MTK Androiod HAL如何向上層提供接口

Android中HAL如何向上層提供接口總結

轉自：http://blog.csdn.net/flydream0/article/details/7086273

參考文獻:

http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6573809

http://blog.csdn.net/hongtao_liu/article/details/6060734

 

1.什麼是HAL?

---

 

HAL的全稱是Hardware Abstraction Layer,即硬件抽象層.其架構圖以下:

 

 

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做都放到了Android HAL中，而linux driver僅僅完成一些簡單的數據交互做用，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，所以硬件廠商能夠只提供二進制代碼，因此說Android只是一個開放的平臺，並非一個開源的平臺。也許也正是由於Android不聽從GPL，因此Greg Kroah-Hartman纔在2.6.33內核將Andorid驅動從linux中刪除。GPL和硬件廠商目前仍是有着沒法彌合的裂痕。Android想要把這個問題處理好也是不容易的。

總結下來，Android HAL存在的緣由主要有：

1. 並非全部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緣由公開硬件驅動，因此纔去用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

這幾個數據結構是在Android工做目錄/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h文件中定義.

 

 

 

3.解釋

---

 

通常來講，在寫HAL相關代碼時都得包含這個hardware.h頭文件，因此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 {
            /** 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 */

由以上內容能夠看出(typedef struct hw_module_t ,typedef struct hw_device_t)，若是咱們要寫一個自定義設備的驅動的HAL層時，咱們得首先自定義兩個數據結構:

 

假設咱們要作的設備名爲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，固然也能夠不定義，
//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;
        //如下成員是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);
};

注:特別注意xxx_device_t的結構定義，這個纔是HAL向上層提供接口函數的數據結構,其成員就是咱們想要關心的接口函數.

接下來咱們在實現文件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.
        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否是就是HAL向上層提供函數的地方呢？很失望，不是在這裏，前面咱們已經說過了，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，就至關於只提供了一個模塊初始化函數.其定義以下:

 

 

/*模塊方法表*/
static struct hw_module_methods_t xxx_module_methods = {
    open: xxx_device_open
};

注意到，上邊的函數列表中只列出了一個xxx_device_open函數，這個函數也是須要在本地實現的一個函數。前面說過，這個函數只至關於模塊初始化函數。

 

那麼HAL又究竟是怎麼將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惟一的一個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),輸出的並非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;
}

經驗告訴咱們，通常在進行模塊初始化的時候，模塊的接口函數也會「註冊」，上面是模塊初始化函數，那麼接口註冊在哪？因而咱們找到*device =&(dev->common);這行代碼，可問題是，這樣一來，返回給調用者不是&(dev->common)嗎？而這個dev->common僅僅只包含了一個模塊關閉接口！到底怎麼回事？爲何不直接返回dev,dev下不是提供全部HAL向上層接口嗎?

 

在回答上述問題以前，讓咱們先看一下這xxx_device_open函數原型,仍是在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;

這是方法列表的定義，明確要求了方法列表中有且只一個open方法，即至關於模塊初始化方法，且，這個方法的第三個參數明確指明瞭類型是struct hw_device_t **,而不是用戶自定義的xxx_device_t,這也就是解譯了在open函數實現內爲何輸出的是&(dev->common)而不是dev了，原來返回的類型在hardware.h中的open函數原型中明確指出只能返回hw_device_t類型.

 

但是，dev->common不是隻包含close接口嗎？作爲HAL的上層，它又是怎麼"看獲得"HAL提供的所有接口的呢?

接下來，讓咱們來看看作爲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,從中能夠看到這麼幾行代碼：

 

/*經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);
}

因而可知，返回的&(dev->common)最終會返回給struce hello_device_t **類型的輸出變量device,換句話說，類型爲hw_device_t的dev->common在初始化函數open返回後，會強制轉化爲xxx_device_t來使用，終於明白了，原來如此！另外，在hardware.h中對xxx_device_t類型有說明，要求它的第一個成員的類型必須是hw_device_t，原來是爲了HAL上層使用時的強制轉化的目的，若是xxx_device_t的第一個成員類型不是hw_device_t，那麼HAL上層使用中強制轉化就沒有意義了，這個時候，就真的「看不到」HAL提供的接口了.

 

 

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是經過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。

而具體執行是經過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.