android开发中Fingerprint模块浅析

一、Fingerprint上层总体架构

Fingerprint模块架构图如下，这里分为application，framework，fingerprintd和FingerprintHal这几个部分,不涉及指纹的IC库和驱动这部分,这部分逻辑由指纹厂商来实现，目前了解的并不多。 

二、Fingerprint framework初始化流程

在系统开机的时候，会启动各种Service，包括FingerprintService。从下图的开机log（sys_log.boot）中可以看出： 

FingerprintService的启动在SystemServer.Java的startOtherService方法中：

/**     * Starts a miscellaneous grab bag of stuff that has yet to be refactored     * and organized.     */    private void startOtherServices() {        final Context context = mSystemContext;        VibratorService vibrator = null;        IMountService mountService = null;        .......        //启动FingerprintService        if (mPackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_FINGERPRINT)) {            mSystemServiceManager.startService(FingerprintService.class);        }        ......
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这里会通过PackageManager来判断是否支持指纹功能，这个判断是N新加的，如果支持的话，需要在framework/native/data/ect/目录下添加Android.hardware.fingerprint.xml来支持该功能，这样才能启动FingerprintService。 

这里启动的时候，会将FingerprintService添加到ServiceManager中去，如下图： 

将FingerprintService添加到ServiceManager中后，在SystemServiceRegistry.java中静态代码块中注册服务的时候，可以从ServiceManager中获取FingerprintService的Binder对象，从而可以构造出FingerprintManager对象，这样app端就可以通过Context来获取FingerprintManager对象。 

这样，app端通过Context获取FingerprintManager，通过调用FingerprintManager的接口来实现相应的功能，FingerprintManager转调FingerprintService中方法，FingerprintService负责管理整个注册，识别、删除指纹、检查权限等流程的逻辑，FingerprintService调用fingerprintd的接口，通过fingerprintd和FingerprintHal层进行通信。

在FingerprintService的getFingerprintDaemon方法中有如下步骤：

//①获取fingerprintd

//②向fingerprintd注册回调函数mDaemonCallback

//③调用获取fingerprintd的openhal函数

//④建立fingerprint文件系统节点，设置节点访问权限，调用fingerprintd的setActiveGroup，将路径传下去。此路径一半用来存储指纹模板的图片等

public IFingerprintDaemon getFingerprintDaemon() {        if (mDaemon == null) {             //①获取fingerprintd            mDaemon = IFingerprintDaemon.Stub.asInterface(ServiceManager.getService(FINGERPRINTD));            if (mDaemon != null) {                try {                    mDaemon.asBinder().linkToDeath(this, 0);                    //②向fingerprintd注册回调函数mDaemonCallback                    mDaemon.init(mDaemonCallback);                    //③调用获取fingerprintd的openhal函数                    mHalDeviceId = mDaemon.openHal();                    /*④建立fingerprint文件系统节点，设置节点访问权限，                    调用fingerprintd的setActiveGroup，                    将路径传下去。此路径一半用来存储指纹模板的图片等*/                    if (mHalDeviceId != 0) {                        updateActiveGroup(ActivityManager.getCurrentUser());                    } else {                        Slog.w(TAG, "Failed to open Fingerprint HAL!");                        mDaemon = null;                    }                } catch (RemoteException e) {                    Slog.e(TAG, "Failed to open fingeprintd HAL", e);                    mDaemon = null; // try again later!                }            } else {                Slog.w(TAG, "fingerprint service not available");            }        }        return mDaemon;    }
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1 FingerprintService在framework模块负责指纹的大部分逻辑，FingerprintService会在开机的时候初始化；

2 application调用framework通过FingerprintManager接口即可实现；

3 framework中FingerManager和FingerprintService的通信使用Binder机制实现，表现即使用aidl这个接口定义语言实现

4 framework调往fingerprintd的同样属于Binder通信，两者分属于不同的进程。不过这部分跟java层Binder处理有点不一样，是java层往native层的调用。

三、fingerprintd 部分的初始化

在system/core/fingerprintd目录下,有如下文件： 

fingerprintd如果划分的比较细的话，可以分为四个部分：1.fingerprintd.cpp   "负责将fingerprintd加入到ServiceManager中，以便FingerprintService能够获取"2.IFingerprintDaemon.h/IFingerprintDaemon.cpp  "负责java层到fingerprintd的Binder通信"3.FingerprintDaemonProxy.h/FingerprintDaemonProxy.cpp  "负责fingerprintd和Fignerprint hal层的通信"4.IFingerprintDaemonCallback.h/IFingerprintDaemonCallback.cpp "负责将指纹的回调结果传给java层"
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fingerprintd在init.rc有相应的开机启动脚本，所以一开机就会跑它的main函数。fingerprintd作为一个独立的进程运行，负责将Framework和Hal层的通信连接起来。

