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Software：系統源碼Android5.1
前沿：
在全新的Camera API2架構下，常常會有人疑問再也看不到熟悉的SetParameter/Paramters等相關的身影，取而代之的是一種全新的CameraMetadata結構的出現，他不僅很早就出現在Camera API1/API2結構下的Camera2Device、Camera3Device中用於和HAL3的數據交互，而現在在API2的驅使下都取代了Parameter，實現了Java到native到hal3的參數傳遞。那麼現在假如需要在APP中設置某一項控制參數，對於Camera API2而言，涉及到對Sensor相關參數的set/control時又需要做哪些工作呢？
1. camera_metadata類整體佈局結構
主要涉及到的源文件包括camera_metadata_tags.h，camera_metadata_tag_info.c，CameraMetadata.cpp，camera_metadata.c。對於每個Metadata數據，其通過不同業務控制需求，將整個camera工作需要的參數劃分成多個不同的Section，其中在camera_metadata_tag_info.c表定義了所有Camera需要使用到的Section段的Name：
const char *camera_metadata_section_names[ANDROID_SECTION_COUNT] = {
[ANDROID_COLOR_CORRECTION] = "android.colorCorrection",
[ANDROID_CONTROL] = "android.control",
[ANDROID_DEMOSAIC] = "android.demosaic",
[ANDROID_EDGE] = "android.edge",
[ANDROID_FLASH] = "android.flash",
[ANDROID_FLASH_INFO] = "android.flash.info",
[ANDROID_GEOMETRIC] = "android.geometric",
[ANDROID_HOT_PIXEL] = "android.hotPixel",
[ANDROID_HOT_PIXEL_INFO] = "android.hotPixel.info",
[ANDROID_JPEG] = "android.jpeg",
[ANDROID_LENS] = "android.lens",
[ANDROID_LENS_INFO] = "android.lens.info",
[ANDROID_NOISE_REDUCTION] = "android.noiseReduction",
[ANDROID_QUIRKS] = "android.quirks",
[ANDROID_REQUEST] = "android.request",
[ANDROID_SCALER] = "android.scaler",
[ANDROID_SENSOR] = "android.sensor",
[ANDROID_SENSOR_INFO] = "android.sensor.info",
[ANDROID_SHADING] = "android.shading",
[ANDROID_STATISTICS] = "android.statistics",
[ANDROID_STATISTICS_INFO] = "android.statistics.info",
[ANDROID_TONEMAP] = "android.tonemap",
[ANDROID_LED] = "android.led",
[ANDROID_INFO] = "android.info",
[ANDROID_BLACK_LEVEL] = "android.blackLevel",
};
對於每個Section端而言，其都佔據一個索引區域section_bounds，比如ANDROID_CONTROL Section他所代表的control區域是從ANDROID_CONTROL_START到ANDROID_CONTROL_END之間，且每個Section所擁有的Index範圍理論最大可到(1 << 16)大小，完全可以滿足統一Section下不同的控制參數的維護。
以ANDROID_CONTROL爲列，他的Section index = 1，即對應的section index區間可到（1<<16，2<<16)，但一般以實際section中維護的tag的數量來結束，即ANDROID_CONTROL_END決定最終的section index區間。對於每一個section，其下具備不同數量的tag，這個tag是一個指定section下的index值，通過該值來維護一個tag所在的數據區域，此外每個tag都有相應的string name，在camera_metadata_tag_info.c通過struct tag_info_t來維護一個tag的相關屬性：
typedef struct tag_info {
const char *tag_name;
uint8_t tag_type;
} tag_info_t;
enum {
// Unsigned 8-bit integer (uint8_t)
TYPE_BYTE = 0,
// Signed 32-bit integer (int32_t)
TYPE_INT32 = 1,
// 32-bit float (float)
TYPE_FLOAT = 2,
// Signed 64-bit integer (int64_t)
TYPE_INT64 = 3,
// 64-bit float (double)
TYPE_DOUBLE = 4,
// A 64-bit fraction (camera_metadata_rational_t)
TYPE_RATIONAL = 5,
// Number of type fields
NUM_TYPES
};下圖是對整個Camera Metadata對不同section以及相應section下不同tag的佈局圖，下圖以最常見的android.control Section爲例進行了描述：
2. CameraMetadata通過camera_metadata來維護數據信息
假設現在存在一個CameraMetadata對象，那麼他是如何將一個tag標記的參數維護起來的呢？
CameraMetadata::CameraMetadata(size_t entryCapacity, size_t dataCapacity) :
mLocked(false)
{
