Android应用程序访问linux驱动第二步：实现并测试hardware层

不管是出于什么样地考虑，android系统终究是提供了hardware层来封装了对Linux的驱动的访问，同时为上层提供了一个统一的硬件接口和硬件形态。

一.Hardware概述

在Hardware层中的一个模块中，主要设计一下三个结构：

1. struct hw_module_t
2. struct hw_module_methods_t
3. struct hw_device_t
   这三个结构体的关系是这样的：我们在上层访问linux驱动时，需要首先获得hardware层的对应的module，使用hw_get_module()方法实现，这个函数通过给定模块的ID来寻找硬件模块的动态链接库，找到后使用load()函数打开这个库，并通过一个固定的符号：HAL_MODULE_INFO_SYM寻找hw_module_t结构体，我们会在hw_module_t结构体中会有一个methods属性，指向hw_module_methods_t结构体，这个结构体中会提供一个open方法用来打开模块，在open的参数中会传入一个hw_device_t**的数据结构，这样我们就可以把对模块的操作函数等数据保存在这个hw_device_t结构中，这样，这样用户可以通过hw_device_t来和模块交互。
   具体的说，我们在上层可以这样调用HAL层的module:
   xxx_module_t *module;
   hw_get_module(XXXID,(struct hw_module_t **)&module);
   以上两步我们就获得了对应ID的 hw_module_t结构体。
   struct xxx_device_t *device;
   module->methods->open(module,XXXID,(struct hw_device_t **)&device);
   这样我们就获得了hw_device_t结构体，通过hw_device_t结构体我们就可以访问HAL层对应的module了。
   这个思路很重要，后面我们测试我们的HAL层module的时候，就需要上面的代码。
   整个过程可用一张图展示：
   

二.使用Android HAL规范封装对Linux驱动的访问

在hardware/libhardware/modules新建hellotest目录，添加两个文件：hellotest.c 和 Android.mk

1.hellotest.c

这个文件把对linux驱动的访问封装成了Android要求的格式。

#include <hardware/hardware.h>  #include <hardware/hellotest.h>  #include <fcntl.h>  #include <errno.h>  #include <cutils/log.h>  #include <cutils/atomic.h>  #define DEVICE_NAME "/dev/hello" #define MODULE_NAME "HelloTest"  #define MODULE_AUTHOR "jinwei" #define LOG_TAG "HelloTest"  /* 定义LOG */#define LOGV(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_VERBOSE, LOG_TAG, __VA_ARGS__) #define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG , LOG_TAG, __VA_ARGS__)#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO  , LOG_TAG, __VA_ARGS__)#define LOGW(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_WARN  , LOG_TAG, __VA_ARGS__)#define LOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR  , LOG_TAG, __VA_ARGS__)/*打开和关闭设备的方法*/  static int hellotest_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name, struct hw_device_t** device);  static int hellotest_device_close(struct hw_device_t* device);  /*读写linux驱动的接口*/  static int hellotest_write_string(struct hellotest_device_t* dev, char * str);  static int hellotest_read_string(struct hellotest_device_t* dev, char **str);  /*模块方法结构体*/  static struct hw_module_methods_t hellotest_module_methods = {      open: hellotest_device_open  };  /*模块实例变量*/  struct hellotest_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {      common: {          tag: HARDWARE_MODULE_TAG,          version_major: 1,          version_minor: 0,          id: HELLOTEST_HARDWARE_MODULE_ID,          name: MODULE_NAME,          author: MODULE_AUTHOR,          methods: &hellotest_module_methods,      }  };  static int hellotest_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name, struct hw_device_t** device) {      struct hellotest_device_t* dev;    dev = (struct hellotest_device_t*)malloc(sizeof(struct hellotest_device_t));      if(!dev) {          LOGE("HelloTest: failed to alloc space");          return -EFAULT;      }      memset(dev, 0, sizeof(struct hellotest_device_t));      dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;      dev->common.version = 0;      dev->common.module = (hw_module_t*)module;      dev->common.close = hellotest_device_close;      dev->write_string = hellotest_write_string;    dev->read_string = hellotest_read_string;      if((dev->fd = open(DEVICE_NAME, O_RDWR)) == -1) {          LOGE("HelloTest: open /dev/hello fail-- %s.", strerror(errno));free(dev);          return -EFAULT;      }      *device = &(dev->common);       LOGI("HelloTest: open /dev/hello successfully.");      return 0;  }  static int hellotest_device_close(struct hw_device_t* device) {      struct hellotest_device_t* hello_device = (struct hellotest_device_t*)device;      if(hello_device) {          close(hello_device->fd);          free(hello_device);      }      return 0;  }  static int hellotest_write_string(struct hellotest_device_t* dev,char * str) {      LOGI("HelloTest:write string: %s", str);      write(dev->fd, str, sizeof(str));      return 0;  }  static int hellotest_read_string(struct hellotest_device_t* dev, char ** str) {       LOGI("HelloTest:read string: %s", *str);      read(dev->fd, *str, sizeof(*str));      return 0;  }  

