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Hal 层添加访问 linux 驱动的接口

2023-09-15 529 推广

写给应用开发的 Android Framework 教程是一个系列教程，目前已更新以下内容：

本文基于 AOSP Android10 r41 源码环境

1. Android O 后的 HAL —— Treble 计划

在 Android O 以前，framework 与 hal 是紧耦合的存在于 system.img 中，因此进行版本升级时需要: OEM 厂商适配 framework ，SoC 厂商适配 hal， 之后将修改打包到system.img，生成 OTA 升级包，推送到手机进行 OTA 升级。

​在 Android O 以后，framework 与 hal 进行了解耦， framework 存在于system.img，hal 存在于 vendor.img ，进行版本升级时，分为两次升级:

  • framework 升级： OEM 厂商适配 framework，将修改打包到system.img， 生成OTA 升级包，推送到手机进行OTA 升级(framework 发生改变，hal 层未变)。
  • hal 升级：SoC 厂商适配 hal， 将修改打包到 vendor.img, 生成 OTA 升级包，推送到手机进行 OTA 升级(framework发生改变，hal 层发生改变)。

要实现 Android O 以后的升级方式，需要保证 System 分区与 Vendor 分区之间的接口稳定，Android O 中提供了多种技术来维护这个接口的稳定性，其中最主要的是：

  • VNDK：System 分区中的库，这些库 Vendor 分区可能会使用到，这些库由 google 维护和保持其对外的稳定性。
  • HIDL：Vendor 分区通过 HIDL 方式来对外提供使用接口，需要 SOC 厂商维护其对外接口的稳定性。

接下来我们就来看看 HIDL 在 HAL 层中的使用。

2. Hal 层的实现

源码可以在 https://github.com/yuandaimaahao/AndroidFrameworkTutorial/tree/main/4.Hal%E4%B8%8E%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E6%9C%8D%E5%8A%A1/src/HelloHidl_Bindered 这里下载到。

首先我们需要将 Linux 驱动开发入门 中介绍的 hello 驱动添加到内核中，接着在看下面的操作：

2.1 Hal 协议实现

Hal 层的实现一般放在 vendor 目录下，我们在 vendor 目录下创建如下的目录:

mkdir -p jelly/hardware/interface/hello_hidl/1.0

接着在 vendor/jelly/hardware/interface/hello_hidl/1.0 目录下创建 Hal 文件;

IHello.hal :

//定义包名，最后跟一个版本号
package jelly.hardware.hello_hidl@1.0;
//定义 hidl 服务对外提供的接口
interface IHello {
    //for test，generates 后面跟的是返回类型
    addition_hidl(uint32_t a,uint32_t b) generates (uint32_t total);
    //写 hello 驱动
    write(string name) generates (uint32_t result);
    //读 hello 驱动
    read() generates (string name);
};

这里的 IHello.hal 定义了我们的服务对外提供了哪些函数。可以认为这就是我们服务的对外协议。协议一般定义好就不会再修改，以保持对外的稳定性。

关于 hal 的写法，可以参考官方的文档，另外也可以参考 hardware 目录下系统自带的 hal 的写法。

2.2 hal 文件生成 C++ 源文件

接着我们使用 hidl-gen 命令将我们写的 hal 文件转换为 C++ 文件：

source build/envsetup.sh
PACKAGE=jelly.hardware.hello_hidl@1.0
LOC=vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/default
hidl-gen -o $LOC -Lc++-impl -rjelly.hardware:vendor/jelly/hardware/interfaces $PACKAGE

接着就会生成一些 C++ 代码：

在 vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/default 目录下会生成 Hello.cpp 和 Hello.h

在 out/soong/.intermediates/vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/jelly.hardware.hello_hidl@1.0_genc++/gen/jelly/hardware/hello_hidl/1.0 中生成了如下代码：

在 out/soong/.intermediates/vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/jelly.hardware.hello_hidl@1.0_genc++_headers/gen/jelly/hardware/hello_hidl/1.0 中生成了如下代码：