mBuffer = allocate_camera_metadata(entryCapacity, dataCapacity);
}camera_metadata_t *allocate_camera_metadata(size_t entry_capacity,
size_t data_capacity) {
if (entry_capacity == 0) return NULL;
size_t memory_needed = calculate_camera_metadata_size(entry_capacity,
data_capacity);
void *buffer = malloc(memory_needed);
return place_camera_metadata(buffer, memory_needed,
entry_capacity,
data_capacity);
}
struct camera_metadata {
size_t size;
uint32_t version;
uint32_t flags;
size_t entry_count;//當前實際的entry數目
size_t entry_capacity;//entry最大可以存儲的數目
uptrdiff_t entries_start; // Offset from camera_metadata
size_t data_count;//當前佔據的數據空間
size_t data_capacity;//最大可操作的數據容量
uptrdiff_t data_start; // Offset from camera_metadata，大容量數據存儲的起始地址
void *user; // User set pointer, not copied with buffer
uint8_t reserved[0];
};
對於每一個entry主要記錄他的所代表的TAG，以及這個TAG的需要存儲的數據類型，此外還需要記錄這個entry是否是需要一個union offset來表示他當前數據量過大時的數據存儲位置，
typedef struct camera_metadata_buffer_entry {
uint32_t tag;//表示當時這個entry代表的tag值，即上文提到的section中不同的tag index值
size_t count;
union {
size_t offset;
uint8_t value[4];
} data;//如果存儲的數據量不大於4則直接存儲。否則需要指點一個offset來表示便宜
uint8_t type;//維護的數據類型
uint8_t reserved[3];
} camera_metadata_buffer_entry_t;
3. update更新並建立參數
CameraMetadata支持不同類型的數據更新或者保存到camera_metadata_t中tag所在的entry當中去，以一個更新單字節的數據爲例，data_count指定了數據的個數，而tag指定了要更新的entry。
status_t CameraMetadata::update(uint32_t tag,
const uint8_t *data, size_t data_count) {
status_t res;
if (mLocked) {
ALOGE("%s: CameraMetadata is locked", __FUNCTION__);
return INVALID_OPERATION;
}
if ( (res = checkType(tag, TYPE_BYTE)) != OK) {
return res;
}
return updateImpl(tag, (const void*)data, data_count);
}
const char *get_camera_metadata_tag_name(uint32_t tag) {
uint32_t tag_section = tag >> 16;
if (tag_section >= VENDOR_SECTION && vendor_tag_ops != NULL) {
return vendor_tag_ops->get_tag_name(
vendor_tag_ops,
tag);
}
if (tag_section >= ANDROID_SECTION_COUNT ||
tag >= camera_metadata_section_bounds[tag_section][1] ) {
return NULL;
}
uint32_t tag_index = tag & 0xFFFF;//取tag在section中的index，低16位
return tag_info[tag_section][tag_index].tag_name;//定位section然後再說tag
}
int get_camera_metadata_tag_type(uint32_t tag) {
uint32_t tag_section = tag >> 16;
if (tag_section >= VENDOR_SECTION && vendor_tag_ops != NULL) {
return vendor_tag_ops->get_tag_type(
vendor_tag_ops,
tag);
}
if (tag_section >= ANDROID_SECTION_COUNT ||
tag >= camera_metadata_section_bounds[tag_section][1] ) {
return -1;
}
uint32_t tag_index = tag & 0xFFFF;
return tag_info[tag_section][tag_index].tag_type;
}updataImpl函數主要是講所有要寫入的數據進行update操作。
status_t CameraMetadata::updateImpl(uint32_t tag, const void *data,
size_t data_count) {
status_t res;
if (mLocked) {
ALOGE("%s: CameraMetadata is locked", __FUNCTION__);
return INVALID_OPERATION;
}
int type = get_camera_metadata_tag_type(tag);
if (type == -1) {
ALOGE("%s: Tag %d not found", __FUNCTION__, tag);
return BAD_VALUE;
}
size_t data_size = calculate_camera_metadata_entry_data_size(type,
