參考文獻:

http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6573809

http://blog.csdn.net/hongtao_liu/article/details/6060734

建議閱讀本文時先瀏覽以上兩篇文章，本文是對上兩篇文章在HAL對上層接口話題的一個總結.

1 什么是HAL

HAL的全稱是Hardware Abstraction Layer,即硬件抽象層.其架構圖如下:

Android的HAL是為了保護一些硬件提供商的知識產權而提出的，是為了避開linux的GPL束縛。思路是把控制硬件的動作都放到了Android HAL中，而linux driver僅僅完成一些簡單的數據交互作用，甚至把硬件寄存器空間直接映射到user space。而Android是基于Aparch的license，因此硬件廠商可以只提供二進制代碼，所以說Android只是一個開放的平臺，并不是一個開源的平臺。也許也正是因為Android不遵從GPL，所以Greg Kroah-Hartman才在2.6.33內核將Andorid驅動從linux中刪除。GPL和硬件廠商目前還是有著無法彌合的裂痕。Android想要把這個問題處理好也是不容易的。

總結下來，Android HAL存在的原因主要有：

1. 并不是所有的硬件設備都有標準的linux kernel的接口

2. KERNEL DRIVER涉及到GPL的版權。某些設備制造商并不原因公開硬件驅動，所以才去用HAL方式繞過GPL。

3. 針對某些硬件，Android有一些特殊的需求.

2 與接口相關的幾個結構體

首先來看三個與HAL對上層接口有關的幾個結構體：

    struct hw_module_t;       //模塊類型
struct hw_module_methods_t;      //模塊方法
struct hw_device_t;              //設備類型

這幾個數據結構是在Android工作目錄/hardware/libhardware/include/hardware/hardware.h文件中定義.

3 解釋

一般來說，在寫HAL相關代碼時都得包含這個hardware.h頭文件，所以有必要先了解一下這個頭文件中的內容.

    /*
 * Copyright (C) 2008 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

#ifndef ANDROID_INCLUDE_HARDWARE_HARDWARE_H
#define ANDROID_INCLUDE_HARDWARE_HARDWARE_H

#include <stdint.h>
#include <sys/cdefs.h>

#include <cutils/native_handle.h>
#include <system/graphics.h>

__BEGIN_DECLS

/*
 * Value for the hw_module_t.tag field
 */

#define MAKE_TAG_CONSTANT(A,B,C,D) (((A) << 24) | ((B) << 16) | ((C) << 8) | (D))

#define HARDWARE_MODULE_TAG MAKE_TAG_CONSTANT('H', 'W', 'M', 'T')
#define HARDWARE_DEVICE_TAG MAKE_TAG_CONSTANT('H', 'W', 'D', 'T')

struct hw_module_t;
struct hw_module_methods_t;
struct hw_device_t;

/**
 * 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.
 */
//每一個硬件模塊都每必須有一個名為HAL_MODULE_INFO_SYM的數據結構變量，它的第一個成員的類型必須為hw_module_t
typedef struct hw_module_t {
    /** tag must be initialized to HARDWARE_MODULE_TAG */
    uint32_t tag;

    /** major version number for the module */
    uint16_t version_major;

    /** minor version number of the module */
    uint16_t version_minor;

    /** Identifier of module */
    const char *id;

    /** Name of this module */
    const char *name;

    /** Author/owner/implementor of the module */
    const char *author;

    /** Modules methods */
    //模塊方法列表,指向hw_module_methods_t*
    struct hw_module_methods_t* methods;

    /** module's dso */
    void* dso;

    /** padding to 128 bytes, reserved for future use */
    uint32_t reserved[32-7];

} hw_module_t;

typedef struct hw_module_methods_t {                 //硬件模塊方法列表的定義，這里只定義了一個open函數
    /** Open a specific device */
    int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id, //注意這個open函數明確指出第三個參數的類型為struct hw_device_t**
            struct hw_device_t** device);
} hw_module_methods_t;

/**
 * Every device data structure must begin with hw_device_t
 * followed by module specific public methods and attributes.
 */
//每一個設備數據結構的第一個成員函數必須是hw_device_t類型，其次才是各個公共方法和屬性
typedef struct hw_device_t {
    /** tag must be initialized to HARDWARE_DEVICE_TAG */
    uint32_t tag;

