本文在借鑑網友的資料後再重新梳理了一遍，都是站在前人的基礎、巨人的肩膀上再次總結分析出來的，僅供大家參考！
本文主要描述了在Android 6.0系統、MTK6755平臺上sensor相關軟硬件的體系架構的分析理解。
一、系統架構（Architecture）
1.1 Android體系架構圖
圖1.1
圖1.1是Android系統的典型五層體系架構圖，分別爲Applications、Framework、Native、HAL和Kernel五大層次。我們接下來分析的sensor子系統也基本按照這五個層次分別進行分析。
1.2 Sensor子系統架構圖
圖1.2
1、黃色部分表示硬件，它要掛在I2C總線上（目前大部分sensor基本都通過I2C進行通信和控制）。
2、紅色部分表示驅動，驅動中會申請Input設備，註冊到Kernel的Input Subsystem上，然後通過Event Device把Sensor數據傳到HAL層，準確說是HAL從Event讀。
在MTK6755平臺中，這裏的驅動driver實際上分成了兩層，一層爲虛擬邏輯Hub層，用來管理兼容不同類型的所有的sensor，如有可能有兩家廠商的不同g-sensor，則可以通過這個虛擬邏輯出來的Hub進行統一管理；另一層爲每款具體sensor的真正驅動，通過註冊掛載到Hub中。如圖1.3：
圖1.3
從圖1.3可以看出，MTK平臺對虛擬邏輯Hub層使用了兩種實現方式，一種是以前平臺一直使用的hwmsen虛擬邏輯Hub，由它統一管理所有類型所有廠商的sensor，目前我司沒有使用這種方式，因此在後面就不對它進行分析了；另一種是分別爲每一種類型的sensor實現了一個虛擬邏輯Hub，如accel負責管理所有G-sensor。
3、圖1.2綠色部分表示動態庫，它封裝了整個Sensor的IPC機制，如SensorManager是客戶端，SensorService是服務端，而HAL部分是封裝了服務端對Kernel的直接訪問。在MTK平臺的HAL層裏，也同樣爲對接下層的兩種虛擬邏輯Hub實現了不同的HAL層代碼。
4、藍色部分就是我們的Framework和Application了，JNI負責訪問Sensor的客戶端，而Application就是具體的應用程序，用來接收Sensor返回的數據，並處理實現對應的UI效果，如屏幕旋轉，打電話時滅屏，自動調節背光等。
二、應用（Applications）
2.1 傳感器介紹
Android 6.0 系統sensors.h文件中定義了26種傳感器類型，其中主要的8種傳感器類型分別是：加速度傳感器(accelerometer)、磁力傳感器(magnetic field)、方向傳感器(orientation)、陀螺儀(gyroscope)、環境光照傳感器(light)、壓力傳感器(pressure)、溫度傳感器(temperature)和距離傳感器(proximity)。其他的幾種傳感器基本都可以由上述的傳感器進行算法實現，如動作探測傳感器(significant motion)、步行探測傳感器(step
detector)、計步傳感器(step counter)、心率計傳感器(heart rate)等。
2.2 應用開發
Android定義的API接口給應用層提供了幾種方法，可以很容易讓你在運行時確定設備上有哪些sensor。API還提供了讓你確定每個sensor信息和功能的接口，比如sensor名字、類型、廠商、數據值的範圍、數據精度等。
Android開發者官網上給出的典型的應用開發代碼如下：
圖2.1
在構造函數中，獲取SystemSensorManager，並獲取到加速傳感器的Sensor；在onResume方法中調用SystemSensorManager.registerListener註冊監聽器；
Activity同時實現了SensorEventListener接口。當Sensor數據有改變的時候將會調用onSensorChanged方法。
圖2.2
三、框架（Framework）
3.1 Sensor總體調用關係圖
圖3.1
sensor框架分爲三個層次，客戶端、服務端、HAL層，服務端負責從HAL讀取數據，並將數據寫到管道中，客戶端通過管道讀取服務端數據。
客戶端主要類
SensorManager.java
從android4.1開始，把SensorManager定義爲一個抽象類，定義了一些主要的方法，該類主要是應用層直接使用的類，提供給應用層的接口
SystemSensorManager.java
繼承於SensorManager，客戶端消息處理的實體，應用程序通過獲取其實例，並註冊監聽接口，獲取sensor數據。
SensorEventListener接口
用於註冊監聽的接口
Looper
用申請註冊的線程Looper或系統初始化線程的Looper，來負責讀取sensor數據
android_hardware_SensorManager.cpp
負責與java層通信的JNI接口
SensorManager.cpp
sensor在Native層的客戶端，負責與服務端SensorService.cpp的通信
SenorEventQueue.cpp
消息隊列
服務端主要類
SensorService.cpp
服務端數據處理中心
SensorEventConnection