这个程序就是把我们读写/dev/hello的代码做了一次封装而已，经过封装以后，我们有了hw_module_t，hw_module_methods_t，hw_device_t这三个结构体。正因为它如此规范，所以上层才可以按照这种规范的格式获取的hw_module_t结构体，进而使用hw_module_methods_t中的open函数获取hw_device_t结构体，然后使用hw_device_t结构体中的方法操作Linux驱动。

2.Android.mk

      LOCAL_PATH := $(call my-dir)      include $(CLEAR_VARS)      LOCAL_MODULE_TAGS := optional      LOCAL_PRELINK_MODULE := false      LOCAL_MODULE_PATH := $(TARGET_OUT_SHARED_LIBRARIES)/hw        LOCAL_SHARED_LIBRARIES += \    libcutils libutils liblog    LOCAL_LDLIBS:=  -L$(SYSROOT)/usr/lib -llog       LOCAL_SRC_FILES := hellotest.c      LOCAL_MODULE := hellotest.default      include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

LOCAL_MODULE 的值为hellotest.default，注意，一定要加上default,不然使用hw_get_module函数找不到我们的HAL模块。
然后在hardware/libhardware/include/hardware新建对应的头文件hellotest.h

3.hellotest.h

#ifndef ANDROID_HELLO_TEST_H  #define ANDROID_HELLO_TEST_H  #include <hardware/hardware.h>  __BEGIN_DECLS  /*定义模块ID，必须的，用与上层程序获取该模块*/  #define HELLOTEST_HARDWARE_MODULE_ID "hellotest"/*硬件模块结构体*/  struct hellotest_module_t {      struct hw_module_t common;  };  /*硬件接口结构体*/  struct hellotest_device_t {      struct hw_device_t common;      int fd;      int (*write_string)(struct hellotest_device_t* dev, char *str);      int (*read_string)(struct hellotest_device_t* dev, char ** str);  };  __END_DECLS  #endif  

做好这三个文件以后，我们就可以编译该模块了。进入到hardware/libhardware/modules目录，执行mm命令进行编译，编译后的文件如图所示：

三.写测试代码

封装好了我们的HAL层module以后，我希望立刻测试它是否正确运行，下面我们将写一个简单的C程序，用来测试module是否正确工作。
首先在hardware/libhardware/tests/目录下新建一个testhellotest目录，新增test.c和Android.mk文件：

1.test.c

#include <hardware/hardware.h>  #include <hardware/hellotest.h>  #include <fcntl.h>#include <stdio.h>struct hw_module_t * module;struct hw_device_t * device;int main(){    char *read_str;    char *write_str="nihao";    read_str = malloc(100);    printf("----begin main------\n");    if(hw_get_module(HELLOTEST_HARDWARE_MODULE_ID,(struct hw_module_t const **)&module)==0){        printf("get module sucess\n");    }else{        printf("get module fail\n");        return -1;    }    if(module->methods->open(module,HELLOTEST_HARDWARE_MODULE_ID,(struct hw_device_t const**)&device)==0){        printf("open module sucess\n");    }else{        printf("open module error\n");        return -2;    }    struct hellotest_device_t* dev = (struct hellotest_device_t *)device;    dev->read_string(dev,&read_str);    if(read_str == NULL){        printf("read error");    }else{        printf("read data: %s\n",read_str);    }    dev->write_string(dev,write_str);    printf("write data: %s\n",write_str);    dev->read_string(dev,&read_str);    if(read_str == NULL){        printf("read error");    }else{        printf("read data: %s\n",read_str);    }    printf("----end main------\n");return 0;}

测试的流程正如文章开头描述的那样，首先使用hw_get_module函数获得hw_module_t结构体，然后调用hw_module_methods_t结构体中的open方法过得hw_device_t结构体，然后使用hw_device_t结构体中的read_string和write_string方法与linux驱动交互。注意,驱动的打开是在hw_module_methods_t结构体中的open方法中做的。

2.Android.mk

      LOCAL_PATH := $(call my-dir)      include $(CLEAR_VARS)      LOCAL_MODULE_TAGS := optional      LOCAL_MODULE := my_test    LOCAL_LDLIBS:=  -lhardware      LOCAL_SRC_FILES := $(call all-subdir-c-files)      include $(BUILD_EXECUTABLE)

然后进入到该目录执行mm命令进行编译，编译后生成文件如图所示：

四.测试

1.把生成的hellotest.default.so文件拷贝到android设备的/system/lib/hw目录下，这需要root权限，没有root权限请自行解决。
2.获得root权限后会提示/system是一个只读文件系统，所以需要重新挂载为可读可写的文件系统，执行mount -o remount,rw /system 即可。
3.修改hellotest.default.so文件的的权限为644，执行chmod 644 /system/lib/dw/hellotest.default.so
4.装载上一节实现的hello.ko驱动：insmod hello.ko
5.把生成的my_test可执行文件拷贝的android设备上，建议push my_test /data
6.给my_test文件添加可执行权限. chmod +x my_test
7.执行my_test。 ./my_test
打印如下：
—-begin main——
get module sucess
open module sucess
read data: hello
write data: nihao
read data: nihao
—-end main——
可见，测试成功。
如果有问题，可以使用logcat看下HAL层的打印，看看问题出在什么地方。