Android HAL開發之Java應用程序直接調用JNI庫

這篇先介紹最簡單的一種實現方式 - Java應用程序直接調用JNI庫。

由於JNI技術的存在，在Android中，java程序能夠很好的調用C/C++庫。我們這裏設計一個簡單的HAL，一共只有三層： HAL stub <-> JNI 庫 <-> JAVA應用程序。

我們現看看HAL stub的代碼：

int led_device_close(struct hw_device_t* device)
{
    struct led_control_device_t* ctx = (struct led_control_device_t*)device;
    if (ctx) {
        free(ctx);
    }
    return 0;
}

int led_on(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
{
    LOGI("LED Stub: set %d on.", led);
    return 0;
}

int led_off(struct led_control_device_t *dev, int32_t led)
{
    LOGI("LED Stub: set %d off.", led);
    return 0;
}

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));

    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;

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 */
};

我在前面關於HAL技術的文章中已經介紹瞭如何寫HAL stub，需要注意的只有hw_module_t和hw_device_t這兩個數據結構，這裏就不復述了。

下面看看JNI層代碼：

struct led_control_device_t *sLedDevice = NULL;

static jboolean mokoid_setOn(JNIEnv* env, jobject thiz, jint led)
{
    LOGI("LedService JNI: mokoid_setOn() is invoked.");

    if (sLedDevice == NULL) {
        LOGI("LedService JNI: sLedDevice was not fetched correctly.");
        return -1;
    } else {
        return sLedDevice->set_on(sLedDevice, led);
    }
}

static jboolean mokoid_setOff(JNIEnv* env, jobject thiz, jint led)
{
    LOGI("LedService JNI: mokoid_setOff() is invoked.");


    if (sLedDevice == NULL) {
        LOGI("LedService JNI: sLedDevice was not fetched correctly.");
        return -1;
    } else {
        return sLedDevice->set_off(sLedDevice, led);
    }
}

/** helper APIs */
static inline int led_control_open(const struct hw_module_t* module,
        struct led_control_device_t** device) {
    return module->methods->open(module,
            LED_HARDWARE_MODULE_ID, (struct hw_device_t**)device);
}

static jboolean mokoid_init(JNIEnv *env, jclass clazz)
{
    led_module_t* module;

    if (hw_get_module(LED_HARDWARE_MODULE_ID, (const hw_module_t**)&module) == 0) {
        LOGI("LedService JNI: LED Stub found.");
        if (led_control_open(&module->common, &sLedDevice) == 0) {
            LOGI("LedService JNI: Got Stub operations.");
            return 0;
        }
    }

    LOGE("LedService JNI: Get Stub operations failed.");
    return -1;
}

static const JNINativeMethod gMethods[] = {
    { "_init",      "()Z",  (void *)mokoid_init },
    { "_set_on",        "(I)Z", (void *)mokoid_setOn },
    { "_set_off",       "(I)Z", (void *)mokoid_setOff },
};

int register_mokoid_server_LedService(JNIEnv* env) {
    static const char* const kClassName =
        "com/mokoid/LedClient/LedClient";
    jclass clazz;

    /* look up the class */
    clazz = env->FindClass(kClassName);
    if (clazz == NULL) {
        LOGE("Can't find class %s\n", kClassName);
        return -1;
    }

    /* register all the methods */
    if (env->RegisterNatives(clazz, gMethods,
            sizeof(gMethods) / sizeof(gMethods[0])) != JNI_OK)
    {
        LOGE("Failed registering methods for %s\n", kClassName);
        return -1;
    }

    /* fill out the rest of the ID cache */
    return 0;
}

extern "C" jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    JNIEnv* env = NULL;
    jint result = -1;

    if (vm->GetEnv((void**) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        LOGE("GetEnv failed!");
        return result;
    }
    LOG_ASSERT(env, "Could not retrieve the env!");

    register_mokoid_server_LedService(env);

    return JNI_VERSION_1_4;
}

上面的Jni代碼首先通過hw_get_module得到HAL stub，open以後就可以直接使用HAL stub中定義的接口。這裏還需要注意JNI_OnLoad這個函數，當Jni庫被App load的時候，該函數將會自動被調用，所以我們在這裏實現了註冊Led Service的操作，也就是說把C/C++的接口映射到Java中去，這樣在Java APP中就可以使用該接口了。在register_mokoid_server_LedService中，我們需要注意kclassname指定了需要調用該Jni庫的Java APP類 - com.mokoid.LedClient.LedClient，也就是說該Jni庫只能提供給該Java程序使用。

最後是應用程序代碼：

public class LedClient extends Activity {

    static {
        System.load("/system/lib/libmokoid_runtime.so");
    }

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        // Call an API on the library.
        _init();
        _set_on(1);
        _set_off(2);

        TextView tv = new TextView(this);
        tv.setText("LED 1 is on. LED 2 is off.");
        setContentView(tv);
    }
    private static native boolean _init();
    private static native boolean _set_on(int led);
    private static native boolean _set_off(int led);
}

 上面使用System.load來裝載Jni庫，當然我們也可以使用System.loadLibrary來裝載，他們的唯一區別就是前者需要指定完整的路徑，後者會在系統路徑上（比如/system/lib/) 查找庫。裝載完該Jni庫後，就可以使用映射後的接口了（_init, _set_on, _set_off)。 

上面這種HAL的實現方式比較簡單，但是也存在一個很大的問題，就是Jni庫只能提供給某一個特定的Java使用，如何克服這個問題？我們可以在APP和Jni之間加一層Java service，該Jni提供給Java service使用，而所有的APP利用該service來使用Jni提供的接口。這樣的話，在應用程序層，就不需要關心Jni是如何實現的了。下一篇我們會介紹這種方法。

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