android开发中Fingerprint模块浅析

Posted 2022-04-23 JasonGaoH

一、Fingerprint上层总体架构

Fingerprint模块架构图如下，这里分为application，framework，fingerprintd和FingerprintHal这几个部分,不涉及指纹的IC库和驱动这部分,这部分逻辑由指纹厂商来实现，目前了解的并不多。

二、Fingerprint framework初始化流程

在系统开机的时候，会启动各种Service，包括FingerprintService。从下图的开机log（sys_log.boot）中可以看出：

FingerprintService的启动在SystemServer.java的startOtherService方法中：

/**
     * Starts a miscellaneous grab bag of stuff that has yet to be refactored
     * and organized.
     */
    private void startOtherServices() 
        final Context context = mSystemContext;
        VibratorService vibrator = null;
        IMountService mountService = null;
        .......
        //启动FingerprintService
        if (mPackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_FINGERPRINT)) 
            mSystemServiceManager.startService(FingerprintService.class);
        
        ......

这里会通过PackageManager来判断是否支持指纹功能，这个判断是N新加的，如果支持的话，需要在framework/native/data/ect/目录下添加android.hardware.fingerprint.xml来支持该功能，这样才能启动FingerprintService。

这里启动的时候，会将FingerprintService添加到ServiceManager中去，如下图：

将FingerprintService添加到ServiceManager中后，在SystemServiceRegistry.java中静态代码块中注册服务的时候，可以从ServiceManager中获取FingerprintService的Binder对象，从而可以构造出FingerprintManager对象，这样app端就可以通过Context来获取FingerprintManager对象。

这样，app端通过Context获取FingerprintManager，通过调用FingerprintManager的接口来实现相应的功能，FingerprintManager转调FingerprintService中方法，FingerprintService负责管理整个注册，识别、删除指纹、检查权限等流程的逻辑，FingerprintService调用fingerprintd的接口，通过fingerprintd和FingerprintHal层进行通信。

在FingerprintService的getFingerprintDaemon方法中有如下步骤：

//①获取fingerprintd

//②向fingerprintd注册回调函数mDaemonCallback

//③调用获取fingerprintd的openhal函数

//④建立fingerprint文件系统节点，设置节点访问权限，调用fingerprintd的setActiveGroup，将路径传下去。此路径一半用来存储指纹模板的图片等

public IFingerprintDaemon getFingerprintDaemon() 
        if (mDaemon == null) 
             //①获取fingerprintd
            mDaemon = IFingerprintDaemon.Stub.asInterface(ServiceManager.getService(FINGERPRINTD));
            if (mDaemon != null) 
                try 
                    mDaemon.asBinder().linkToDeath(this, 0);
                    //②向fingerprintd注册回调函数mDaemonCallback
                    mDaemon.init(mDaemonCallback);
                    //③调用获取fingerprintd的openhal函数
                    mHalDeviceId = mDaemon.openHal();
                    /*④建立fingerprint文件系统节点，设置节点访问权限，
                    调用fingerprintd的setActiveGroup，
                    将路径传下去。此路径一半用来存储指纹模板的图片等*/
                    if (mHalDeviceId != 0) 
                        updateActiveGroup(ActivityManager.getCurrentUser());
                     else 
                        Slog.w(TAG, "Failed to open Fingerprint HAL!");
                        mDaemon = null;
                    
                 catch (RemoteException e) 
                    Slog.e(TAG, "Failed to open fingeprintd HAL", e);
                    mDaemon = null; // try again later!
                
             else 
                Slog.w(TAG, "fingerprint service not available");
            
        
        return mDaemon;
    

1 FingerprintService在framework模块负责指纹的大部分逻辑，FingerprintService会在开机的时候初始化；

2 application调用framework通过FingerprintManager接口即可实现；

3 framework中FingerManager和FingerprintService的通信使用Binder机制实现，表现即使用aidl这个接口定义语言实现

4 framework调往fingerprintd的同样属于Binder通信，两者分属于不同的进程。不过这部分跟java层Binder处理有点不一样，是java层往native层的调用。

三、fingerprintd 部分的初始化

在system/core/fingerprintd目录下,有如下文件：

fingerprintd如果划分的比较细的话，可以分为四个部分：
1.fingerprintd.cpp   "负责将fingerprintd加入到ServiceManager中，以便FingerprintService能够获取"
2.IFingerprintDaemon.h/IFingerprintDaemon.cpp  "负责java层到fingerprintd的Binder通信"
3.FingerprintDaemonProxy.h/FingerprintDaemonProxy.cpp  "负责fingerprintd和Fignerprint hal层的通信"
4.IFingerprintDaemonCallback.h/IFingerprintDaemonCallback.cpp "负责将指纹的回调结果传给java层"

fingerprintd在init.rc有相应的开机启动脚本，所以一开机就会跑它的main函数。fingerprintd作为一个独立的进程运行，负责将Framework和Hal层的通信连接起来。