從BnSensorEventConnection繼承來，實現接口ISensorEventConnection的一些方法，ISensorEventConnection在SensorEventQueue會保存一個指針，指向調用服務接口創建的SensorEventConnection對象
BitTube.cpp
在這個類中創建了管道，用於服務端與客戶端讀寫數據
SensorDevice
負責與HAL讀取數據
HAL層
sensor.h是google爲Sensor定義的Hal接口，單獨提出去
3.2客戶端實現
調用時序圖
圖3.2
初始化SystemSensorManager
圖3.3
系統開機啓動的時候，會創建SystemSensorManager的實例，在其構造函數中，主要做了三件事情：
1、初始化Sensor列表：調用JNI函數nativeCreate，對sensor模塊進行初始化。創建了native層SensorManager的實例。
2、初始化JNI：調用JNI函數nativeClassInit()進行初始化
3、獲取Sensor列表：調用JNI函數nativeGetSensorAtIndex獲取sensor，並存在mFullSensorsList和mHandleToSensor列表中
實現註冊監聽器
圖3.4
當有應用程序調用registerListenerImpl()方法註冊監聽的時候，會用註冊線程的Looper或系統初始化線程的Looper來循環等待SensorEvent事件並讀取來自服務端的數據。
接着實例化內部類SensorEventQueue，通過調用JNI函數nativeBaseEventQueue()來創建消息隊列，JNI最終調用Native SensorManager來完成真正的創建消息隊列。
然後通過實例化的SensorEventQueue添加需監聽的sensor並對其使能和設置採樣事件等。
3.3 服務端實現
調用時序圖
圖3.5
啓動SensorService服務
在SystemServer進程中調用native 方法startSensorService()函數，通過JNI調用，在JNI函數中調用SensorService::instantiate()實例化SensorService對象。
SensorService初始化
SensorService創建完之後，將會調用SensorService::onFirstRef()方法，在該方法中完成初始化工作。
首先獲取SensorDevice實例，在其構造函數中，完成了對Sensor模塊HAL的初始化：
圖3.6
這裏主要做了三個工作：
1、調用HAL層的hw_get_modele()方法，加載Sensor模塊so文件
2、調用sensor.h的sensors_open_1()方法打開設備
3、調用sensors_poll_device_1_t->activate()對Sensor模塊使能
再看看SensorService::onFirstRef()方法：
圖3.7
在這個方法的前面部分中，主要做了3件事情：
1、創建SensorDevice實例
2、調用SensorDevice.getSensorList(),獲取Sensor模塊所有傳感器列表
3、爲每個傳感器註冊監聽器，Android還同時註冊實現了6個虛擬傳感器
圖3.8
注意！：如果O-sensor需要使用廠商自己的算法，需如上圖添加宏控制過濾，不然會默認使用Android自帶的算法計算O-sensor的值，這樣有可能會導致數據不準確。
在新的線程中讀取HAL層數據
SensorService實現了Thread類，當在onFirstRef中最後調用run方法，將在新的線程中調用SensorService::threadLoop()方法。在該方法while循環中一直poll讀取HAL層數據，再調用SensorEventConnection->sendEvents將數據寫到管道中。
3.4 客戶端與服務端通信
圖3.9
客戶端服務端線程
在圖中可以看到有兩個線程：
1、一個是服務端的一個線程，這個線程負責源源不斷的從HAL讀取數據。
2、另一個是客戶端的一個線程，客戶端線程負責從消息隊列中讀數據。
創建消息隊列
客戶端可以創建多個消息隊列，一個消息隊列對應有一個與服務器通信的連接接口
創建連接接口
服務端與客戶端溝通的橋樑，服務端讀取到HAL層數據後，會掃面有多少個與客戶端連接的接口，然後往每個接口的管道中寫數據
創建管道
每一個連接接口都有對應的一個管道。
那麼數據的形式是怎麼從HAL層傳到JAVA層的呢？
其實數據是以一個結構體sensors_event_t的形式從HAL層傳到JNI層。看HAL的結構體：
圖3.10
在JNI層有一個ASensorEvent結構體與sensors_event_t向對應，
圖3.11
經過前面的介紹，現在知道了客戶端實現的方式及服務端的實現，但是沒有具體講到它們是如何進行通信的，現在看看客戶端與服務端之間的通信。
主要涉及的是進程間通信，有IBind和管道通信。
客戶端通過IBind通信獲取到服務端的遠程調用，然後通過管道進行sensor數據的傳輸。
服務端
native層實現了sensor服務的核心實現，Sensor服務的主要流程的實現在sensorservice類中，下面重點分析下這個類的流程。
圖3.12
看看sensorService繼承的類：繼承BinderService<SensorService>這個模板類添加到系統服務,用於Ibinder進程間通信。
