Android 基础学习(1) ---- Android HAL

HAL层概述

        硬件抽象层(HAL) 是介于android framework 和Linux 内核之间抽象出来的一种结构,它是对Linux 驱动的一种封装,对上层提供统一的接口,上层应用不需要知道下层硬件是如何实现的,屏蔽了底层实现的细节。

    通过HAL 层,android 分两层来支持硬件驱动,其中一层在用户空间,另外一层在内核空间中,传统的linux 系统是将对硬件的支持和管理全部放在内核空间中,对不同厂商的硬件支持全部放在硬件驱动模块之中。

HAL 层的建立原因

        为什么要在android 空间新建一个HAL层来支持硬件设备,主要原因还是因为Android 使用的开源协议是Apache Liscence,这个协议比较宽松,允许开发者获得并且修改了源代码之后,不公布源代码,而linux 使用的是开源协议GPL,它的限制比较多,它要求开发者添加或者修改了源码之后,必须把添加或者修改后的源码公布出来。

         如果 Android 系统像其他 Linux 系统一样,把对硬件的支持完全实现在 Linux 内核的驱动模块中,那么硬件厂商就必须将这些硬件驱动源码公开,这样就可能损害到移动厂商的利益,因为这相当于暴露了硬件的实现细节和参数。

         所以,Android 就在用户空间搞了一个 HAL 层,将硬件的一些重要的操作都放在这一层中完成,这些操作都封装在厂商所提供的一个动态链接库中,从而达到了避免源码公开的目的,而底层 Linux 内核空间中的设备驱动模块,现在则只提供一些最基本的硬件设备寄存器操作的功能。

hal stub 框架图

HAL 层框架分析

要实现一个Android 的HAL,需要实现下面这三个结构体

hw_module_t : 用来描述硬件模块

hw_device_t : 用来描述硬件设备

hw_module_methods_t: 用来打开硬件模块中包含硬件设备,获得指向硬件设备结构体的指针

重要规则: 代码路径:/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h

hw_module_t

每个硬件模块中都要定义一个名字叫做 HAL_MODULE_INFO_SYM 结构体变量,而这结构体变量中的第一个成员必须是 hw_module_t 类型。也就是说,每个硬件模块都要自己实现一个结构体,但是这个结构体的第一个成员必须是 hw_module_t 结构体类型。

        这里有一种继承的思想,hw_module_t 是一个基类,描述所有硬件模块都应该具有的一些属性,具体到某个具体的硬件模块实现时,都需要继承hw_module_t 结构,也就是说hw_module_t 是所有特定硬件模块的父类。

hw_module_methods_t     代码路径:/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h

hw_module_t 中包含一个hw_module_methods_t 的结构体指hw_module_methods_t 这个结构定义了一个重要的open函数指针,需要硬件厂商去实现

int (*open)(const struct hw_module_t*module, const char* id,

struct hw_device_t** device);

hw_device_t  

代码路径:/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h

        hw_device_t是在hw_module_t 中open 函数返回的一个结构,它用来描述所有硬件设备的属性,所有硬件设置相关的接口也会在这里实现,

        和hw_module_t 类似,hw_device_t 也可以看做是一个基类,描述了所有硬件设备应该具有的属性,然后具体到某个特定的硬件设备实现时,都需要继承相应的hw_device_t 结构,所以,每个HAL层硬件设备对应的结构体重的第一个成员必须是hw_device_t

三者之间的继承关系如下:

继承关系图


HAL 层的上层调用接口

代码路径:hardware\libhardware\hardware.c

HAL 层上层调用的接口比较简单,函数hw_get_module,关键的逻辑是

查找相关的库文件,HAL 层库的命名和存放路径有一套规则:

库文件命名形式:id.variant.so

比如:

 * led.trout.so

 * led.msm7k.so

 * led.ARMV6.so

 * led.default.so

variant 按照先后从下面的property中获取:

"ro.hardware",  

"ro.product.board",

"ro.board.platform",

"ro.arch"

“default”

查找路径规则:

64bitsystem

#defineHAL_LIBRARY_PATH1 "/system/lib64/hw"

#define HAL_LIBRARY_PATH2 "/vendor/lib64/hw"

#define HAL_LIBRARY_PATH3 "/odm/lib64/hw"

32bitsystem

#define HAL_LIBRARY_PATH1 "/system/lib/hw"

#define HAL_LIBRARY_PATH2 "/vendor/lib/hw"

#define HAL_LIBRARY_PATH3 "/odm/lib/hw"

使用load 加载函数库,通过dlsym 找到相关的hal_module_info 的地址


总结:

HAL 层是Android 系统为了规避GPL 协议在用户空间实现的一套驱动代码,上层提供驱动接口,屏蔽底层细节,对下对接Linux 内核驱动

HAL 框架关键的结构是hw_module_t   hw_module_methods_t    hw_device_t用C语言实现了继承的一种关系,一般定义自己的device类型,继承hw_device_t结构

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