fingerprintd 的main函数就是将fingerprintd添加到servicemanager中管理。然后开了一个线程，等待binder消息。

四、接下来简单介绍下IFingerprintDaemon是如何跟framework通信的。

来看下IFingerprintDaemon.h文件：

17#ifndef IFINGERPRINT_DAEMON_H_
18#define IFINGERPRINT_DAEMON_H_
19
20#include <binder/IInterface.h>
21#include <binder/Parcel.h>
22
23namespace android 
24
25class IFingerprintDaemonCallback;
26
27/*
28* Abstract base class for native implementation of FingerprintService.
29*
30* Note: This must be kept manually in sync with IFingerprintDaemon.aidl
31*/
32class IFingerprintDaemon : public IInterface, public IBinder::DeathRecipient 
33    public:
34        enum 
35           AUTHENTICATE = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 0,
36           CANCEL_AUTHENTICATION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 1,
37           ENROLL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 2,
38           CANCEL_ENROLLMENT = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 3,
39           PRE_ENROLL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 4,
40           REMOVE = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 5,
41           GET_AUTHENTICATOR_ID = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 6,
42           SET_ACTIVE_GROUP = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 7,
43           OPEN_HAL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 8,
44           CLOSE_HAL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 9,
45           INIT = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 10,
46           POST_ENROLL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 11,
47           ENUMERATE = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 12,
48        ;
49
50        IFingerprintDaemon()  
51        virtual ~IFingerprintDaemon()  
52        virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const;
53
54        // Binder interface methods
55        virtual void init(const sp<IFingerprintDaemonCallback>& callback) = 0;
56        virtual int32_t enroll(const uint8_t* token, ssize_t tokenLength, int32_t groupId,
57                int32_t timeout) = 0;
58        virtual uint64_t preEnroll() = 0;
59        virtual int32_t postEnroll() = 0;
60        virtual int32_t stopEnrollment() = 0;
61        virtual int32_t authenticate(uint64_t sessionId, uint32_t groupId) = 0;
62        virtual int32_t stopAuthentication() = 0;
63        virtual int32_t remove(int32_t fingerId, int32_t groupId) = 0;
64        virtual int32_t enumerate() = 0;
65        virtual uint64_t getAuthenticatorId() = 0;
66        virtual int32_t setActiveGroup(int32_t groupId, const uint8_t* path, ssize_t pathLen) = 0;
67        virtual int64_t openHal() = 0;
68        virtual int32_t closeHal() = 0;
69
70        // DECLARE_META_INTERFACE - C++ client interface not needed
71        static const android::String16 descriptor;
72        static void hal_notify_callback(const fingerprint_msg_t *msg);
73;
74
75// ----------------------------------------------------------------------------
76
77class BnFingerprintDaemon: public BnInterface<IFingerprintDaemon> 
78    public:
79       virtual status_t onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply,
80               uint32_t flags = 0);
81    private:
82       bool checkPermission(const String16& permission);
83;
84
85 // namespace android
86
87#endif // IFINGERPRINT_DAEMON_H_

java层到fingerprintd的通信这里同样是采用binder方式，注意到上面IFingerprintDaemon.h第30行的NOTE，需要手动保证IFingerprintDaemon.h文件与IFingerprintDaemon.aidl文件一致，由于java层aidl文件编译时会自动编译成IFingerprintDaemon.java文件。

当添加接口来调用指纹底层暴露的接口，在IFingerprintDaemon.h文件中添加类似上面35行到68行的枚举，枚举的值需要与java层aidl自动生成的java文件中的枚举保持一致。另外还需要在上面68行处加上描述这些接口的纯虚函数（c++中的纯虚函数类似java的抽象方法，用于定义接口的规范，在C++中，一个具有纯虚函数的基类被称为抽象类）。

如下面截图对比，我们发现IFingerprintDaemon.cpp和java层aidl生成的IFingerprintDaemon.java在onTransact是基本一致的。这样我们也就明白了为什么上面说需要手动和IFingerprintDaemon.aidl保持同步了，这样方式类似我们平时在三方应用使用aidl文件，需要保持client端和server端aidl文件一致。

可以看到onTransact有四个参数
code ， data ，replay ， flags
code 是一个整形的唯一标识，用于区分执行哪个方法，客户端会传递此参数，告诉服务端执行哪个方法
data客户端传递过来的参数
replay服务器返回回去的值
flags标明是否有返回值，0为有（双向），1为没有（单向）

IFingerprintDaemon.aidl文件生成的IFingerprintDaemon.java文件

接着介绍下fingerprintd进程是如何和Fingerprint Hal层是如何传递数据的。

说到Hal层，即硬件抽象层，Android系统为HAL层中的模块接口定义了规范，所有工作于HAL的模块必须按照这个规范来编写模块接口，否则将无法正常访问硬件。

指纹的HAL层规范fingerprint.h在/hardware/libhardware/include/hardware/下可以看到。

我们注意到在fingerprint.h中定义了两个结构体，分别是fingerprint_device_t和fingerprint_module_t,如下图。

fingerprint_device_t结构体，用于描述指纹硬件设备；fingerprint_module_t结构体，用于描述指纹硬件模块。在FingerprintDaemonProxy.cpp就是通过拿到fingerprint_device_t这个结构体来和Fingerprint HAL层通信的。

当需要添加接口调用指纹底层时，在这个fingerprint.h中同样需要添加函数指针，然后通过FingerprintDaemonProxy.cpp中拿到这个fingerprint_device_t来调用fingerprint.h中定义的函数指针，也就相当于调用指纹HAL层。

我们重点看一下它的openHal（）函数。

openHal的方法这里主要看上面三个部分：

• ①根据名称获取指纹hal层模块。hw_module这个一般由指纹芯片厂商根据 fingerprint.h实现，hw_get_module是由HAL框架提供的一个公用的函数，这个函数的主要功能是根据模块ID(module_id)去查找注册在当前系统中与id对应的硬件对象，然后载入(load)其相应的HAL层驱动模块的*so文件。
• ②调用fingerprint_module_t的open函数
• ③向hal层注册消息回调函数，主要回调 注册指纹进度，识别结果，错误信息等等
• ④判断向hal层注册消息回调是否注册成功

目前关于指纹的上层流程大致就到这儿，指纹底层就不怎么介绍了，术业有专攻，和专业做指纹的还是有不少差距。