    /** version number for hw_device_t */
    uint32_t version;

    /** reference to the module this device belongs to */
    struct hw_module_t* module;

    /** padding reserved for future use */
    uint32_t reserved[12];

    /** Close this device */
    int (*close)(struct hw_device_t* device);

} hw_device_t;

/**
 * Name of the hal_module_info
 */
#define HAL_MODULE_INFO_SYM         HMI

/**
 * Name of the hal_module_info as a string
 */
#define HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR  "HMI"

/**
 * Get the module info associated with a module by id.
 *
 * @return: 0 == success, <0 == error and *module == NULL
 */
int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module);

/**
 * Get the module info associated with a module instance by class 'class_id'
 * and instance 'inst'.
 *
 * Some modules types necessitate multiple instances. For example audio supports
 * multiple concurrent interfaces and thus 'audio' is the module class
 * and 'primary' or 'a2dp' are module interfaces. This implies that the files
 * providing these modules would be named audio.primary.<variant>.so and
 * audio.a2dp.<variant>.so
 *
 * @return: 0 == success, <0 == error and *module == NULL
 */
int hw_get_module_by_class(const char *class_id, const char *inst,
                           const struct hw_module_t **module);

__END_DECLS

#endif  /* ANDROID_INCLUDE_HARDWARE_HARDWARE_H */

由以上內容可以看出(typedef struct hw_module_t ,typedef struct hw_device_t)，如果我們要寫一個自定義設備的驅動的HAL層時，我們得首先自定義兩個數據結構:

假設我們要做的設備名為XXX:

在頭文件中定義:XXX.h

    /*定義模塊ID*/
#define XXX_HARDWARE_MODULE_ID "XXX"

/*硬件模塊結構體*/
//見hardware.h中的hw_module_t定義的說明，xxx_module_t的第一個成員必須是hw_module_t類型，其次才是模塊的一此相關信息，當然也可以不定義，
//這里就沒有定義模塊相關信息
struct xxx_module_t {
	struct hw_module_t common;
};

/*硬件接口結構體*/
//見hardware.h中的hw_device_t的說明，要求自定義xxx_device_t的第一個成員必須是hw_device_t類型，其次才是其它的一些接口信息. 
struct xxx_device_t {
	struct hw_device_t common;
        //以下成員是HAL對上層提供的接口或一些屬性
       int fd;
	int (*set_val)(struct xxx_device_t* dev, int val);
	int (*get_val)(struct xxx_device_t* dev, int* val);
};

注:特別注意xxx_device_t的結構定義，這個才是HAL向上層提供接口函數的數據結構,其成員就是我們想要關心的接口函數.

接下來我們在實現文件XXX.c文件中定義一個xxx_module_t的變量:

    /*模塊實例變量*/
struct xxx_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {    //變量名必須為HAL_MODULE_INFO_SYM,這是強制要求的，你要寫Android的HAL就得遵循這個游戲規則,
                                               //見hardware.h中的hw_module_t的類型信息說明.
       common: {
		tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
		version_major: 1,
		version_minor: 0,
		id: XXX_HARDWARE_MODULE_ID,    //頭文件中有定義
		name: MODULE_NAME,
		author: MODULE_AUTHOR,
		methods: &xxx_module_methods,  //模塊方法列表，在本地定義
	}
};

注意到上面有HAL_MODULE_INFO_SYM變量的成員common中包含一個函數列表xxx_module_methods,而這個成員函數列表是在本地自定義的。那么這個成員函數列是不是就是HAL向上層提供函數的地方呢？很失望，不是在這里，前面我們已經說過了，是在xxx_device_t中定義的,這個xxx_module_methods實際上只提供了一個open函數，就相當于只提供了一個模塊初始化函數.其定義如下:

    /*模塊方法表*/
static struct hw_module_methods_t xxx_module_methods = {
	open: xxx_device_open
};

注意到，上邊的函數列表中只列出了一個xxx_device_open函數，這個函數也是需要在本地實現的一個函數。前面說過，這個函數只相當于模塊初始化函數。

那么HAL又到底是怎么將xxx_device_t中定義的接口提供到上層去的呢?