圖3.13
SensorService服務的實例是在JNI函數中調用SensorService::instantiate()創建的，即調用了上面的instantiate()方法，接着調用了publish().在該方法中，我們看到了new SensorService的實例，並且調用了defaultServiceManager::addService()將Sensor服務添加到了系統服務管理中，客戶端可以通過defaultServiceManager:getService()獲取到Sensor服務的實例。
繼承BnSensorServer這個是sensor服務抽象接口類提供給客戶端調用：
圖3.14
ISensorServer接口提供了兩個抽象方法給客戶端調用，關鍵在於createSensorEventConnection()方法，該在服務端被實現，在客戶端被調用，並返回一個SensorEventConnection的實例，創建連接，客戶端拿到SensorEventConnection實例之後，可以對sensor進行通信操作，僅僅作爲通信的接口而已，它並沒有用來傳送Sensor數據，因爲Sensor數據量比較大，IBind實現比較困難。真正實現Sensor數據傳送的是管道，在創建SensorEventConnection實例中，創建了BitTube對象，裏面創建了管道，用於客戶端與服務端的通信。
客戶端
客戶端主要在SensorManager.cpp中創建消息隊列
圖3.15
SensorEventQueue類作爲消息隊列，作用非常重要，在創建其實例的時候，傳入了SensorEventConnection的實例，SensorEventConnection繼承於ISensorEventConnection。
SensorEventConnection其實是客戶端調用SensorService的createSensorEventConnection()方法創建的，它是客戶端與服務端溝通的橋樑，通過這個橋樑，可以完成一下任務：
1. 獲取管道的句柄
2. 往管道讀寫數據
3. 通知服務端對Sensor使能
3.5 流程解析
交互調用時序圖
圖3.16
客戶端獲取SensorService服務實例
客戶端初始化的時候，即SystemSensorManager的構造函數中，通過JNI調用，創建native層SensorManager的實例，然後調用SensorManager::assertStateLocked()方法做一些初始化的動作。
圖3.17
前面我們講到過，SensorService的創建的時候調用了defaultServiceManager:getService()將服務添加到了系統服務管理中。
現在我們又調用defaultServiceManager::geService()獲取到SensorService服務的實例。
在通過IBind通信，就可以獲取到Sensor列表，所以在客戶端初始化的時候，做了兩件事情：
1. 獲取SensorService實例引用
2. 獲取Sensor傳感器列表
創建消息隊列
當客戶端第一次註冊監聽器的時候，就需要創建一個消息隊列，也就是說，android在目前的實現中，一個監聽器對應一個消息隊列，一個消息隊列中有一個管道，用於服務端與客戶端傳送Sensor數據。
在SensorManager.cpp中的createEventQueue方法創建消息隊列：
圖3.18
客戶端與服務端創建一個SensorEventConnection連接接口，而一個消息隊列中包含一個連接接口。
創建連接接口：
圖3.19
關鍵在於BitTube，在構造函數中創建了管道：
圖3.20
其中：sockets[0]就是對應的mReceiveFd,是管道的讀端，sensor數據的讀取端，對應的是客戶端進程訪問的。
sockets[1]就是對應mSendFd,是管道的寫端,sensor數據寫入端,是sensor的服務進程訪問的一端。
通過socketpair()創建管道,通過fcntl來設置操作管道的方式,設置通道兩端的操作方式爲O_NONBLOCK，非阻塞IO方式，read或write調用返回-1和EAGAIN錯誤。
總結下消息隊列
客戶端第一次註冊監聽器的時候，就需要創建一個消息隊列，客戶端通過Looper從消息隊列裏面讀取數據。
SensorEventQueue中有一個SensorEventConnection實例的引用，SensorEventConnection中有一個BitTube實例的引用。
使能Sensor
客戶端創建了連接接口SensorEventConnection後，可以調用其方法使能Sensor傳感器：
圖3.21
服務端往管道寫數據
前面介紹過，在SensorService中，創建了一個線程不斷從HAL層讀取Sensor數據，就是在threadLoop方法中。關鍵在於下面的一個for循環，其實是掃描有多少個客戶端連接接口，然後就往每個連接的管道中寫數據。
圖3.22
調用了SensorEventQueue消息隊列的write()方法
圖3.23
調用該連接接口的BitTube::sendObjects()和BitTube::write():
圖3.24
到此，服務端就完成了往管道的寫端寫入數據。
客戶端讀管道數據
服務端寫完數據後，客戶端的Looper收到有數據可讀事件後，調用JNI中的回調函數從消息隊列讀取數據。
圖3.25
