android HAL 理解

偏执的太偏执、 2022-08-08 19:40 139阅读 0赞

## 一、概述  ##

本文希望通过分析台湾的Jollen的mokoid 工程代码，解析Andorid HAL的开发方法。

## 二、HAL介绍 ##

现有HAL架构由Patrick Brady (Google) 在2008 Google I/O演讲中提出的，如下图。

![0_1291703940H3TJ.gif][]

Android的HAL是为了保护一些硬件提供商的知识产权而提出的，是为了避开linux的GPL束缚。思路是把控制硬件的动作都放到了Android HAL中，而linux driver仅仅完成一些简单的数据交互作用，甚至把硬件寄存器空间直接映射到user space。而Android是基于Aparch的license，因此硬件厂商可以只提供二进制代码，所以说Android只是一个开放的平台，并不是一个开源的平台。也许也正是因为Android不遵从GPL，所以Greg Kroah-Hartman才在2.6.33内核将Andorid驱动从linux中删除。GPL和硬件厂商目前还是有着无法弥合的裂痕。Android想要把这个问题处理好也是不容易的。

总结下来，Android HAL存在的原因主要有：

1. 并不是所有的硬件设备都有标准的linux kernel的接口

2. KERNEL DRIVER涉及到GPL的版权。某些设备制造商并不原因公开硬件驱动，所以才去用HAL方 式绕过GPL。

3. 针对某些硬件，An有一些特殊的需求

## 三、HAL内容 ##

### 1、HAL 主要的储存于以下目录： ###

（注意：HAL在其它目录下也可以正常编译）

l libhardware\_legacy/ - 旧的架构、采取链接库模块的观念进行

l libhardware/ - 新架构、调整为 HAL stub 的观念

l ril/ - Radio Interface Layer

l msm7k QUAL平台相关

主要包含以下一些模块：Gps、Vibrator、Wifi、Copybit、Audio、Camera、Lights、Ril、Overlay等。

**2、两种 HAL 架构比较**

目前存在两种HAL架构，位于libhardware\_legacy目录下的“旧HAL架构”和位于libhardware目录下的“新HAL架构”。两种框架如下图所示。

![0_1291704236qUJ1.gif][]![0_1291704381b1FK.gif][]

图3.1 旧HAL架构 图3.2 新HAL架构

libhardware\_legacy 是将 \*.so 文件当作shared library来使用，在runtime（JNI 部份）以 direct function call 使用 HAL module。通过直接函数调用的方式，来操作驱动程序。当然，应用程序也可以不需要通过 JNI 的方式进行，直接加载 \*.so （dlopen）的做法调用\*.so 里的符号（symbol）也是一种方式。总而言之是没有经过封装，上层可以直接操作硬件。

现在的libhardware 架构，就有stub的味道了。HAL stub 是一种代理人（proxy）的概念，stub 虽然仍是以 \*.so檔的形式存在，但HAL已经将 \*.so 档隐藏起来了。Stub 向 HAL提供操作函数（operations），而 runtime 则是向 HAL 取得特定模块（stub）的 operations，再 callback 这些操作函数。这种以 indirect function call 的架构，让HAL stub 变成是一种包含关系，即 HAL 里包含了许许多多的 stub（代理人）。Runtime 只要说明类型，即 module ID，就可以取得操作函数。对于目前的HAL，可以认为Android定义了HAL层结构框架，通过几个接口访问硬件从而统一了调用方式。

Android的HAL是为了保护一些硬件提供商的知识产权而提出的，是为了避开linux的GPL束缚。思路是把控制硬件的动作都放到了 Android HAL中，而linux driver仅仅完成一些简单的数据交互作用，甚至把硬件寄存器空间直接映射到user space。而Android是基于Aparch的license，因此硬件厂商可以只提供二进制代码，所以说Android只是一个开放的平台，并不是一个开源的平台。也许也正是因为Android不遵从GPL，所以Greg Kroah-Hartman才在2.6.33内核将Andorid驱动从linux中删除。GPL和硬件厂商目前还是有着无法弥合的裂痕。Android 想要把这个问题处理好也是不容易的。

总结下来，Android HAL存在的原因主要有：

1. 并不是所有的硬件设备都有标准的linux kernel的接口

2. KERNEL DRIVER涉及到GPL的版权。某些设备制造商并不原因公开硬件驱动，所以才去用HAL方式绕过GPL。

3. 针对某些硬件，Android有一些特殊的需求.

HAL stub的框架比较简单，三个结构体、两个常量、一个函数，简称321架构，它的定义在：

@hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h

@hardware/libhardware/hardware.c

2 与接口相关的几个结构体

首先来看三个与HAL对上层接口有关的几个结构体：

[?][Link 1]

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 
    <div>
      1 
    </div> 
    <div>
      2 
    </div> 
    <div>
      3 
    </div> </td> 
   <td> 
    <div> 
     <div> 
      <code>struct</code> 
      <code>hw_module_t;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; </code> 
      <code>//模块类型</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>struct</code> 
      <code>hw_module_methods_t;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; </code> 
      <code>//模块方法</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>struct</code> 
      <code>hw_device_t;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; </code> 
      <code>//设备类型</code> 
     </div> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

这几个数据结构是在Android工作目录/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h文件中定义.

