso; // module’s dso uint32_t reserved[32-7]; // 128字节补齐 }; /* 硬件对象的open方法描述结构体,它里面只有一个元素:open函数指针 */ struct hw_module_methods_t{ // 只封装了open函数指针 int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char * id, struct hw_device_t** device); }; /* 硬件对象hw_module_t的open方法返回该硬件的Operation interface,它由hw_device_t结构体来描述,我们称之为:该硬件的操作接口 */ struct hw_device_t{ uint32_t tag; // 必须赋值为HARDWARE_DEVICE_TAG uint32_t version; // 版本号 struct hw_module_t* module; // 该设备操作属于哪个硬件对象,可以看成硬件操作接口与硬件对象的联系 uint32_t reserved[12]; // 字节补齐 int (*close)(struct hw_device_t* device); // 该设备的关闭函数指针,可以看做硬件的close方法 };
上述三个结构之间关系紧密,每个硬件对象由一个hw_module_t来描述,只要我们拿到了这个硬件对象,就可以调用它的open方法,返回这个硬件对象的硬件操作接口,然后就可以通过这些硬件操作接口来间接操作硬件了。只不过,open方法被struct hw_module_methods_t结构封装了一次,硬件操作接口被hw_device_t封装了一次而已。
那用户程序如何才能拿到硬件对象呢?
答案是通过硬件id名来拿。
我们来看下321架构里的:两个符号常量和一个函数:// 这个就是HAL Stub对象固定的名字 #define HAL_MODULE_INFO_SYM HMI // 这是字符串形式的名字 #define HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR "HMI" //这个函数是通过硬件名来获得硬件HAL Stub对象 int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module);
当用户调用hw_get_module函数时,第一个参数传硬件id名,那么这个函数会从当前系统注册的硬件对象里查找传递过来的id名对应的硬件对象,然后返回之。
从调用者的角度,我们基本上没有什么障碍了,那如何注册一个硬件对象呢?
很简单,只需要声明一个结构体即可,看下面这个Led Stub注册的例子:const struct led_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = { common: { // 初始化父结构hw_module_t成员 tag: HARDWARE_MODULE_TAG, version_major: 1, version_minor: 0, id: LED_HARDWARE_MODULE_ID, name: "led HAL Stub", author: "farsight", methods: &led_module_methods, }, // 扩展属性放在这儿 };
对,就这么简单,我们只需要声明一个结构体led_moduel_t,起名叫HAL_MODULE_INFO_SYM,也就是固定的名字:HMI,然后将这个结构体填充好就行了。led_module_t又是什么结构体类型啊?前面分析hw_modult_t类型时说过,我们可以“继承”hw_module_t类型,创建自己的硬件对象,然后自己再扩展特有属性,这里的led_module_t就是“继承”的hw_module_t类型。注意,继承加上了双引号,因为在C语言里没有继承这个概念:
struct led_module_t { struct hw_module_t common; };结构体led_module_t封装了hw_module_t结构体,也就是说led_module_t这个新(子)结构体包含了旧(父)结构体,在新结构体里可以再扩展一些新的成员。结构体本身就具有封装特性,这不就是面向对象的封装和继承吗!为了显得专业点,我们用UML描述一下:
在上面的类图里,把hw_module_methods_t里封装的open函数指针指针写成open方法。
该open方法既:methods,自然也被子结构体给“继承”下来,我们将它初始化为led_module_methods的地址,该结构是hw_module_methods_t类型的,其声明代码如下:static struct hw_module_methods_t led_module_methods = { open: led_device_open };
简洁,我喜欢!!,它里面仅有的open成员是个函数指针,它被指向led_device_open函数:
static int led_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name, struct hw_device_t** device) { struct led_device_t *led_device; LOGI("%s E ", __func__); led_device = (struct led_device_t *)malloc(sizeof(*led_device)); memset(led_device, 0, sizeof(*led_device)); // init hw_module_t led_device->common.tag= HARDWARE_DEVICE_TAG; led_device->common.version = 0; led_device->common.module= module; led_device->common.close = led_device_close; // init operation interface led_device->set_on= led_set_on; led_device->set_off= led_set_off; led_device->get_led_count = led_getcount; *device= (struct hw_device_t *)led_device; if((fd=open("/dev/leds",O_RDWR))==-1) { LOGI("open error"); return -1; }else LOGI("open ok\n"); return 0; }
led_device_open函数的功能:
Ø 分配硬件设备操作结构体led_device_t,该结构体描述硬件操作行为
Ø 初始化led_device_t的父结构体hw_device_t成员
Ø 初始化led_device_t中扩展的操作接口
Ø 打开设备,将led_device_t结构体以父结构体类型返回(面向对象里的多态)
hw_module_t与hw_module_methods_t及硬件open函数的关系如下:
我们来看下led_device_t和其父结构体hw_device_t的关系:
struct led_device_t { struct hw_device_t common; // led_devict_t的父结构,它里面只封装了close方法 // 下面三个函数指针是子结构led_device_t对父结构hw_device_t的扩展,可以理解为子类扩展了父类增加了三个方法 int (*getcount_led)(struct led_device_t *dev); int (*set_on)(struct led_device_t *dev); int (*set_off)(struct led_device_t *dev); };
由类图可知,led_device_t扩展了三个接口:seton(), setoff(),get_led_count()。
那么剩下的工作就是实现子结构中新扩展的三个接口了:static int led_getcount(struct led_control_device_t*dev) { LOGI("led_getcount"); return 4; } static int led_set_on(struct led_control_device_t *dev) { LOGI("led_set_on"); ioctl(fd,GPG3DAT2_ON,NULL); return 0; } static int led_set_off(struct led_control_device_t*dev) { LOGI("led_set_off"); ioctl(fd,GPG3DAT2_OFF,NULL); return 0; }
这三个接口函数直接和底层驱动打交道去控制硬件,具体驱动部分我们不去讲,那是另外一个体系了。
总结一下:
我们有一个硬件id名,通过这个id调用hw_get_module(char*id, struct hw_module_t **module),这个函数查找注册在当前系统中与id对应的硬件对象并返回之,硬件对象里有个通过hw_module_methods_t结构封装的open函数指针,回调这个open函数,它返回封装有硬件操作接口的led_device_t结构体,这样我们可以通过这个硬件接口去间接的访问硬件了。
在这个过程中hw_get_module返回的是子结构体类型led_module_t,虽然函数的第二个参数类型为hw_module_t的父类型,这里用到了面向对象里的多态的概念。
下面还有一个问题我们没有解决,为什么我们声明了一个名字为HMI结构体后,它就注册到了系统里?hw_get_module函数怎么找到并返回led_module_t描述的硬件对象的?
