Ubuntu为Android硬件抽象层（HAL）模块编写JNI方法提供Java访问硬件服务接口

在上两篇文章中，我们介绍了如何为Android系统的硬件编写驱动程序，包括如何在Linux内核空间实现内核驱动程序和在用户空间实现硬件抽象层接口。实现这两者的目的是为了向更上一层提供硬件访问接口，即为Android的Application Frameworks层提供硬件服务。我们知道，Android系统的应用程序是用Java语言编写的，而硬件驱动程序是用C语言来实现的，那么，Java接口如何去访问C接口呢？众所周知，Java提供了JNI方法调用，同样，在Android系统中，Java应用程序通过JNI来调用硬件抽象层接口。在这一篇文章中，我们将介绍如何为Android硬件抽象层接口编写JNI方法，以便使得上层的Java应用程序能够使用下层提供的硬件服务。

      一. 参照在Ubuntu上为Android增加硬件抽象层（HAL）模块访问Linux内核驱动程序一文，准备好硬件抽象层模块，确保Android系统镜像文件system.img已经包含hello.default模块。

      二. 进入到frameworks/base/services/jni目录，新建com_android_server_HelloService.cpp文件：

      USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ cd frameworks/base/services/jni

      USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/frameworks/base/services/jni$ vi com_android_server_HelloService.cpp

      在com_android_server_HelloService.cpp文件中，实现JNI方法。注意文件的命令方法，com_android_server前缀表示的是包名，表示硬件服务HelloService是放在frameworks/base/services/java目录下的com/android/server目录的，即存在一个命令为com.android.server.HelloService的类。这里，我们暂时略去HelloService类的描述，在下一篇文章中，我们将回到HelloService类来。简单地说，HelloService是一个提供Java接口的硬件访问服务类。

      首先是包含相应的头文件：

#define LOG_TAG "HelloService"
#include "jni.h"
#include "JNIHelp.h"
#include "android_runtime/AndroidRuntime.h"
#include <utils/misc.h>
#include <utils/Log.h>
#include <hardware/hardware.h>
#include <hardware/hello.h>
#include <stdio.h>

#define LOG_TAG "HelloService"
#include "jni.h"
#include "JNIHelp.h"
#include "android_runtime/AndroidRuntime.h"
#include <utils/misc.h>
#include <utils/Log.h>
#include <hardware/hardware.h>
#include <hardware/hello.h>
#include <stdio.h>

      接着定义hello_init、hello_getVal和hello_setVal三个JNI方法：

namespace android
{
    /*在硬件抽象层中定义的硬件访问结构体，参考<hardware/hello.h>*/
        struct hello_device_t* hello_device = NULL;
    /*通过硬件抽象层定义的硬件访问接口设置硬件寄存器val的值*/
        static void hello_setVal(JNIEnv* env, jobject clazz, jint value) {
        int val = value;
        LOGI("Hello JNI: set value %d to device.", val);
        if(!hello_device) {
            LOGI("Hello JNI: device is not open.");
            return;
        }

        hello_device->set_val(hello_device, val);
    }
        /*通过硬件抽象层定义的硬件访问接口读取硬件寄存器val的值*/
    static jint hello_getVal(JNIEnv* env, jobject clazz) {
        int val = 0;
        if(!hello_device) {
            LOGI("Hello JNI: device is not open.");
            return val;
        }
        hello_device->get_val(hello_device, &val);

        LOGI("Hello JNI: get value %d from device.", val);

        return val;
    }
        /*通过硬件抽象层定义的硬件模块打开接口打开硬件设备*/
    static inline int hello_device_open(const hw_module_t* module, struct hello_device_t** device) {
        return module->methods->open(module, HELLO_HARDWARE_MODULE_ID, (struct hw_device_t**)device);
    }
        /*通过硬件模块ID来加载指定的硬件抽象层模块并打开硬件*/
    static jboolean hello_init(JNIEnv* env, jclass clazz) {
        hello_module_t* module;

        LOGI("Hello JNI: initializing......");
        if(hw_get_module(HELLO_HARDWARE_MODULE_ID, (const struct hw_module_t**)&module) == 0) {
            LOGI("Hello JNI: hello Stub found.");
            if(hello_device_open(&(module->common), &hello_device) == 0) {
                LOGI("Hello JNI: hello device is open.");
                return 0;
            }
            LOGE("Hello JNI: failed to open hello device.");
            return -1;
        }
        LOGE("Hello JNI: failed to get hello stub module.");
        return -1;
    }
        /*JNI方法表*/
    static const JNINativeMethod method_table[] = {
        {"init_native", "()Z", (void*)hello_init},
        {"setVal_native", "(I)V", (void*)hello_setVal},
        {"getVal_native", "()I", (void*)hello_getVal},
    };
        /*注册JNI方法*/
    int register_android_server_HelloService(JNIEnv *env) {
            return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/HelloService", method_table, NELEM(method_table));
    }
};

