硬件抽象层——HAL

Posted 2020-07-27

（一）为什么要在android中加入HAL

Linux系统中Linux驱动有两种类型的代码：访问硬件寄存器的代码——调用的Linux内核的标准函数进行的标准操作

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  业务逻辑代码——有些企业或个人并不想将源代码公开

Google为了满足这些不想开源的Linux驱动作者的要求，在android层次结构中的系统运行库增加了一个HAL，注意HAL并不是Linux内核的一部分。

主要目的：统一硬件的调用接口

　　　　　解决了GPL版权问题

　　　　  针对一些特殊的要求

（二）Android HAL架构

调用HAL模块的代码并不需要直接装载.so文件，而只需要通过一个ID来定位相应的.so文件（这里叫做Stub）。在Stub和JNI之间还有一层Service程序库，该层的库文件使用android系统提供的调用HAL的机制访问HAL中的Service程序库（就是在这一层通过ID定位了HAL Library），然后Android应用程序再调用Service程序库。

（了解）（三）为LED驱动增加HAL

 应用程序不需要再关心Linux驱动和设备文件的交互方式，只需要像访问普通API一样就可以和Linux驱动进行交互，此次将所有业务逻辑从LED驱动移到HAL模块，LED驱动只保留读写寄存器的功能。

（1）编写一款支持HAL的Linux驱动程序的步骤：1.编写Linux驱动   Linux驱动的代码尽量简洁，尽可能将业务逻辑放到HAL Library中

                                                               2.编写HAL Library  这类库文件有一个接口，通过HAL_MODULE_INFO_SYM变量实现，Service Library就是通过这个接口中定义的ID定位HAL Library的

                                                               3.编写Service Library 

（2）精简LED驱动：实现LED驱动在设备文件的read和write函数中读写指定的寄存器。基本原理是只从指定寄存器读取或写入5个字节。第一个字节用于指定读写的动作以及寄存器类型。后4个字节是读写的实际的数据。在与LED驱动交互时，只要想设备文件读取或发送5个字节的数据，就可以读写指定的寄存器。

（3）测试读写寄存器操作：在编写Linux驱动以及与驱动相关的程序的过程中应分段测试每一部分程序，以便将当前编写的程序的Bug降到最低

（4）编写调用LED驱动的HAL模块：HAL模块中包含了LED驱动的所有业务逻辑，实际上，HAL模块也是普通的Linux共享库，只不过HAL模块可以被Android系统自动装载，而不是开发人员自己去装载.so文件。任何被系统自动调用的程序都会有一个标准的接口。例如，C语言可执行程序都会有一个main函数，系统在运行程序时会试想执行main函数。Linux驱动init函数与main函数的性质类似。在装载Linux驱动的过程中系统会调用init函数。HAL模块有一个固定名称的结构体变量HAL_MODULE_INFO_SYM ,因此可以被android系统自动调用。

         编写HAL模块的步骤和原理如下：

      第1步：定义结构体和宏

                 3个重要的结构体hw_module_t、hw_device_t、hw_module_methods_t

       第2步：编写HAL模块的open函数

                 Open函数是HAL模块的入口点。初始化hw_device_t的子结构体；打开设备文件；初始化寄存器

       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函数指针变量指定open入口函数

       第4步：定义HAL_MODULE_INFO_SYM变量

                 id表示HAL模块中Android系统中的标识。通过id找到并装载HAL模块。

                 methods变量需要指向第3步定义的hw_module_methods_t结构体的地址，当调用者通过id找到并装载HAL模块后，就会通过methods变量找到hw_module_methods_t结构体，并调用hw_module_methods_t.open函数。

       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，编写相应的函数

      

（5）编写调用HAL模块的Service

（6）HAL模块的存放路径和命名规则

       HAL模块通常存放在/system/lib/hw目录。文件名一般都有一个default。

（三）小结

       在Android系统中使用驱动有两种方式：一种是通过传统的方式直接与Linux驱动交互；另一种是Android特有的，就是通过HAL模块。高版本的Android系统为HAL增加了Stub，为每一个HAL共享库指定一个ID，再利用这个ID配合一定的规则找到Linux共享库。