杀鸡取卵找HAL Stub
如果要知道为什么通过声明结构体就将HALStub注册到系统中,最好的方法是先知道怎么样通过hw_get_module_t来找到注册的硬件对象。
我们分析下hw_get_module函数的实现:
@hardware/libhardware/hardware.c
static const char *variant_keys[] = { “ro.hardware”, “ro.product.board”, “ro.board.platform”, “ro.arch” }; // 由上面定义的字符串数组可知,HAL_VARIANT_KEYS_COUNT的值为4 struct constint HAL_VARIANT_KEYS_COUNT = (sizeof(variant_keys)/sizeof(variant_keys[0])); int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module){ // 调用3个参数的hw_get_module_by_class函数 return hw_get_module_by_class(id, NULL, module); } int hw_get_module_by_class(const char *class_id, const char *inst, const struct hw_module_t **module){ int status; int i; // 声明一个hw_module_t指针变量hmi const struct hw_module_t *hmi = NULL; char prop[PATH_MAX}; char path[PATH_MAX]; char name[PATH_MAX]; // 由前面调用函数可知,inst = NULL,执行else部分,将硬件id名拷贝到name数组里 if(inst) snprintf(name, PATH_MAX, “%s.%s”, class_id, inst); else strlcpy(name, class_id, PATH_MAX); // i 循环5次 for(i=0; i<HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1; i++){ if(i<HAL_VARIANT_KEYS_COUNT){ // 从系统属性里依次查找前面定义的4个属性的值,找其中一个后,执行后面代码,找不到,进入else部分执行 if(property_get(variant_keys[i], prop, NULL) == 0){ continue; } // 找到一个属性值prop后,拼写path的值为:/vendor/lib/hw/硬件id名.prop.so snprintf(path, sizeof(path), “%s/%s.%s.so”, HAL_LIBRARY_PATH2, name, prop); if(access(path, R_OK) ==0) break; // 如果path指向有效的库文件,退出for循环 // 如果vendor/lib/hw目录下没有库文件,查找/system/lib/hw目录下有没有:硬件id名.prop.so的库文件 snprintf(path, sizeof(path), “%s/%s.%s.so”, HAL_LIBRARY_PATH1, name, prop); If(access(path, R_OK) == 0) break; } else { // 如果4个系统属性都没有定义,则使用默认的库名:/system/lib/hw/硬件id名.default.so snprintf(path, sizeof(path), “%s/%s.default.so”, HAL_LIBRARY_PATH1, name); If(access(path, R_OK) == 0) break; } } status = -ENOENT; if(i<HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1){ status = load(class_id, path, module); // 难道是要加载前面查找到的so库?? } return status; } static int load(const char *id, counst char *path, const struct hw_module_t **pHmi){ void *handle; struct hw_module_t * hmi; // 通过dlopen打开so库 handle = dlopen(path, RTLD_NOW); // sym的值为”HMI”,这个名字还有印象吗? const char * sym = HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR; // 通过dlsym从打开的库里查找”HMI”这个符号,如果在so代码里有定义的函数名或变量名为HMI,dlsym返回其地址hmi,将该地址转化成hw_module_t类型,即,硬件对象,这招够狠,“杀鸡取卵” hmi = (struct hw_module_t *)dlsym(handle, sym); // 判断找到的硬件对象的id是否和要查找的id名一致,不一致出错退出 // 取了卵还要验证下是不是自己要的“卵” if(strcmp(id, hmi->) != 0){ // 出错退出处理 } // 将库的句柄保存到hmi硬件对象的dso成员里 hmi->dso = handle; // 将硬件对象地址送给load函数者,最终将硬件对象返回到了hw_get_module的调用者 *pHmi = hmi; // 成功返回 }
通过上面代码的注释分析可知,硬件对象声明的结构体代码被编译成了so库,由于该结构体声明为const类型,被so库包含在其静态代码段里,要找到硬件对象,首先要找到其对应的so库,再通过dlopen,dlsym这种“杀鸡取卵”的方式找到硬件对象,当然这儿的:“鸡”是指:so库,“卵”既:硬件对象led_module_t结构。
在声明结构体led_module_t时,其名字统一定义为了HMI,而这么做的目的就是为了通过dlsym来查找led HAL Stub源码生成的so库里的”HMI”符号。现在很明显了,我们写的HAL Stub代码最终要编译so库文件,并且库文件名为:led.default.so(当然可以设置四个系统属性之一来指定名字为:led.属性值.so),并且库的所在目录为:/system/lib/hw/。
现在底层的实现部分基本上吃透了,现在我们把目光放到调用者上,根据本章开头介绍可知,上层调用本地代码要使用JNI技术,我们先来恶补下JNI的知识吧。