1 什麼是HAL
HAL的全稱是Hardware Abstraction Layer,即硬件抽象層.其架構圖如下:
Android的HAL是爲了保護一些硬件提供商的知識產權而提出的,是爲了避開linux的GPL束縛。思路是把控制硬件的動作都放到了Android HAL中,而linux driver僅僅完成一些簡單的數據交互作用,甚至把硬件寄存器空間直接映射到user space。而Android是基於Aparch的license,因此硬件廠商可以只提供二進制代碼,所以說Android只是一個開放的平臺,並不是一個開源的平臺。也許也正是因爲Android不遵從GPL,所以Greg Kroah-Hartman纔在2.6.33內核將Andorid驅動從linux中刪除。GPL和硬件廠商目前還是有着無法彌合的裂痕。Android想要把這個問題處理好也是不容易的。
總結下來,Android HAL存在的原因主要有:
1. 並不是所有的硬件設備都有標準的linux kernel的接口
2. KERNEL DRIVER涉及到GPL的版權。某些設備製造商並不原因公開硬件驅動,所以纔去用HAL方式繞過GPL。
3. 針對某些硬件,Android有一些特殊的需求.
2 與接口相關的幾個結構體
首先來看三個與HAL對上層接口有關的幾個結構體:
- struct hw_module_t; //模塊類型
- struct hw_module_methods_t; //模塊方法
- struct hw_device_t; //設備類型,向上提供接口
3 解釋
一般來說,在寫HAL相關代碼時都得包含這個hardware.h頭文件,所以有必要先了解一下這個頭文件中的內容.
- /*
- * Copyright (C) 2008 The Android Open Source Project
- *
- * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
- * you may not use this file except in compliance with the License.
- * You may obtain a copy of the License at
- *
- * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
- *
- * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
- * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
- * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
- * See the License for the specific language governing permissions and
- * limitations under the License.
- */
- #ifndef ANDROID_INCLUDE_HARDWARE_HARDWARE_H
- #define ANDROID_INCLUDE_HARDWARE_HARDWARE_H
- #include <stdint.h>
- #include <sys/cdefs.h>
- #include <cutils/native_handle.h>
- #include <system/graphics.h>
- __BEGIN_DECLS
- /*
- * Value for the hw_module_t.tag field
- */
- #define MAKE_TAG_CONSTANT(A,B,C,D) (((A) << 24) | ((B) << 16) | ((C) << 8) | (D))
- #define HARDWARE_MODULE_TAG MAKE_TAG_CONSTANT('H', 'W', 'M', 'T')
- #define HARDWARE_DEVICE_TAG MAKE_TAG_CONSTANT('H', 'W', 'D', 'T')
- struct hw_module_t;
- struct hw_module_methods_t;
- struct hw_device_t;
- /**
- * Every hardware module must have a data structure named HAL_MODULE_INFO_SYM
- * and the fields of this data structure must begin with hw_module_t
- * followed by module specific information.
- */
- //每一個硬件模塊都每必須有一個名爲HAL_MODULE_INFO_SYM的數據結構變量,它的第一個成員的類型必須爲hw_module_t
- typedef struct hw_module_t {
- /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */
- uint32_t tag;
- /** major version number for the module */
- uint16_t version_major;
- /** minor version number of the module */
- uint16_t version_minor;
- /** Identifier of module */
- const char *id;
- /** Name of this module */
- const char *name;
- /** Author/owner/implementor of the module */
- const char *author;
- /** Modules methods */
- //模塊方法列表,指向hw_module_methods_t*
- struct hw_module_methods_t* methods;
- /** module's dso */
- void* dso;
- /** padding to 128 bytes, reserved for future use */
- uint32_t reserved[32-7];
- } hw_module_t;
- typedef struct hw_module_methods_t { //硬件模塊方法列表的定義,這裏只定義了一個open函數
- /** Open a specific device */
- int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id, //注意這個open函數明確指出第三個參數的類型爲struct hw_device_t**
- struct hw_device_t** device);
- } hw_module_methods_t;
- /**
- * Every device data structure must begin with hw_device_t
- * followed by module specific public methods and attributes.
- */
- //每一個設備數據結構的第一個成員函數必須是hw_device_t類型,其次纔是各個公共方法和屬性
- typedef struct hw_device_t {
- /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */
- uint32_t tag;
- /** version number for hw_device_t */
- uint32_t version;
- /** reference to the module this device belongs to */
- struct hw_module_t* module;
- /** padding reserved for future use */
- uint32_t reserved[12];
- /** Close this device */
- int (*close)(struct hw_device_t* device);
- } hw_device_t;
- /**
- * Name of the hal_module_info
- */
- #define HAL_MODULE_INFO_SYM HMI
- /**
- * Name of the hal_module_info as a string
- */
- #define HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR "HMI"
- /**
- * Get the module info associated with a module by id.
- *
- * @return: 0 == success, <0 == error and *module == NULL
- */
- int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module);
- /**
- * Get the module info associated with a module instance by class 'class_id'
- * and instance 'inst'.
