Android HAL 开发 (1)

最近开始看Android的HAL开发方面的东东，发现现在国内研究这个的并不多，来自台湾的Jollen可能是走在Android HAL研究的最前沿，这也和他以前专注做嵌入式linux（openmoko）的工作经历有关，毕竟Android的application开发是基于Java的，而之前Jollen做的更多的还是C/C++开发，因此选择从HAL作为进入Android的shortcut还是很明智的，我以前也主要是做linux kernel以及基于C/C++的app开发，现在转作Android，发现它的HAL比较有意思，也是可以研究的一个很好的方向。

由于自己并没有参加Jollen的HAL整合培训，不过手头有这个培训的材料，以及从 http://code.google.com/p/mokoid/ 下载了mokoid 工程的代码，花了一段时间研究了Android的HAL，也有一些心得，下面总结一下：

首先，Android的HAL是为了一些硬件提供商提出的“保护proprietary”的驱动程序而产生的东东，简而言之，就是为了避开linux kernel的GPL license的束缚。Android把控制硬件的动作都放到了user space中，而再kernel driver里面只有最简单的读写寄存器的操作，而完全去掉了各种功能性的操作（比如控制逻辑等），这些能够体现硬件特性的操作都放到了Android的HAL层，而Android是基于Aparch的license，因此硬件厂商可以只提供二进制代码，所以说Android只是一个开放的平台，并不是一个开源的平台。

然后，Android的HAL的实现需要通过JNI(Java Native Interface)，JNI简单来说就是java程序可以调用C/C++写的动态链接库，这样的话，HAL可以使用C/C++语言编写，效率更高。而Android的app可以直接调用.so，也可以通过app->app_manager->service(java)->service(jni)->HAL来调用。第二种方法看上去很复杂，但是更加符合android的框架结构。我这里也着重介绍第二种方法。基本的框架如下所示： 

 

Mokiod工程代码树如下所示：

.
|-- apps  -- 测试应用程序
|   |-- LedClient -- 直接调用service控制硬件
|   |   |-- AndroidManifest.xml
|   |   `-- src
|   |       `-- com
|   |           `-- mokoid
|   |               `-- LedClient
|   |                   `-- LedClient.java
|   `-- LedTest -- 通过manager来控制硬件
|       |-- AndroidManifest.xml
|       `-- src
|           `-- com
|               `-- mokoid
|                   `-- LedTest
|                       |-- LedSystemServer.java
|                       `-- LedTest.java
|-- frameworks -- 框架代码
|   `-- base
|       |-- core
|       |   `-- java
|       |       `-- mokoid
|       |           `-- hardware
|       |               |-- ILedService.aidl -- Android Interface Definition Language 代码，提供LedService的接口
|       |               `-- LedManager.java -- LedManager实现代码
|       `-- service
|           |-- com.mokoid.server.xml
|           |-- java
|           |   `-- com
|           |       `-- mokoid
|           |           `-- server
|           |               `-- LedService.java -- LedService的java实现代码
|           `-- jni
|               `-- com_mokoid_server_LedService.cpp -- LedService的jni实现代码
|-- hardware
   `-- modules
       |-- include
       |   `-- mokoid
       |       `-- led.h
       `-- led
           `-- led.c -- led实际控制硬件的代码

介绍Android的HAL的时候，我打算从底层往上层介绍。

1. Kernel Driver

    这里的kernel driver相对于linux真正的driver形式上是一样的，也提供open，read，write，ioctl，mmap等接口，但是，一般来说，只通过这些代码，你并不能了解到硬件的特性，比如write接口，就可以只作成往寄存器写操作，至于如何写，为什么要写，这些工作都会再HAL层进行，而一般用户是看不到这些代码的。这也是为什么linux mainstream把android的kernel踢出去的原因，因为这些driver根本无法用在其他的linux平台上。

2. HAL层

    这一层就位于kernel之上的user space了，一般来说这里需要涉及的是两个结构体：hw_module_t和hw_device_t， 第一个结构体是当这个hardware stub被load的时候(hw_get_module())提供的初始化操作，比如提供stub的open(module->methods->open())操作，而第二个结构体是提供该硬件stub具有的操作硬件的接口，再jollen的mokoid工程里，主要提供打开和关闭led的操作，相关的代码如下：

led.h

struct led_module_t {
   struct hw_module_t common;
};

struct led_control_device_t {
   struct hw_device_t common;

   /* attributes */
   int fd;

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

 led.c

/* 打开led操作 */
int led_on(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
{
    LOGI("LED Stub: set %d on.", led);
    return 0;
}
/* 关闭led操作 */
int led_off(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
{
    LOGI("LED Stub: set %d off.", led);
    return 0;
}
/* 打开led硬件时候的操作 */
static int led_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name,
        struct hw_device_t** device)
{
    struct led_control_device_t *dev;

    dev = (struct led_control_device_t *)malloc(sizeof(*dev));
    memset(dev, 0, sizeof(*dev));
 ...
  /* 提供给service可用的硬件操作接口 */
    dev->set_on = led_on;
    dev->set_off = led_off;
    *device = &dev->common;
success:
    return 0;
}

static struct hw_module_methods_t led_module_methods = {
    open: led_device_open
};

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 Mokoid Open Source Project",
        methods: &led_module_methods,
    }
    /* supporting APIs go here */
};

以上代码最后会被编译成动态链接库，比如libled.so放到/system/libs/hw/, 当service调用hw_get_module(hardware/libhardware/hardware.c)时候，会在/system/libs/hw/里面寻找对应的动态链接库，然后提供给service对应的操作接口。