然後調用到了BitTube::read()：
圖3.26
讀取到sensor數據後，通過JNI調回JAVA層的SystemSensorManager類dispatchSensorEvent()方法:
圖3.27
到此，客戶端就完成了從管道的讀端讀入數據，並把數據發給對應監聽器的應用。
四、硬件抽象層（HAL）
4.1 基本框架圖
圖4.1
MTK平臺的HAL層和Kernel層，跟高通平臺的很不一樣。之前說過，MTK平臺使用兩套機制來實現與sensor的管理和通信。一種是通過hwmsen來管理控制所有sensor，並通過ioctl接口來操作底層sensor和獲取數據；另一種是通過爲每一種類型的sensor分配一個對象來管理各自類型的sensor，並通過/sys節點來操作底層sensor，通過Input子系統和Event設備來獲取sensor數據。我司使用的是第二種方式，因此暫不對第一種方式進行分析。
4.2 基本定義
在linux操作系統中，應用同硬件之間的交互都是通過設備驅動來實現，Android系統爲了降低應用開發人員開發難度，屏蔽硬件差異，定義出硬件抽象層，爲開發人員提供獲取各種設備相關的信息的接口。
Google爲Sensor提供了統一的HAL接口，不同的硬件廠商需要根據該接口來實現並完成具體的硬件抽象層。Android中Sensor的HAL接口定義在：hardware/libhardware/include/hardware/sensors.h
Android6.0定義了26中傳感器類型：
圖4.2
傳感器模塊的定義結構體如下：
圖4.3
對任意一個sensor設備都會有一個sensor_t結構體，其定義如下：
圖4.4
每個傳感器的數據由sensors_event_t結構體表示，定義如下：
圖4.5
其中，sensor爲傳感器的標誌符，而不同的傳感器則採用union方式來表示。
sensors_vec_t結構體用來表示不同傳感器的數據：
圖4.6
Sensor設備結構體sensors_poll_device_1_t，對標準硬件設備hw_device_t結構體的擴展，主要完成讀取底層數據，並將數據存儲在struct sensors_poll_device_t結構體中；
poll函數用來獲取底層數據，調用時將被阻塞。定義如下：
圖4.7
其中batch()、flush()、inject_sensor_data()等方法，一般在外掛sensorhub或帶有MCU、memory的器件上時才使用，因我司沒有使用這些器件，因此本文討論的sensor架構都不涉及該相關實現。
控制設備打開/關閉結構體定義如下：
圖4.8
4.2 Sensor HAL實現
Native和HAL交互調用時序圖
圖4.9
SensorDevice屬於JNI層，是與HAL進行通信的接口；在JNI層調用了HAL層的open_sensors()方法打開設備模塊，再調用poll__activate()對設備使能，然後調用poll__poll讀取數據。
創建SensorDevice
在SensorDevice的構造函數中，首先加載sensor設備模塊：
圖4.10
這句代碼的意思是JNI加載HAL的庫文件，並創建SensorModle的對象，Sensor的庫文件通常是sensor.default.so
上圖接下來是sensors_open_1()，這個函數並沒有在SensorDevice中實現，而是調用的HAL層的函數。
圖4.11
我們先看new sensors_poll_device_t();
圖4.12
這部分代碼就創建HAL和Kernel Event通信的類，還有Sensor數據讀寫管道的創建。
返回open_sensors再看剩下的代碼，就是創建sensors_poll_device_t對象並把sensor控制的相關函數指針賦值給它。
SensorDevice 調用get_sensors_list
這個方法還是調用到了HAL中，而HAL中的這個函數也就是返回以下數組：
圖4.13
我們需要特別關組的是第4，5個參數，第4參數handle是對kernel而言的，如激活，讀寫event；而第五個參數是相對於上層代碼而言。
SensorDevice的activate方法
在該方法中，會先調用HAL的activate方法，在調用HAL的setDelay方法。
圖4.14
傳進來的就是我們上面說的第4個參數handle，handleToDriver()函數返回的是對應的和kernel交互的類的數組下標（Sensors[acc]）。從上圖可以看出MTK平臺就是這樣兼容操作底層sensor的兩種實現方式的。
最終通過讀寫/sys節點來操作底層的sensor設備。
圖4.15
SensorDevice的poll方法
這個方法同樣調用到了HAL中poll__poll()函數，該函數再調用到pollEvents()函數來輪詢獲取所有sensor數據。
圖4.16
可以看到，最終會通過對應sensor和kernel交互的類來獲取底層的數據，並把數據以sensors_event_t的格式存儲在上層傳遞下來的內存區裏，然後返回數量值。
圖4.17
HAL和kernel通過Input子系統和Event設備來完成數據的傳送。
至此，HAL層的部分就分析到這裏。Kernel的部分就不再進行詳細分析，具體可以閱讀MTK文檔sensor_all_in_one.pdf來了解MTK平臺底層的sensor模塊架構和實現。
