圖1：Android HAL 架構規劃
這是 Patrick Brady (Google) 在2008 Google I/O 所發表的演講「Anatomy & Physiology of an Android」中，所提出的 Android HAL 架構圖。從這張架構圖我們知道，HAL 的目的是爲了把 Android framework 與 Linux kernel 完整「隔開」。讓 Android 不至過度依賴 Linux kernel，有點像是「kernel independent」的意思，讓 Android framework 的開發能在不考慮驅動程序的前提下進行發展。
在 Android 原始碼裏，HAL 主要的實作儲存於以下目錄：
1. libhardware_legacy/ - 過去的實作、採取鏈接庫模塊的觀念進行
2. libhardware/ - 新版的實作、調整爲 HAL stub 的觀念
3. ril/ - Radio Interface Layer
在 HAL 的架構實作成熟前（即圖1的規劃），我們先就目前 HAL 現況做一個簡單的分析。另外，目前 Android 的 HAL實作，仍舊散佈在不同的地方，例如 Camera、WiFi 等，因此上述的目錄並不包含所有的 HAL 程序代碼。
2 HAL 的過去
圖2：Android HAL / libhardware_legacy
過去的 libhardware_legacy 作法，比較是傳統的「module」方式，也就是將 *.so 檔案當做「shared library」來使用，在runtime（JNI 部份）以 direct function call 使用 HAL module。透過直接函數呼叫的方式，來操作驅動程序。當然，應用程序也可以不需要透過 JNI 的方式進行，直接以加載 *.so 檔（dlopen）的做法呼叫*.so 裏的符號（symbol）也是一種方式。總而言之是沒有經過封裝，上層可以直接操作硬件。
3 HAL 的現況
圖3：Android HAL / libhardware
現在的 libhardware 作法，就有「stub」的味道了。HAL stub 是一種代理人（proxy）的概念，stub 雖然仍是以 *.so檔的形式存在，但 HAL 已經將 *.so 檔隱藏起來了。Stub 向 HAL「提供」操作函數（operations），而 runtime 則是向 HAL 取得特定模塊（stub）的 operations，再 callback 這些操作函數。這種以 indirect function call 的實作架構，讓HAL stub 變成是一種「包含」關係，即 HAL 裏包含了許許多多的
stub（代理人）。Runtime 只要說明「類型」，即 module ID，就可以取得操作函數。對於目前的HAL，可以認爲Android定義了HAL層結構框架，通過幾個接口訪問硬件從而統一了調用方式。
4 HAL_legacy和HAL的對比
HAL_legacy：舊式的HAL是一個模塊，採用共享庫形式，在編譯時會調用到。由於採用function
call形式調用，因此可被多個進程使用，但會被mapping到多個進程空間中，造成浪費，同時需要考慮代碼能否安全重入的問題（thread safe）。
HAL：新式的HAL採用HAL module和HAL stub結合形式，HAL stub不是一個share library，編譯時上層只擁有訪問HAL stub的函數指針，並不需要HAL stub。上層通過HAL module提供的統一接口獲取並操作HAL stub，so文件只會被mapping到一個進程，也不存在重複mapping和重入問題。
5 HAL module架構
HAL moudle主要分爲三個結構：
struct hw_module_t;
struct hw_module_methods_t;
struct hw_device_t;
他們的繼承關係如下圖：
圖4：Android HAL結構繼承關係
6 HAL使用方法
（1）Native code通過hw_get_module調用獲取HAL stub：
hw_get_module (LED_HARDWARE_MODULE_ID, (const hw_module_t**)&module)
（2）通過繼承hw_module_methods_t的callback來open設備：
module->methods->open(module,
LED_HARDWARE_MODULE_ID, (struct hw_device_t**)device);
（3）通過繼承hw_device_t的callback來控制設備：
sLedDevice->set_on(sLedDevice, led);
sLedDevice->set_off(sLedDevice, led);
7 HAL stub編寫方法
（1）定義自己的HAL結構體，編寫頭文件led.h, hardware/hardware.h
struct led_module_t {
struct hw_module_t common;
};
struct led_control_device_t {
struct hw_device_t common;
int fd; /* file descriptor of LED device */
/* supporting control APIs go here */
int (*set_on)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led);
int (*set_off)(struct led_control_device_t *dev, int32_t led);
};
繼承關係如下圖：
圖5：HAL stub與HAL module繼承關係
（2）設計led.c 完成功能實現和HAL stub註冊
（2.1）led_module_methods繼承hw_module_methods_t，實現open的callback
struct hw_module_methods_t led_module_methods = {
open: led_device_open
};
（2.2）用HAL_MODULE_INFO_SYM實例led_module_t，這個名稱不可修改
tag：需要制定爲 HARDWARE_MODULE_TAG
id：指定爲 HAL Stub 的 module ID
methods：struct hw_module_methods_t，爲 HAL 所定義的「method」
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. */
};
（2.3）open是一個必須實現的callback API，負責申請結構體空間，填充信息，註冊具體操作API接口,打開Linux驅動。
由於存在多重繼承關係，只需對子結構體hw_device_t對象申請空間即可。
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));
dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;
dev->common.version = 0;
dev->common.module = module;
dev->common.close = led_device_close;
dev->set_on = led_on;
dev->set_off = led_off;
*device = &dev->common;
/*
* Initialize Led hardware here.
*/
dev->fd = open(LED_DEVICE, O_RDONLY);
if (dev->fd < 0)
return -1;