**\[cpp\]** [ view plain][view plain][copy][view plain][![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE][![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1]

1.  /\* 
2.  每一个硬件都通过hw\_module\_t来描述，我们称之为一个硬件对象。你可以去“继承”这个hw\_module\_t，然后扩展自己的属性，硬件对象必须定义为一个固定的名字：HMI，即：Hardware Module Information的简写，每一个硬件对象里都封装了一个函数指针open用于打开该硬件，我们理解为硬件对象的open方法，open调用后返回这个硬件对应的Operation interface。
3.  \*/
4.  struct hw\_module\_t｛ 
5.   uint32\_t tag; // 该值必须声明为HARDWARE\_MODULE\_TAG
6.   uint16\_t version\_major; // 主版本号
7.   uint16\_t version\_minor; // 次版本号
8.  const char \*id; //硬件id名，唯一标识module
9.  const char \*name; // 硬件module名字
10. const char \* author; // 作者
11. struct hw\_module\_methods\_t\* methods; //指向封装有open函数指针的结构体
12. void\* dso; // module’s dso
13.  uint32\_t reserved\[32-7\]; // 128字节补齐
14. ｝; 
15. 
16. /\* 
17. 硬件对象的open方法描述结构体，它里面只有一个元素：open函数指针
18. \*/
19. struct hw\_module\_methods\_t\{ 
20. // 只封装了open函数指针
21. int (\*open)(const struct hw\_module\_t\* module, const char \* id, 
22. struct hw\_device\_t\*\* device); 
23. \}; 
24. 
25. /\*
26. 硬件对象hw\_module\_t的open方法返回该硬件的Operation interface，它由hw\_device\_t结构体来描述，我们称之为：该硬件的操作接口
27. \*/
28. struct hw\_device\_t\{ 
29.  uint32\_t tag; // 必须赋值为HARDWARE\_DEVICE\_TAG
30.  uint32\_t version; // 版本号
31. struct hw\_module\_t\* module; // 该设备操作属于哪个硬件对象，可以看成硬件操作接口与硬件对象的联系
32.  uint32\_t reserved\[12\]; // 字节补齐
33. int (\*close)(struct hw\_device\_t\* device); // 该设备的关闭函数指针，可以看做硬件的close方法
34. \};

由以上内容可以看出(typedef struct hw\_module\_t ,typedef struct hw\_device\_t)，如果我们要写一个自定义设备的驱动的HAL层时，我们得首先自定义两个数据结构:  
假设我们要做的设备名为XXX:

在头文件中定义:XXX.h

[?][Link 1]

注:特别注意xxx\_device\_t的结构定义，这个才是HAL向上层提供接口函数的数据结构,其成员就是我们想要关心的接口函数.

接下来我们在实现文件XXX.c文件中定义一个xxx\_module\_t的变量:

[?][Link 1]

注意到上面有HAL\_MODULE\_INFO\_SYM变量的成员common中包含一个函数列表xxx\_module\_methods,而这个成员函数列表是在本地自定义的。那么这个成员函数列是不是就是HAL向上层提供函数的地方呢？很失望，不是在这里，前面我们已经说过了，是在 xxx\_device\_t中定义的,这个xxx\_module\_methods实际上只提供了一个open函数，就相当于只提供了一个模块初始化函数.其定义如下:

[?][Link 1]

注意到，上边的函数列表中只列出了一个xxx\_device\_open函数，这个函数也是需要在本地实现的一个函数。前面说过，这个函数只相当于模块初始化函数。

那么HAL又到底是怎么将xxx\_device\_t中定义的接口提供到上层去的呢?

且看上面这个函数列表中唯一的一个xxx\_device\_open的定义:

[?][Link 1]

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">1</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">2</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">3</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">4</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">5</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">6</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">7</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">8</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">9</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">10</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">11</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">12</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">13</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">14</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">15</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">16</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">17</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">18</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">19</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">20</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">21</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">22</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">23</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">24</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">25</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">26</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">27</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">28</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">29</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">30</span> 
    </div> 
    <div> 
     <span style="font-size:18px">31</span> 
    </div> </td> 
   <td> 
    <div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>static</code> <code>int</code> <code>xxx_device_open(</code><code>const</code> <code>struct</code> <code>hw_module_t* module, </code><code>const</code> <code> char</code><code>* name, </code><code>struct</code> <code>hw_device_t** device) { </code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>struct</code> <code>xxx_device_t* dev;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>dev = (</code><code>struct</code> <code>hello_device_t*)</code><code>malloc</code><code>(</code><code>sizeof</code><code>(</code><code>struct</code> <code>xxx_device_t));</code><code>//动态分配空间</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(!dev) { </code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>LOGE(</code><code>"Hello Stub: failed to alloc space"</code><code>);</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code> <code>-EFAULT;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px">&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>memset</code><code>(dev, 0, </code><code>sizeof</code><code>(</code><code>struct</code> <code>xxx_device_t));</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//对dev-&gt;common的内容赋值，</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>dev-&gt;common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>dev-&gt;common.version = 0;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>dev-&gt;common.module = (hw_module_t*)module;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>dev-&gt;common.close = xxx_device_close;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//对dev其它成员赋值</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>dev-&gt;set_val = xxx_set_val;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>dev-&gt;get_val = xxx_get_val;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px">&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>((dev-&gt;fd = open(DEVICE_NAME, O_RDWR)) == -1) { </code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>LOGE(</code><code>"Hello Stub: failed to open /dev/hello -- %s."</code><code>, </code><code>strerror</code><code>(</code><code>errno</code><code>));</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>free</code><code>(dev);</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code> <code>-EFAULT;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//输出&amp;(dev-&gt;common),输出的并不是dev,而是&amp;(dev-&gt;common)!(common内不是只包含了一个close接口吗?)</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>*device = &amp;(dev-&gt;common);</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>LOGI(</code><code>"Hello Stub: open /dev/hello successfully."</code><code>);</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px">&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code> <code>0;</code></span> 
     </div> 
     <div> 
      <span style="font-size:18px"><code>}</code></span> 
     </div> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