接着修改 vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/default 目录下生成的 Hello.cpp:

// FIXME: your file license if you have one

#include "Hello.h"
#include <log/log.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

namespace jelly {
namespace hardware {
namespace hello_hidl {
namespace V1_0 {
namespace implementation {

// Methods from ::jelly::hardware::hello_hidl::V1_0::IHello follow.
Return<uint32_t> Hello::addition_hidl(uint32_t a, uint32_t b) {
    ALOGE("hello_hidl service is init success....a :%d,b:%d",a,b);
    return uint32_t {};
    return uint32_t {};
}

Return<uint32_t> Hello::write(const hidl_string& name) {

    int fd = open("/dev/hello", O_RDWR);
    if (fd == -1)
    {
        printf("can not open file /dev/hello\n");
        return  uint32_t { 0 };
    }

    ::write(fd, name.c_str(), 100);

    close(fd);
    return uint32_t { 1 };
}

//通过 read_cb function 回调函数，回传数据
Return<void> Hello::read(read_cb _hidl_cb) {
    char buf[100];
    int fd = open("/dev/hello", O_RDWR);
    if (fd == -1)
    {
        printf("can not open file /dev/hello\n");
        return Void();
    }

    ::read(fd, buf, 100);

    hidl_string result(buf);
    _hidl_cb(result);

    close(fd);
    return Void();
}

}  // namespace implementation
}  // namespace V1_0
}  // namespace hello_hidl
}  // namespace hardware
}  // namespace jelly

这里主要是对我们的协议进行实现，实现了对上一节实现的设备文件 /dev/hello 的读写。至此我们的 hidl 服务就定义好了

2.3 服务端实现

接着我们需要写一个 Server 端来向 HwServiceManager 注册我们的服务。在 vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/default 目录下添加 service.cpp：

#include <hidl/HidlTransportSupport.h>
#include <utils/Looper.h>
#include <utils/StrongPointer.h>
#include <log/log.h>
#include "Hello.h"

using android::hardware::configureRpcThreadpool;
using android::hardware::joinRpcThreadpool;
using jelly::hardware::hello_hidl::V1_0::IHello;
using jelly::hardware::hello_hidl::V1_0::implementation::Hello;

int main() {
    ALOGD("hello-hidl is starting...");

    configureRpcThreadpool(4, true /* callerWillJoin */);

    android::sp<IHello> service = new Hello();
    android::status_t ret = service->registerAsService();

    if (ret != android::NO_ERROR) {
    }

    joinRpcThreadpool();

    return 0;
    //Passthrough模式
    //return defaultPassthroughServiceImplementation<IHello>(4);
}

我们的服务端需要在开机时启动，创建 vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/default/jelly.hardware.hello_hidl@1.0-service.rc 文件：

service vendor_hello_hidl_service /vendor/bin/hw/jelly.hardware.hello_hidl@1.0-service
    class hal
    user system
    group system

接着我们需要添加 VINTF 对象，对于注册到 hwservicemanager 的服务都需要添加一个 VINTF 对象。对于编码来说 VINTF 对象就是一个 xml 文件，创建 vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/default/jelly.hardware.hello_hidl@1.0-service.xml 文件：

<manifest version="1.0" type="device">
  <hal format="hidl">
        <name>jelly.hardware.hello_hidl</name>
        <transport>hwbinder</transport>
        <version>1.0</version>
        <interface>
            <name>IHello</name>
            <instance>default</instance>
        </interface>
    </hal>
</manifest>

2.4 生成 Android.bp

接着我们来生成 Android.bp：

hidl-gen -o $LOC -Landroidbp-impl -rjelly.hardware:vendor/jelly/hardware/interfaces $PACKAGE

这个命令会在 vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/default 目录下生成一个 Android.bp，我们在生成的基础上稍作修改如下：