data_count);
res = resizeIfNeeded(1, data_size);//新建camera_metadata_t
if (res == OK) {
camera_metadata_entry_t entry;
res = find_camera_metadata_entry(mBuffer, tag, &entry);
if (res == NAME_NOT_FOUND) {
res = add_camera_metadata_entry(mBuffer,
tag, data, data_count);//將當前新的tag以及數據加入到camera_metadata_t
} else if (res == OK) {
res = update_camera_metadata_entry(mBuffer,
entry.index, data, data_count, NULL);
}
}
if (res != OK) {
ALOGE("%s: Unable to update metadata entry %s.%s (%x): %s (%d)",
__FUNCTION__, get_camera_metadata_section_name(tag),
get_camera_metadata_tag_name(tag), tag, strerror(-res), res);
}
IF_ALOGV() {
ALOGE_IF(validate_camera_metadata_structure(mBuffer, /*size*/NULL) !=
OK,
"%s: Failed to validate metadata structure after update %p",
__FUNCTION__, mBuffer);
}
return res;
}
a.通過tag_type存儲的數據類型，由calculate_camera_metadata_entry_data_size計算要寫入的entry中的數據量。
b. resizeIfNeeded通過已有entry的數量等，增加entry_capacity，或者重建整個camera_metadata_t，爲後續增加數據創建內存空間基礎。
c. 通過find_camera_metadata_entry獲取一個entry的入口camera_metadata_entry_t，如果存在這個tag對應的entry，則將camera_metadata_buffer_entry_t的屬性信息轉爲camera_metadata_entry_t。
typedef struct camera_metadata_entry {
size_t index;//在當前的entry排序中，其所在的index值
uint32_t tag;
uint8_t type;
size_t count;
union {
uint8_t *u8;
int32_t *i32;
float *f;
int64_t *i64;
double *d;
camera_metadata_rational_t *r;
} data;//針對不同數據類型，u8表示數據存儲的入口地址，不大於4字節即爲value[4].
} camera_metadata_entry_t;
mPreviewBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE,
CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE);
mPreviewBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE,
CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);
session.setRepeatingRequest(mPreviewBuilder.build(), mSessionCaptureCallback, mHandler);4. Java層中CameraMetadata.java和CameraMetadataNative.java
下面以API2中java層中設置AF的工作模式爲例，來說明這個參數設置的過程：
mPreviewBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE,
CaptureRequest.CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE);
mPreviewBuilder.set(CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE,
CaptureRequest.CONTROL_AE_MODE_ON_AUTO_FLASH);
session.setRepeatingRequest(mPreviewBuilder.build(), mSessionCaptureCallback, mHandler);其中CONTROL_AF_MODE定義在CaptureRequest,java中如下以一個Key的形式存在：
public static final Key<Integer> CONTROL_AF_MODE =
new Key<Integer>("android.control.afMode", int.class); public Key(String name, Class<T> type) {
mKey = new CameraMetadataNative.Key<T>(name, type);
} public Key(String name, Class<T> type) {
if (name == null) {
throw new NullPointerException("Key needs a valid name");
} else if (type == null) {
throw new NullPointerException("Type needs to be non-null");
}
mName = name;
mType = type;
mTypeReference = TypeReference.createSpecializedTypeReference(type);
mHash = mName.hashCode() ^ mTypeReference.hashCode();
} public static final int CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE = 4;