经验告诉我们，一般在进行模块初始化的时候，模块的接口函数也会“注册”，上面是模块初始化函数，那么接口注册在哪？于是我们找到\*device =&(dev->common);这行代码，可问题是，这样一来，返回给调用者不是&(dev->common)吗？而这个 dev->common仅仅只包含了一个模块关闭接口！到底怎么回事？为什么不直接返回dev,dev下不是提供所有HAL向上层接口吗?

在回答上述问题之前，让我们先看一下这xxx\_device\_open函数原型,还是在hardware.h头文件中,找到下面几行代码:

[?][Link 1]

这是方法列表的定义，明确要求了方法列表中有且只一个open方法，即相当于模块初始化方法，且，这个方法的第三个参数明确指明了类型是struct hw\_device\_t \*\*,而不是用户自定义的xxx\_device\_t,这也就是解译了在open函数实现内为什么输出的是&(dev->common)而不是dev了，原来返回的类型在hardware.h中的open函数原型中明确指出只能返回hw\_device\_t类型.

可是，dev->common不是只包含close接口吗？做为HAL的上层，它又是怎么"看得到"HAL提供的全部接口的呢?

接下来，让我们来看看做为HAL上层，它又是怎么使用由HAL返回的dev->common的:

参考: [ 在Ubuntu为Android硬件抽象层（HAL）模块编写JNI方法提供Java访问硬件服务接口][_Ubuntu_Android_HAL_JNI_Java] 这篇文章,从中可以看到这么几行代码：

[?][Link 1]

由此可见，返回的&(dev->common)最终会返回给struce hello\_device\_t \*\*类型的输出变量device,换句话说，类型为hw\_device\_t的dev->common在初始化函数open返回后，会强制转化为 xxx\_device\_t来使用，终于明白了，原来如此！另外，在hardware.h中对xxx\_device\_t类型有说明，要求它的 第一个成员的类型必须是hw\_device\_t，原来是为了HAL上层使用时的强制转化的目的，如果xxx\_device\_t的第一个成员类型不是hw\_device\_t，那么HAL上层使用中强制转化就没有意义了，这个时候，就真的“看不到”HAL提供的接口了.

此外，在hardware.h头文件中，还有明确要求定义xxx\_module\_t类型时，明确要求第一个成员变量类型必须为hw\_module\_t，这也是为了方便找到其第一个成员变量common,进而找到本地定义的方法列表，从而调用open函数进行模块初始化.

综上所述，HAL是通过struct xxx\_device\_t这个结构体向上层提供接口的.

即：接口包含在struct xxx\_device\_t这个结构体内。

而具体执行是通过struct xxx\_module\_t HAL\_MODULE\_INFO\_SYM这个结构体变量的函数列表成员下的open函数来返回给上层的.

文章出处：[http://blog.csdn.net/flydream0/article/details/7086273][http_blog.csdn.net_flydream0_article_details_7086273]

[http://blog.csdn.net/mr\_raptor/article/details/8074549  
][http_blog.csdn.net_flydream0_article_details_7086273]

[0_1291703940H3TJ.gif]: /images/20220731/f97b58e2195040da8dbe0c2770023228.png
[0_1291704236qUJ1.gif]: http://hi.csdn.net/attachment/201012/7/0_1291704236qUJ1.gif
[0_1291704381b1FK.gif]: /images/20220731/3c8ec58b554a4029ad63bf00bc3d7203.png
[Link 1]: http://www.open-open.com/lib/view/open1325474381453.html#
[view plain]: http://blog.csdn.net/mr_raptor/article/details/8074549#
[CODE]: https://code.csdn.net/assets/CODE_ico.png
[CODE_CODE]: https://code.csdn.net/snippets/295705
[ico_fork.svg]: https://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg
[ico_fork.svg 1]: https://code.csdn.net/snippets/295705/fork
[_Ubuntu_Android_HAL_JNI_Java]: http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6575988
[http_blog.csdn.net_flydream0_article_details_7086273]: http://blog.csdn.net/flydream0/article/details/7086273