// FIXME: your file license if you have one

cc_library_shared {
    name: "jelly.hardware.hello_hidl@1.0-impl",
    relative_install_path: "hw",
    proprietary: true,
    srcs: [
        "Hello.cpp",
    ],
    shared_libs: [
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "libutils",
        "jelly.hardware.hello_hidl@1.0",
        "liblog",
    ],
}

cc_binary {
    name: "jelly.hardware.hello_hidl@1.0-service",
    init_rc: ["jelly.hardware.hello_hidl@1.0-service.rc"],
    vintf_fragments: ["jelly.hardware.hello_hidl@1.0-service.xml"],
    defaults: ["hidl_defaults"],
    relative_install_path: "hw",
    vendor: true,
    srcs: ["service.cpp", "Hello.cpp"],
    shared_libs: [
        "jelly.hardware.hello_hidl@1.0",
        "libhardware",
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "libutils",
        "liblog",
    ],
}

生成的库里面有一个依赖 jelly.hardware.hello_hidl@1.0，接着我们来生成这个库对应的 Android.bp：

在 hardware/interfaces 目录下将 update-makefiles.sh
拷贝到 vendor/jelly/hardware/interfaces/ 目录下，并修改如下：

#!/bin/bash

source $ANDROID_BUILD_TOP/system/tools/hidl/update-makefiles-helper.sh

do_makefiles_update \
  "jelly.hardware:vendor/jelly/hardware/interfaces"

接着执行：

./vendor/jelly/hardware/interfaces/update-makefiles.sh

就会生成 vendor/jelly/hardware/interfaces/Android.bp 文件：

hidl_interface {
    name: "jelly.hardware.hello_hidl@1.0",
    root: "jelly.hardware",
    srcs: [
        "IHello.hal",
    ],
    interfaces: [
        "android.hidl.base@1.0",
    ],
    gen_java: false,
}

其中的 hidl_interface 是 hidl 独有的，当编译源码时，它会将 out/soong/.intermediates/vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/jelly.hardware.hello_hidl@1.0_genc++/gen/jelly/hardware/hello_hidl/1.0 和 out/soong/.intermediates/vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/jelly.hardware.hello_hidl@1.0_genc++_headers/gen/jelly/hardware/hello_hidl/1.0 目录下的源码编译为 jelly.hardware.hello_hidl@1.0.so 文件，并预制到手机的 /vendor/lib 和 /vendor/lib64/ 目录下。

为了使编译通过，新建 vendor/jelly/hardware/interfaces/Android.bp 文件：

hidl_package_root {
    name: "jelly.hardware",
    path: "vendor/jelly/hardware/interfaces",
}

这个 Android.bp 的作用是告诉编译系统包名与路径的映射关系。

接着新建 vendor/jelly/hardware/interfaces/current.txt 文件，current.txt 记录了所有 hal 接口的 hash 值，接口有变化时，同时需要更新 current.txt 中的 hash 值，这是我们先随便设置一个 hash 值：

123456 jelly.hardware.hello_hidl@1.0::IHello

再执行一遍 update-makefiles.sh，这个时候就会发现提示 hash 值不正确了，同时会给出正确的 hash 值，我们把正确的 hash 值替换到 current.txt 即可。

2.5 客户端编写

在 vendor/jelly/hardware/interfaces/hello_hidl/1.0/default 目录下创建如下的文件和文件夹：

其中 hello_hidl_test.cpp：

#include <jelly/hardware/hello_hidl/1.0/IHello.h>
#include <hidl/LegacySupport.h>

#define LOG_TAG "hello_hidl"
#include <log/log.h>

using android::sp;
using jelly::hardware::hello_hidl::V1_0::IHello;
using android::hardware::Return;
using android::hardware::hidl_string;

int main(){
    android::sp<IHello> hw_device = IHello::getService();
    if (hw_device == nullptr) {
              ALOGD("failed to get hello-hidl");
              return -1;
        }
    ALOGD("success to get hello-hidl....");
    Return<uint32_t> total = hw_device->addition_hidl(3,4);
    hw_device->write("hello");
    hw_device->read([&](hidl_string result){
        ALOGD("%s\n", result.c_str());
    });
    return 0;
}

