Android HAL 层框架分析(一)

清疚 2023-07-15 11:30 8阅读 0赞

作为一个搞android驱动或者说搞底层的人，我觉得对于hal那是必须要掌握的，而且必须达到一定深度，于是我总结了一下，将整个自己的分析思路写下来。

主要是看android源代码，根据源代码得到的思路。(看源代码比看什么著作书籍都管用)

android HAL是什么？为什么有它？

硬件抽象层是介于android内核kernel和上层之间的抽象出来的一层结构。他是对linux驱动的一个封装，对上层提供统一接口，上层应用不必知道下层硬件具体怎么实现工作的，它屏蔽了底层的实现细节。

它在整个android架构中的位置如下图所示：

![format_png][]

传统的linux对硬件的操作基本上在内核空间的linux驱动程序中实现了，那么现在为什么那么多此一举把对硬件的操作分为两部分，hal和linux驱动呢？

而且hal属于用户空间，linux驱动属于内核空间。其实并不多余。那么为什么要高出这么个东西，理由是很多的：

1.谷歌搭好了hal的框架，为上层framework打通过jni调用hal提供了统一的api，硬件开发商或者移植人员只需要按照框架开发即可，无需话费精力在与上层的交互上的实现上，将精力放在hal层本身的实现上即可。

2.从商业角度，许多硬件厂商不愿意将自己硬件相关一些核心的东西开源出去，假如将对自己硬件的驱动程序全部放入内核空间驱动程序实现，那么必须遵循GPL协议，是必需开源的。有了HAL层之后，他们可以把一些核心的算法之类的东西的实现放在HAL层，而hal层位于用户空间，不属于linux内核，和android源码一样遵循的是appache协议，这个是可以开源或者不开的。

搞清楚了hal的存在意义，下面来根据hal层源码分析一下hal到底是怎么样个架构和实现原理，深入剖析一下。

android hal层的代码主要位于/hardware/libhardware下面我们从上往下走。

在hal层中，各类硬件的都是以硬件模块的形式描述的hal层中是用hw\_module\_t结构体来描述的，而每一类硬件模块中又有各个独立的硬件，hal中是用hw\_device\_t结构体来描述的。

上层app通过jni调用硬件时，首先得获取到hw\_module\_t结构体，也即是硬件模块，有了这个才能再对硬件进行操作。那么我们来看看看看这两个结构体定义是什么样子的。

它们的定义在/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h里面。

a. hw\_module\_t表示硬件模块，它主要包含了一些硬件模块的信息，结构体的定义：

/**
     * Every hardware module must have a data structure named HAL_MODULE_INFO_SYM
     * and the fields of this data structure must begin with hw_module_t
     * followed by module specific information.
     */
    typedef struct hw_module_t {
        /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */
        uint32_t tag;  //tag，根据引文注释可以看到必须被初始化为HARDWARE_MODULE_TAG
    
        /** major version number for the module */
        uint16_t version_major;//主版本号
    
        /** minor version number of the module */
        uint16_t version_minor;//次版本号
    
        /** Identifier of module */
        const char *id;//模块id字符串
    
        /** Name of this module */
        const char *name;//模块名
    
        /** Author/owner/implementor of the module */
        const char *author;//作者
    
        /** Modules methods */
        struct hw_module_methods_t* methods;//硬件模块方法结构体
    
        /** module's dso */
        void* dso;//打开硬件模块的库时得到的句柄
    
        /** padding to 128 bytes, reserved for future use */
        uint32_t reserved[32-7];
    
    } hw_module_t;

前面tag，name那几个成员属性就不说了，看了注释相信大家都知道了，下面看看hw\_module\_methods\_t,这个指针methods它指向的是与本硬件模块相关的方法的结构体，里面不用看可以猜出肯定有一些函数指针，但是它里面只有一个函数指针。可以看看定义：

1 typedef struct hw_module_methods_t {
    2     /** Open a specific device */
    3     int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,//打开硬件设备函数指针
    4             struct hw_device_t** device);
    5 
    6 } hw_module_methods_t;

我们可以看到确实只有一个函数指针，open它是打开硬件模块中硬件设备的函数。

然后是成员void\* dso，它是打开硬件模块相关的额设备之后返回的句柄给它，这个在后面看hw\_get\_module函数源码的时候你就会明白。

b. 下面我们再来看看hw\_device\_t结构体,这个结构体主要是用来描述模块中硬件设备的属性信息什么的。一个硬件模块可能有多个硬件设备。

比如说，传感器模块，sensor\_module,是一个硬件模块，但是手机中的传感器就对应的有好多种，比如加速度acc\_sensor,磁传感器M\_sensor等，那么他们都属于sensor\_module,但是他们有都有自己的

hw\_device\_t结构体来描述。hw\_device\_t定义：

1 /**
     2  * Every device data structure must begin with hw_device_t
     3  * followed by module specific public methods and attributes.
     4  */
     5 typedef struct hw_device_t {
     6     /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */
     7     uint32_t tag;   //设备tag
     8 
     9     /** version number for hw_device_t */
    10     uint32_t version;//版本
    11 
    12     /** reference to the module this device belongs to */
    13     struct hw_module_t* module;//本设备归属的硬件模块
    14 
    15     /** padding reserved for future use */
    16     uint32_t reserved[12];//保留
    17 
    18     /** Close this device */
    19     int (*close)(struct hw_device_t* device);//关闭设备的函数指针
    20 
    21 } hw_device_t;

其中，第三个成员module指向的是这个设备归属的硬件模块结构体。

最后一个函数指针close指向的肯定是关闭设备的函数。

恩，到此，hal的主要的两个结构体讲完了，下一篇我们继续，将结合源码，看看hal层到底是怎么工作的，看看上层怎么获取到硬件模块，硬件设备的，到底是怎么加载解析动态共享库的。

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