且看上面這個函數列表中唯一的一個xxx_device_open的定義:

    static int xxx_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name, struct hw_device_t** device) {
	struct xxx_device_t* dev;
	dev = (struct hello_device_t*)malloc(sizeof(struct xxx_device_t));//動態分配空間
	
	if(!dev) {
		LOGE("Hello Stub: failed to alloc space");
		return -EFAULT;
	}

	memset(dev, 0, sizeof(struct xxx_device_t));
        //對dev->common的內容賦值，
       dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;
	dev->common.version = 0;
	dev->common.module = (hw_module_t*)module;
	dev->common.close = xxx_device_close;
        //對dev其它成員賦值
       dev->set_val = xxx_set_val;
	dev->get_val = xxx_get_val;

	if((dev->fd = open(DEVICE_NAME, O_RDWR)) == -1) {
		LOGE("Hello Stub: failed to open /dev/hello -- %s.", strerror(errno));
		free(dev);
		return -EFAULT;
	}
        
        //輸出&(dev->common),輸出的并不是dev,而是&(dev->common)!(common內不是只包含了一個close接口嗎?)
	*device = &(dev->common);
	LOGI("Hello Stub: open /dev/hello successfully.");

	return 0;
}

經驗告訴我們，一般在進行模塊初始化的時候，模塊的接口函數也會“注冊”，上面是模塊初始化函數，那么接口注冊在哪？于是我們找到*device =&(dev->common);這行代碼，可問題是，這樣一來，返回給調用者不是&(dev->common)嗎？而這個dev->common僅僅只包含了一個模塊關閉接口！到底怎么回事？為什么不直接返回dev,dev下不是提供所有HAL向上層接口嗎?

在回答上述問題之前，讓我們先看一下這xxx_device_open函數原型,還是在hardware.h頭文件中,找到下面幾行代碼:

    typedef struct hw_module_methods_t {
    /** Open a specific device */
    int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,
            struct hw_device_t** device);

} hw_module_methods_t;

這是方法列表的定義，明確要求了方法列表中有且只一個open方法，即相當于模塊初始化方法，且，這個方法的第三個參數明確指明了類型是struct hw_device_t **,而不是用戶自定義的xxx_device_t,這也就是解譯了在open函數實現內為什么輸出的是&(dev->common)而不是dev了，原來返回的類型在hardware.h中的open函數原型中明確指出只能返回hw_device_t類型.

可是，dev->common不是只包含close接口嗎？做為HAL的上層，它又是怎么"看得到"HAL提供的全部接口的呢?

接下來，讓我們來看看做為HAL上層，它又是怎么使用由HAL返回的dev->common的:

參考: 在Ubuntu為Android硬件抽象層（HAL）模塊編寫JNI方法提供Java訪問硬件服務接口這篇文章,從中可以看到這么幾行代碼：

    /*通過硬件抽象層定義的硬件模塊打開接口打開硬件設備*/  
static inline int hello_device_open(const hw_module_t* module, struct hello_device_t** device) {  
     return module->methods->open(module, HELLO_HARDWARE_MODULE_ID, (struct hw_device_t**)device);  
}

由此可見，返回的&(dev->common)最終會返回給struce hello_device_t **類型的輸出變量device,換句話說，類型為hw_device_t的dev->common在初始化函數open返回后，會強制轉化為xxx_device_t來使用，終于明白了，原來如此！另外，在hardware.h中對xxx_device_t類型有說明，要求它的第一個成員的類型必須是 hw_device_t，原來是為了HAL上層使用時的強制轉化的目的，如果xxx_device_t的第一個成員類型不是hw_device_t，那么HAL上層使用中強制轉化就沒有意義了，這個時候，就真的“看不到”HAL提供的接口了.

此外，在hardware.h頭文件中，還有明確要求定義xxx_module_t類型時，明確要求第一個成員變量類型必須為 hw_module_t，這也是為了方便找到其第一個成員變量common,進而找到本地定義的方法列表，從而調用open函數進行模塊初始化.

綜上所述，HAL是通過 struct xxx_device_t 這個結構體向上層提供接口的.

即：接口包含在 struct xxx_device_t 這個結構體內。

而具體執行是通過struct xxx_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM這個結構體變量的函數列表成員下的open函數來返回給上層的.

Android中HAL如何向上層提供接口總結

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