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  • 第9章 硬件抽象层:HAL

    Android的硬件抽象层,简单来说,就是对Linux内核驱动程序的封装,向上提供接口,屏蔽低层的实现细节。也就是说,把对硬件的支持分成了两层,一层放在用户空间(User Space),一层放在内核空间(Kernel Space),其中,硬件抽象层运行在用户空间,而Linux内核驱动程序运行在内核空间。为什么要这样安排呢?把硬件抽象层和内核驱动整合在一起放在内核空间不可行吗?从技术实现的角度来看,是可以的,然而从商业的角度来看,把对硬件的支持逻辑都放在内核空间,可能会损害厂家的利益。我们知道,Linux内核源代码版权遵循GNU License,而Android源代码版权遵循Apache License,前者在发布产品时,必须公布源代码,而后者无须发布源代码。如果把对硬件支持的所有代码都放在Linux驱动层,那就意味着发布时要公开驱动程序的源代码,而公开源代码就意味着把硬件的相关参数和实现都公开了,在手机市场竞争激烈的今天,这对厂家来说,损害是非常大的。因此,Android才会想到把对硬件的支持分成硬件抽象层和内核驱动层,内核驱动层只提供简单的访问硬件逻辑,例如读写硬件寄存器的通道,至于从硬件中读到了什么值或者写了什么值到硬件中的逻辑,都放在硬件抽象层中去了,这样就可以把商业秘密隐藏起来了。也正是由于这个分层的原因,Android被踢出了Linux内核主线代码树中。大家想想,Android放在内核空间的驱动程序对硬件的支持是不完整的,把Linux内核移植到别的机器上去时,由于缺乏硬件抽象层的支持,硬件就完全不能用了,这也是为什么说Android是开放系统而不是开源系统的原因。

    撇开这些争论,学习Android硬件抽象层,对理解整个Android整个系统,都是极其有用的,因为它从下到上涉及到了Android系统的硬件驱动层、硬件抽象层、运行时库和应用程序框架层等等,下面这个图阐述了硬件抽象层在Android系统中的位置,以及它和其它层的关系:

    Android加入HAL主要有如下的目的:

    1.统一硬件的调用接口。由于HAL 有标准的调用接口,所以可以利用HAL:屏蔽Linux 驱动
    复杂、不统一的接口。
    2.解决了GPL版权问题。由于Linux 内核基于GPL协议,而Android 基于Apache Licence 2.0 协议.因此Google 玩了个“穿越“。将原本位于Linux驱动中的敏感代码向上移了一个层次。这样这些敏感代码就摆脱了GPL 协议的束缚, 那些不想开源的Linux驱动作者也就没必要开源了。
    3.针对一些特殊的要求。对于有些硬件,可能需要访问一些用户空间的资源,或在内核空间不方便完成的工作以及特殊需求。在这种情况下,可以利用位于用户空间的HAL 代码来辅助Linux驱动完成一些工作。

    编写一款支持HAL 的Linux 驱动程序的步骤

    第1 步:编写Linux 驱动

    第2 步:编写HAL Library

    第3 步:编写Service Library

    编写HAL 模块的步骤和原理

    第1步:定义结构体和宏

    编写HAL 模块需要使用到3 个非常重要的结构体( hw_module_t 、hw_device_t 和hw _ module_ methods_t ), 在第1步需要定义两个新的结构体, 这两个结构体的第1个变量的数据类型必须是hw_module_t 和hw_device_t。除此之外, 还需要为HAL 模块定义一个ID。

    第2步:编写HAL 模块的open函数

    open 函数是HAL 模块的入口点。

    第3步:定义hw_module_methods_ t 结构体变量

    HAL 模块需要hw_module_methods_t 结构体的open 函数指针交量指定open 入口函数。

    第4步: 定义HAL_MODULE_INFO_SYM 变量

    所有的HAL 模块都必须有一个HAL_MODULE_INFO_SYM 变量。

    第5步:编写HAL 模块的close 函数

    当HAL 模块被卸载后会调用close 函数。

    第6步:编写控制LED 的函数

    根据设备类型和功能的不同,这一步编写的函数也有所不同。

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