HAL/JNI简明笔记（一）——HAL基本框架

来源：互联网发布：java mail ssl 编辑：程序博客网时间：2024/06/05 17:05

环境：

android 4.3

HAL(hardware abstract layer)是位于操作系统与硬件之间的接口层，目的在于硬件抽象化。它存在于linux的应用层，它在Android系统中的位置是：向下连接驱动，向上给JNI提供接口。

源码的位置：

msm8x12\hardware\libhardware_legacy 为过去的HAL目录，采用链接库模块概念的旧架构，audio,power,wifi,vibrator,uevent等有使用该架构

X:\D500_android\msm8x12\hardware\libhardware 为当前使用的HAL架构，audio,bluetooth,camera,fb,gps,lights,power,sensor,rtc,nfc等有使用该架构

两种HAL架构示意图如下：

其中左边的HAL架构继承的是老的linux共享库思路，把硬件接口都打包到libhardware_legacy.so，Android的JNI在要调用到这个库的硬件接口函数时，只要将Android.mk中的LOCAL_SHARED_LIBRARIES增加libhardware_legacy就行，这样就会到共享库中获取接口。

缺点：多个进程使用时，会映射到多个进程空间，造成浪费。

右边的HAL架构是当前Android源码中使用的思路，每一个硬件模块称为一个stub（代理人），并且借尸so的形式编译，所有的stub都要通过libhardware.so(由hardware.c)才能找到每一个stub，才能回调每一个stub中硬件抽象接口，当然stub在编写时需要按照HAL_MODULE_INFO_SYM的格式来写，通过libhardware.so找到stub时，就会将该stub加载到内存，返回该stub的模块指针。

优点：采用HAL module和HAL stub结合形式，HAL stub不是共享库，上层只拥有访问stub的函数指针，并不需要stub，Runtime只需要根据module ID并通过HAL module提供的统一接口就能取得stub的操作函数，只会被映射到一个进程，不会浪费空间。

对于libhardware.so/hardware.c而言，我们只需关心它里面几个重要的结构体和一些路径和命名规则即可。

比较重要的结构体代码片如下：

/** * Every device data structure must begin with hw_device_t * followed by module specific public methods and attributes. * 每个设备结构体成员都要以hw_device_t开头，然后再是设备专有其他属性方法 */typedef struct hw_device_t {    /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */    uint32_t tag;    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 ,一般是回收device结构体*/    int (*close)(struct hw_device_t* device);} hw_device_t;/** * 每个模块stub结构体变量必须命名为HAL_MODULE_INFO_SYM，数据域成员必须以 * hw_module_t开头，然后再是模块专有属性方法 */typedef struct hw_module_t {    /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */    uint32_t tag;    uint16_t module_api_version;#define version_major module_api_version    /**     * Presently, 0 is the only valid value. * 当前必须赋值为0     */    uint16_t hal_api_version;#define version_minor hal_api_version    /** 模块的module ID */    const char *id;    /** Name of this module */    const char *name;    /** Author/owner/implementor of the module */    const char *author;    /** Modules methods */    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 ，基本就是malloc设备结构体，并加上回调函数接口*/    int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,            struct hw_device_t** device);} hw_module_methods_t;

下面以名为ctp的 HAL stub为例，给出结构图来解释这些结构体之间的关系：

另外libhardware.so搜索stub的路径优先顺序为：先搜索/vendor/lib/hw目录，再搜索/system/lib/hw；

在每个路径下搜索stub的命名优先顺序为(其中name为定义的module ID，后一个参数为属性值):

<MODULE_ID>.$(ro.product.board).so例如led.trout.so

<MODULE_ID>.$(ro.board.platform).so例如led.msm7k.so

<MODULE_ID>.$(ro.arch).so例如led.ARMV6.so

若以上都未搜索到stub，那么就搜索/system/lib/hw/<MODULE_ID>.default.so

新框架总的思路：

具体来说：android frameworks中JNI调用/hardware/libhardware/hardware.c中定义的hw_get_module函数来获取硬件模块，然后调用硬件模块中的方法，硬件模块中的方法直接调用内核接口完成相关功能。

其中每一个module/stub的定义时都叫做HAL_MODULE_INFO_SYM，那么当系统中存在两个或者更多个使用了相同HAL Module Name的so的时候，不就混乱了么？

带着这个疑问查看 Android 源码，会发现 Android 中实现调用 HAL 是通过 hw_get_module 实现的。

int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module);

这是其函数原型， id 会指定 Hardware 的 id ，这是一个字符串，比如 sensor 的 id 是

#define SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID "sensors" ，如果找到了对应的 hw_module_t 结构体，会将其指针放入 *module 中。看看它的实现。。。。

/* 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) {

// 获取 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);

// 如果开发板叫做 mmdroid, 那么这里的 path 就是system/lib/hw/sensor.mmdroid.so

} else {

snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.default.so",

HAL_LIBRARY_PATH, id);// 默认会加载 /system/lib/hw/sensor.default.so

}

if (access(path, R_OK)) {

continue;

}

/* we found a library matching this id/variant */

break;

}

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);// 调用 load 函数打开动态链接库

}

获取了动态链接库的路径之后，就会调用 load 函数打开它，下面会打开它。

奥秘在 load 中

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);// 打开动态库

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;// 被定义为了“ HMI ”

hmi = (struct hw_module_t *)dlsym(handle, sym);// 查找“ HMI ”这个导出符号，并获取其地址

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 结构！！！

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);

}

// 凯旋而归

*pHmi = hmi;

return status;

}

从上面的代码中，会发现一个很奇怪的宏 HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR ，它直接被定义为了 #define HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR "HMI" ，为何根据它就能从动态链接库中找到这个 hw_module_t 结构体呢？我们查看一下我们用到的 hal 对应的 so 就可以了，在 linux 中可以使用 readelf XX.so –s 查看。

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

从上面中，第 24 个符号，名字就是“ HMI ”，对应于 hw_module_t 结构体。再去对照一下 HAL 的代码。

* 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: &copybit_module_methods

}

};

这里定义了一个名为 HAL_MODULE_INFO_SYM 的 copybit_module_t 的结构体， common 成员为hw_module_t 类型。注意这里的 HAL_MODULE_INFO_SYM 变量必须为这个名字，这样编译器才会将这个结构体的导出符号变为“ HMI ”，这样这个结构体才能被 dlsym 函数找到！

综上，我们知道了 andriod HAL 模块也有一个通用的入口地址，这个入口地址就是 HAL_MODULE_INFO_SYM变量，通过它，我们可以访问到 HAL 模块中的所有想要外部访问到的方法。

ref：Jerry_xianrui Android HAL(硬件抽象层)介绍以及调用

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