led_off(dev, LED_C608);
led_off(dev, LED_C609);
success:
return 0;
}
（2.4）填充具體API操作代碼
int led_on(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
{
int fd;
LOGI("LED Stub: set %d on.", led);
fd = dev->fd;
switch (led) {
case LED_C608:
ioctl(fd, 1, &led);
break;
case LED_C609:
ioctl(fd, 1, &led);
break;
default:
return -1;
}
return 0;
}
int led_off(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
{
int fd;
LOGI("LED Stub: set %d off.", led);
fd = dev->fd;
switch (led) {
case LED_C608:
ioctl(fd, 2, &led);
break;
case LED_C609:
ioctl(fd, 2, &led);
break;
default:
return -1;
}
return 0;
}
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Android HAL 是如何被調用的
Android對硬件的調用，google推薦使用HAL的方式進行調用，對於Andriod HAL的寫法，可以參考android源碼裏的hardware目錄下幾個模塊的模版。
在看HAL的編寫方法的過程中，會發現整個模塊貌似沒有一個入口。一般說來模塊都要有個入口，比如應用程序有main函數，可以爲加載器進行加載執行，dll文件有dllmain，而對於我們自己寫的動態鏈接庫，我們可以對庫中導出的任何符號進行調用。
問題來了，Android中的HAL是比較具有通用性的，需要上層的函數對其進行加載調用，Android的HAL加載器是如何實現對不同的HardwareModule進行通用性的調用的呢？
帶着這個疑問查看Android源碼，會發現Android中實現調用HAL是通過hw_get_module實現的。
inthw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module);
這是其函數原型，id會指定Hardware的id，這是一個字符串，比如sensor的id是
#defineSENSORS_HARDWARE_MODULE_ID "sensors"，如果找到了對應的hw_module_t結構體，會將其指針放入*module中。看看它的實現。。。。
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/* Loop through the configuration variants looking for a module */ for (i=0 ; i<HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1 ; i++) { if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT) { //獲取ro.hardware/ro.product.board/ro.board.platform/ro.arch等key的值。 if (property_get(variant_keys[i], prop, NULL) == 0) { continue; } snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so", HAL_LIBRARY_PATH, id, prop); //如果開發板叫做mmdroid,那麼這裏的path就是system/lib/hw/sensor.mmdroid.so } else { snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.default.so", HAL_LIBRARY_PATH, id);//默認會加載/system/lib/hw/sensor.default.so
} if (access(path, R_OK)) { continue; } /* we found a library matching this id/variant */ break; } |
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status = -ENOENT; if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1) { /* load the module, if this fails, we're doomed, and we should not try * to load a different variant. */ status = load(id, path, module);//調用load函數打開動態鏈接庫 } |
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獲取了動態鏈接庫的路徑之後，就會調用load函數打開它，下面會打開它。
奧祕在load中
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static int load(const char *id, const char *path, const struct hw_module_t **pHmi) { int status; void *handle; struct hw_module_t *hmi;
/* * load the symbols resolving undefined symbols before * dlopen returns. Since RTLD_GLOBAL is not or'd in with * RTLD_NOW the external symbols will not be global */ handle = dlopen(path, RTLD_NOW);//打開動態庫 if (handle == NULL) { char const *err_str = dlerror(); LOGE("load: module=%s/n%s", path, err_str?err_str:"unknown"); status = -EINVAL; goto done; }
/* Get the address of the struct hal_module_info. */ const char *sym = HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR;//被定義爲了“HMI” hmi = (struct hw_module_t *)dlsym(handle, sym);//查找“HMI”這個導出符號，並獲取其地址 if (hmi == NULL) { LOGE("load: couldn't find symbol %s", sym); status = -EINVAL; goto done; }
/* Check that the id matches */ //找到了hw_module_t結構！！！ if (strcmp(id, hmi->id) != 0) { LOGE("load: id=%s != hmi->id=%s", id, hmi->id); status = -EINVAL; goto done; }