namespace android
{
	/*在硬件抽象层中定义的硬件访问结构体，参考<hardware/hello.h>*/
        struct hello_device_t* hello_device = NULL;
	/*通过硬件抽象层定义的硬件访问接口设置硬件寄存器val的值*/
        static void hello_setVal(JNIEnv* env, jobject clazz, jint value) {
		int val = value;
		LOGI("Hello JNI: set value %d to device.", val);
		if(!hello_device) {
			LOGI("Hello JNI: device is not open.");
			return;
		}
		
		hello_device->set_val(hello_device, val);
	}
        /*通过硬件抽象层定义的硬件访问接口读取硬件寄存器val的值*/
	static jint hello_getVal(JNIEnv* env, jobject clazz) {
		int val = 0;
		if(!hello_device) {
			LOGI("Hello JNI: device is not open.");
			return val;
		}
		hello_device->get_val(hello_device, &val);
		
		LOGI("Hello JNI: get value %d from device.", val);
	
		return val;
	}
        /*通过硬件抽象层定义的硬件模块打开接口打开硬件设备*/
	static inline int hello_device_open(const hw_module_t* module, struct hello_device_t** device) {
		return module->methods->open(module, HELLO_HARDWARE_MODULE_ID, (struct hw_device_t**)device);
	}
        /*通过硬件模块ID来加载指定的硬件抽象层模块并打开硬件*/
	static jboolean hello_init(JNIEnv* env, jclass clazz) {
		hello_module_t* module;
		
		LOGI("Hello JNI: initializing......");
		if(hw_get_module(HELLO_HARDWARE_MODULE_ID, (const struct hw_module_t**)&module) == 0) {
			LOGI("Hello JNI: hello Stub found.");
			if(hello_device_open(&(module->common), &hello_device) == 0) {
				LOGI("Hello JNI: hello device is open.");
				return 0;
			}
			LOGE("Hello JNI: failed to open hello device.");
			return -1;
		}
		LOGE("Hello JNI: failed to get hello stub module.");
		return -1;		
	}
        /*JNI方法表*/
	static const JNINativeMethod method_table[] = {
		{"init_native", "()Z", (void*)hello_init},
		{"setVal_native", "(I)V", (void*)hello_setVal},
		{"getVal_native", "()I", (void*)hello_getVal},
	};
        /*注册JNI方法*/
	int register_android_server_HelloService(JNIEnv *env) {
    		return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/HelloService", method_table, NELEM(method_table));
	}
};

      注意，在hello_init函数中，通过Android硬件抽象层提供的hw_get_module方法来加载模块ID为HELLO_HARDWARE_MODULE_ID的硬件抽象层模块，其中，HELLO_HARDWARE_MODULE_ID是在<hardware/hello.h>中定义的。Android硬件抽象层会根据HELLO_HARDWARE_MODULE_ID的值在Android系统的/system/lib/hw目录中找到相应的模块，然后加载起来，并且返回hw_module_t接口给调用者使用。在jniRegisterNativeMethods函数中，第二个参数的值必须对应HelloService所在的包的路径，即com.android.server.HelloService。

      三. 修改同目录下的onload.cpp文件，首先在namespace android增加register_android_server_HelloService函数声明：

      namespace android {

      ..............................................................................................

      int register_android_server_HelloService(JNIEnv *env);

      };

      在JNI_onLoad增加register_android_server_HelloService函数调用：

      extern "C" jint JNI_onLoad(JavaVM* vm, void* reserved)

      {

       .................................................................................................

       register_android_server_HelloService(env);

       .................................................................................................

      }

      这样，在Android系统初始化时，就会自动加载该JNI方法调用表。

      四. 修改同目录下的Android.mk文件，在LOCAL_SRC_FILES变量中增加一行：

      LOCAL_SRC_FILES:= \

      com_android_server_AlarmManagerService.cpp \

      com_android_server_BatteryService.cpp \

      com_android_server_InputManager.cpp \

      com_android_server_LightsService.cpp \

      com_android_server_PowerManagerService.cpp \

      com_android_server_SystemServer.cpp \

      com_android_server_UsbService.cpp \

      com_android_server_VibratorService.cpp \

      com_android_server_location_GpsLocationProvider.cpp \

       com_android_server_HelloService.cpp /

      onload.cpp

      五. 编译和重新找亿system.img：

       USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ mmm frameworks/base/services/jni

      USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ make snod

      这样，重新打包的system.img镜像文件就包含我们刚才编写的JNI方法了，也就是我们可以通过Android系统的Application Frameworks层提供的硬件服务HelloService来调用这些JNI方法，进而调用低层的硬件抽象层接口去访问硬件了。前面提到，在这篇文章中，我们暂时忽略了HelloService类的实现，在下一篇文章中，我们将描述如何实现硬件服务HelloService，敬请关注