- *
- * Some modules types necessitate multiple instances. For example audio supports
- * multiple concurrent interfaces and thus 'audio' is the module class
- * and 'primary' or 'a2dp' are module interfaces. This implies that the files
- * providing these modules would be named audio.primary.<variant>.so and
- * audio.a2dp.<variant>.so
- *
- * @return: 0 == success, <0 == error and *module == NULL
- */
- int hw_get_module_by_class(const char *class_id, const char *inst,
- const struct hw_module_t **module);
- __END_DECLS
- #endif /* ANDROID_INCLUDE_HARDWARE_HARDWARE_H */
由以上內容可以看出(typedef struct hw_module_t ,typedef struct hw_device_t),如果我們要寫一個自定義設備的驅動的HAL層時,我們得首先自定義兩個數據結構:
假設我們要做的設備名爲XXX:
在頭文件中定義:XXX.h
- /*定義模塊ID*/
- #define XXX_HARDWARE_MODULE_ID "XXX"
- /*硬件模塊結構體*/
- //見hardware.h中的hw_module_t定義的說明,xxx_module_t的第一個成員必須是hw_module_t類型,其次纔是模塊的一此相關信息,當然也可以不定義,
- //這裏就沒有定義模塊相關信息
- struct xxx_module_t {
- struct hw_module_t common;
- };
- /*硬件接口結構體*/
- //見hardware.h中的hw_device_t的說明,要求自定義xxx_device_t的第一個成員必須是hw_device_t類型,其次纔是其它的一些接口信息.
- struct xxx_device_t {
- struct hw_device_t common;
- //以下成員是HAL對上層提供的接口或一些屬性
- int fd;
- int (*set_val)(struct xxx_device_t* dev, int val);
- int (*get_val)(struct xxx_device_t* dev, int* val);
- };
接下來我們在實現文件XXX.c文件中定義一個xxx_module_t的變量:
- /*模塊實例變量*/
- struct xxx_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = { //變量名必須爲HAL_MODULE_INFO_SYM,這是強制要求的,你要寫Android的HAL就得遵循這個遊戲規則,
- //見hardware.h中的hw_module_t的類型信息說明. 它是一個宏定義:#define HAL_MODULE_INFO_SYM HMI
- common: {
- tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
- version_major: 1,
- version_minor: 0,
- id: XXX_HARDWARE_MODULE_ID, //頭文件中有定義
- name: MODULE_NAME,
- author: MODULE_AUTHOR,
- methods: &xxx_module_methods, //模塊方法列表,在本地定義
- }
- };
注意到上面有HAL_MODULE_INFO_SYM變量的成員common中包含一個函數列表xxx_module_methods,而這個成員函數列表是在本地自定義的。那麼這個成員函數列是不是就是HAL向上層提供函數的地方呢?很失望,不是在這裏,前面我們已經說過了,是在xxx_device_t中定義的,這個xxx_module_methods實際上只提供了一個open函數,就相當於只提供了一個模塊初始化函數.其定義如下:
- /*模塊方法表*/
- static struct hw_module_methods_t xxx_module_methods = {
- open: xxx_device_open
- };
那麼HAL又到底是怎麼將xxx_device_t中定義的接口提供到上層去的呢?
且看上面這個函數列表中唯一的一個xxx_device_open的定義:
- static int xxx_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name, struct hw_device_t** device) {
- struct xxx_device_t* dev;
- dev = (struct hello_device_t*)malloc(sizeof(struct xxx_device_t));//動態分配空間
- if(!dev) {
- LOGE("Hello Stub: failed to alloc space");
- return -EFAULT;
- }
- memset(dev, 0, sizeof(struct xxx_device_t));
- //對dev->common的內容賦值,
- dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;
- dev->common.version = 0;
- dev->common.module = (hw_module_t*)module;
- dev->common.close = xxx_device_close;
- //對dev其它成員賦值
- dev->set_val = xxx_set_val;
- dev->get_val = xxx_get_val;
- if((dev->fd = open(DEVICE_NAME, O_RDWR)) == -1) {
- LOGE("Hello Stub: failed to open /dev/hello -- %s.", strerror(errno));
- free(dev);
- return -EFAULT;
- }
- //輸出&(dev->common),輸出的並不是dev,而是&(dev->common)!(common內不是隻包含了一個close接口嗎?)
- *device = &(dev->common);
- LOGI("Hello Stub: open /dev/hello successfully.");
- return 0;
- }
在回答上述問題之前,讓我們先看一下這xxx_device_open函數原型,還是在hardware.h頭文件中,找到下面幾行代碼:
- typedef struct hw_module_methods_t {
- /** Open a specific device */
- int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,
- struct hw_device_t** device);
- } hw_module_methods_t;
可是,dev->common不是隻包含close接口嗎?做爲HAL的上層,它又是怎麼"看得到"HAL提供的全部接口的呢?
接下來,讓我們來看看做爲HAL上層,它又是怎麼使用由HAL返回的dev->common的:
參考: 在Ubuntu爲Android硬件抽象層(HAL)模塊編寫JNI方法提供Java訪問硬件服務接口 這篇文章,從中可以看到這麼幾行代碼:
- /*通過硬件抽象層定義的硬件模塊打開接口打開硬件設備*/
- 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);
- }
此外,在hardware.h頭文件中,還有明確要求定義xxx_module_t類型時,明確要求第一個成員變量類型必須爲hw_module_t,這也是爲了方便找到其第一個成員變量common,進而找到本地定義的方法列表,從而調用open函數進行模塊初始化.
綜上所述,HAL是通過struct xxx_device_t這個結構體向上層提供接口的.
即:接口包含在struct xxx_device_t這個結構體內。
而具體執行是通過struct xxx_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM這個結構體變量的函數列表成員下的open函數來返回給上層的.