fingerprintd 的main函数就是将fingerprintd添加到servicemanager中管理。然后开了一个线程，等待binder消息。

四、接下来简单介绍下IFingerprintDaemon是如何跟framework通信的。

来看下IFingerprintDaemon.h文件：

17#ifndef IFINGERPRINT_DAEMON_H_18#define IFINGERPRINT_DAEMON_H_1920#include <binder/IInterface.h>21#include <binder/Parcel.h>2223namespace android {2425class IFingerprintDaemonCallback;2627/*28* Abstract base class for native implementation of FingerprintService.29*30* Note: This must be kept manually in sync with IFingerprintDaemon.aidl31*/32class IFingerprintDaemon : public IInterface, public IBinder::DeathRecipient {33    public:34        enum {35           AUTHENTICATE = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 0,36           CANCEL_AUTHENTICATION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 1,37           ENROLL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 2,38           CANCEL_ENROLLMENT = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 3,39           PRE_ENROLL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 4,40           REMOVE = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 5,41           GET_AUTHENTICATOR_ID = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 6,42           SET_ACTIVE_GROUP = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 7,43           OPEN_HAL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 8,44           CLOSE_HAL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 9,45           INIT = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 10,46           POST_ENROLL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 11,47           ENUMERATE = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 12,48        };4950        IFingerprintDaemon() { }51        virtual ~IFingerprintDaemon() { }52        virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const;5354        // Binder interface methods55        virtual void init(const sp<IFingerprintDaemonCallback>& callback) = 0;56        virtual int32_t enroll(const uint8_t* token, ssize_t tokenLength, int32_t groupId,57                int32_t timeout) = 0;58        virtual uint64_t preEnroll() = 0;59        virtual int32_t postEnroll() = 0;60        virtual int32_t stopEnrollment() = 0;61        virtual int32_t authenticate(uint64_t sessionId, uint32_t groupId) = 0;62        virtual int32_t stopAuthentication() = 0;63        virtual int32_t remove(int32_t fingerId, int32_t groupId) = 0;64        virtual int32_t enumerate() = 0;65        virtual uint64_t getAuthenticatorId() = 0;66        virtual int32_t setActiveGroup(int32_t groupId, const uint8_t* path, ssize_t pathLen) = 0;67        virtual int64_t openHal() = 0;68        virtual int32_t closeHal() = 0;6970        // DECLARE_META_INTERFACE - C++ client interface not needed71        static const android::String16 descriptor;72        static void hal_notify_callback(const fingerprint_msg_t *msg);73};7475// ----------------------------------------------------------------------------7677class BnFingerprintDaemon: public BnInterface<IFingerprintDaemon> {78    public:79       virtual status_t onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply,80               uint32_t flags = 0);81    private:82       bool checkPermission(const String16& permission);83};8485} // namespace android8687#endif // IFINGERPRINT_DAEMON_H_
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java层到fingerprintd的通信这里同样是采用binder方式，注意到上面IFingerprintDaemon.h第30行的NOTE，需要手动保证IFingerprintDaemon.h文件与IFingerprintDaemon.aidl文件一致，由于java层aidl文件编译时会自动编译成IFingerprintDaemon.java文件。

当添加接口来调用指纹底层暴露的接口，在IFingerprintDaemon.h文件中添加类似上面35行到68行的枚举，枚举的值需要与java层aidl自动生成的java文件中的枚举保持一致。另外还需要在上面68行处加上描述这些接口的纯虚函数（c++中的纯虚函数类似java的抽象方法，用于定义接口的规范，在C++中，一个具有纯虚函数的基类被称为抽象类）。

如下面截图对比，我们发现IFingerprintDaemon.cpp和java层aidl生成的IFingerprintDaemon.java在onTransact是基本一致的。这样我们也就明白了为什么上面说需要手动和IFingerprintDaemon.aidl保持同步了，这样方式类似我们平时在三方应用使用aidl文件，需要保持client端和server端aidl文件一致。

可以看到onTransact有四个参数code ， data ，replay ， flagscode 是一个整形的唯一标识，用于区分执行哪个方法，客户端会传递此参数，告诉服务端执行哪个方法data客户端传递过来的参数replay服务器返回回去的值flags标明是否有返回值，0为有（双向），1为没有（单向）
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IFingerprintDaemon.aidl文件生成的IFingerprintDaemon.java文件 

接着介绍下fingerprintd进程是如何和Fingerprint Hal层是如何传递数据的。

说到Hal层，即硬件抽象层，android系统为HAL层中的模块接口定义了规范，所有工作于HAL的模块必须按照这个规范来编写模块接口，否则将无法正常访问硬件。 

指纹的HAL层规范fingerprint.h在/hardware/libhardware/include/hardware/下可以看到。

我们注意到在fingerprint.h中定义了两个结构体，分别是fingerprint_device_t和fingerprint_module_t,如下图。 

fingerprint_device_t结构体，用于描述指纹硬件设备；fingerprint_module_t结构体，用于描述指纹硬件模块。在FingerprintDaemonProxy.cpp就是通过拿到fingerprint_device_t这个结构体来和Fingerprint HAL层通信的。

当需要添加接口调用指纹底层时，在这个fingerprint.h中同样需要添加函数指针，然后通过FingerprintDaemonProxy.cpp中拿到这个fingerprint_device_t来调用fingerprint.h中定义的函数指针，也就相当于调用指纹HAL层。

我们重点看一下它的openHal（）函数。

openHal的方法这里主要看上面三个部分： 
- ①根据名称获取指纹hal层模块。hw_module这个一般由指纹芯片厂商根据 fingerprint.h实现，hw_get_module是由HAL框架提供的一个公用的函数，这个函数的主要功能是根据模块ID(module_id)去查找注册在当前系统中与id对应的硬件对象，然后载入(load)其相应的HAL层驱动模块的*so文件。 
- ②调用fingerprint_module_t的open函数 
- ③向hal层注册消息回调函数，主要回调 注册指纹进度，识别结果，错误信息等等 
- ④判断向hal层注册消息回调是否注册成功

目前关于指纹的上层流程大致就到这儿，指纹底层就不怎么介绍了，术业有专攻，和专业做指纹的还是有不少差距。