Android.bp：

cc_binary {
    name: "hello_hidl_test",
    srcs: ["hello_hidl_test.cpp"],
    vendor: true,
    shared_libs: [
        "liblog",
        "jelly.hardware.hello_hidl@1.0",
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "libhwbinder",
        "libutils",
    ],
}

2.6 selinux 配置

在 device/Jelly/Rice14/sepolicy 目录下添加：

device.te 中添加如下内容:

type hello_hidl_dev_t, dev_type;

hwservice.te：

type hello_hidl_hwservice, hwservice_manager_type;

hello_hidl.te:

type hello_hidl, domain;
type hello_hidl_exec, exec_type, vendor_file_type, file_type;

init_daemon_domain(hello_hidl);
add_hwservice(hello_hidl, hello_hidl_hwservice)
hwbinder_use(hello_hidl)

allow hello_hidl hidl_base_hwservice:hwservice_manager { add };
allow hello_hidl hello_hidl_dev_t:chr_file { open read write };
binder_call(hello_hidl,hwservicemanager)
get_prop(hello_hidl,hwservicemanager_prop)

hwservice_contexts：

jelly.hardware.hello_hidl::IHello      u:object_r:hello_hidl_hwservice:s0

hello_hidl_test.te

type  hello_hidl_test, domain;
type  hello_hidl_test_exec, exec_type, vendor_file_type, file_type;

domain_auto_trans(shell, hello_hidl_test_exec, hello_hidl_test);

get_prop(hello_hidl_test, hwservicemanager_prop)
allow hello_hidl_test hello_hidl_hwservice:hwservice_manager find;
hwbinder_use(hello_hidl_test);

在 file_contexts 中添加：

/dev/hello                      u:object_r:hello_hidl_dev_t:s0
/vendor/bin/hw/jelly\.hardware\.hello_hidl@1\.0-service    u:object_r:hello_hidl_exec:s0

注意，file_contexts 最后必须留一行空行，不然会编译失败

2.7 编译执行

接着在 device/Jelly/Rice14/Rice14.mk 中添加如下内容：

BOARD_SEPOLICY_DIRS += \
    device/Jelly/Rice14/sepolicy

PRODUCT_PACKAGES += \
    jelly.hardware.hello_hidl@1.0-service \
    hello_hidl_test \
    jelly.hardware.hello_hidl@1.0-impl \

然后整编系统：

source 
lunch 1
make -j16

最后测试：

# 执行客户端程序
hello_hidl_test &
# 查看 log
# logcat | grep hello 
05-03 14:20:19.816  1555  1555 D         : hello-hidl is starting...
05-03 14:20:19.816  1555  1555 I ServiceManagement: Registered jelly.hardware.hello_hidl@1.0::IHello/default (start delay of 36ms)
05-03 14:20:19.816  1555  1555 I ServiceManagement: Removing namespace from process name jelly.hardware.hello_hidl@1.0-service to hello_hidl@1.0-service.
05-03 14:20:38.843  3469  3469 D hello_hidl: success to get hello-hidl....
05-03 14:20:38.843  1555  1563 E hello_hidl: hello_hidl service is init success....a :3,b:4
05-03 14:20:38.844  1555  1563 D hello_hidl: service is writing 
05-03 14:20:40.846  1555  1563 D hello_hidl: service is reading 
05-03 14:20:40.847  3469  3469 D hello_hidl: hello

可以看到我们的客户端已经访问到服务端了。

后续

以上是通过 hwbinder 跨进程通信的方式，来实现的。对于效率较高的模块，我们还是希望通过 dlopen 直接加载的方式来使用 hal 层。Android 的 Hidl 框架也是提供了支持的。这种方式称为直通模式(passthrough),这部分内容会在下一篇教程中讲解。

参考资料

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