a. mPreviewBuilder是CaptureRequest.java的build類，其會構建一個CaptureRequest
public Builder(CameraMetadataNative template) {
mRequest = new CaptureRequest(template);
} private CaptureRequest() {
mSettings = new CameraMetadataNative();
mSurfaceSet = new HashSet<Surface>();
} public CameraMetadataNative() {
super();
mMetadataPtr = nativeAllocate();
if (mMetadataPtr == 0) {
throw new OutOfMemoryError("Failed to allocate native CameraMetadata");
}
} public <T> void set(Key<T> key, T value) {
mRequest.mSettings.set(key, value);
} public <T> void set(CaptureRequest.Key<T> key, T value) {
set(key.getNativeKey(), value);
}
public CameraMetadataNative.Key<T> getNativeKey() {
return mKey;
} public <T> void set(Key<T> key, T value) {
SetCommand s = sSetCommandMap.get(key);
if (s != null) {
s.setValue(this, value);
return;
}
setBase(key, value);
}
private <T> void setBase(Key<T> key, T value) {
int tag = key.getTag();
if (value == null) {
// Erase the entry
writeValues(tag, /*src*/null);
return;
} // else update the entry to a new value
Marshaler<T> marshaler = getMarshalerForKey(key);
int size = marshaler.calculateMarshalSize(value);
// TODO: Optimization. Cache the byte[] and reuse if the size is big enough.
byte[] values = new byte[size];
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(values).order(ByteOrder.nativeOrder());
marshaler.marshal(value, buffer);
writeValues(tag, values);
}首先來看key.getTag()函數的實現，他是將這個key交由Native層後轉爲一個真正的在Java層中的tag值：
public final int getTag() {
if (!mHasTag) {
mTag = CameraMetadataNative.getTag(mName);
mHasTag = true;
}
return mTag;
}
public static int getTag(String key) {
return nativeGetTagFromKey(key);
} public void writeValues(int tag, byte[] src) {
nativeWriteValues(tag, src);
}相關native層的實現在下一小節說明。
5. Native層的CameraMetadata結構完成camera參數的傳遞
在描述萬了CameraMetadata數據的相關操作之後，可明確的一點是SECTION下的TAG是操作他的核心所在。
這裏先說明一個在API1 Camera2Client 參數傳遞的過程，他採用的邏輯是還是在Java層預留了setParameters接口，只是當Parameter在設置時比起CameraClient而言，他是將這個Parameter根據不同的TAG形式直接綁定到CameraMetadata mPreviewRequest/mRecordRequest/mCaptureRequest中，這些數據會由Capture_Request轉爲camera3_capture_request中的camera_metadata_t settings完成參數從Java到native到HAL3的傳遞。
但是在Camera API2下，不再需要那麼複雜的轉換過程，在Java層中直接對參數進行設置並將其封裝到Capture_Request即可，即參數控制由Java層來完成。這也體現了API2中Request和Result在APP中就大量存在的原因。對此爲了和Framework Native層相關TAG數據的統一，在Java層中大量出現的參數設置是通過Section Tag的name來交由Native完成轉換生成在Java層的TAG。
對於第三小節中提到的native層的實現，其對應的實現函數位於android_hardware_camera2_CameraMetadata.c中，如CameraMetadata_getTagFromKey是實現將一個Java層的string轉爲一個tag的值，他的主要原理如下：根據傳入的key string值本質是由一個字符串組成的如上文中提到的android.control.mode。對比最初不同的Section name就可以發現前面兩個x.y的字符串就是代表是Section name.而後面mode即是在該section下的tag數值，所以通過對這個string的分析可知，就可以定位他的section以及tag值。這樣返回到Java層的就是key相應的tag值了。
如果要寫數據，那麼在native同樣需要一個CameraMetadata對象，這裏是在Java構造CameraMetadataNative時實現的，調用的native接口是nativeAllocate()：
static jlong CameraMetadata_allocate(JNIEnv *env, jobject thiz) {
ALOGV("%s", __FUNCTION__);
return reinterpret_cast<jlong>(new CameraMetadata());
}