hmi->dso = handle;
/* success */ status = 0;
done: if (status != 0) { hmi = NULL; if (handle != NULL) { dlclose(handle); handle = NULL; } } else { LOGV("loaded HAL id=%s path=%s hmi=%p handle=%p", id, path, *pHmi, handle); } //凱旋而歸 *pHmi = hmi;
return status; } |
從上面的代碼中，會發現一個很奇怪的宏HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR，它直接被定義爲了#define HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR "HMI"，爲何根據它就能從動態鏈接庫中找到這個hw_module_t結構體呢？我們查看一下我們用到的hal對應的so就可以了，在linux中可以使用readelf XX.so –s查看。
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Symbol table '.dynsym' contains 28 entries: Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name 0: 00000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND 1: 00000594 0 SECTION LOCAL DEFAULT 7 2: 00001104 0 SECTION LOCAL DEFAULT 13 3: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND ioctl 4: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND strerror 5: 00000b84 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __exidx_end 6: 00000000 0 OBJECT GLOBAL DEFAULT UND __stack_chk_guard 7: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __aeabi_unwind_cpp_pr0 8: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __errno 9: 00001188 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _bss_end__ 10: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND malloc 11: 00001188 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start__ 12: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __android_log_print 13: 00000b3a 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __exidx_start 14: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __stack_chk_fail 15: 00001188 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_end__ 16: 00001188 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __bss_start 17: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND memset 18: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __aeabi_uidiv 19: 00001188 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS __end__ 20: 00001188 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _edata 21: 00001188 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _end 22: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND open 23: 00080000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT ABS _stack 24: 00001104 128 OBJECT GLOBAL DEFAULT 13 HMI 25: 00001104 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT 13 __data_start 26: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND close 27: 00000000 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND free |
從上面中，第24個符號，名字就是“HMI”，對應於hw_module_t結構體。再去對照一下HAL的代碼。
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/* * The COPYBIT Module */ struct copybit_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = { common: { tag: HARDWARE_MODULE_TAG, version_major: 1, version_minor: 0, id: COPYBIT_HARDWARE_MODULE_ID, name: "QCT MSM7K COPYBIT Module", author: "Google, Inc.", methods: ©bit_module_methods } }; |
這裏定義了一個名爲HAL_MODULE_INFO_SYM的copybit_module_t的結構體，common成員爲hw_module_t類型。注意這裏的HAL_MODULE_INFO_SYM變量必須爲這個名字，這樣編譯器纔會將這個結構體的導出符號變爲“HMI”，這樣這個結構體才能被dlsym函數找到！
綜上，我們知道了andriod HAL模塊也有一個通用的入口地址，這個入口地址就是HAL_MODULE_INFO_SYM變量，通過它，我們可以訪問到HAL模塊中的所有想要外部訪問到的方法。
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出處：http://blog.csdn.net/k229650014/article/details/5801397
