Ubuntu中為Android增加硬件抽象層（HAL）模塊訪問Linux內核驅動程序

       在Ubuntu Android簡單介紹硬件抽象層（HAL）一文中，我們簡要介紹了在Android系統為為硬件編寫驅動程序的方法。簡單來說，硬件驅動程序一方面分布在Linux內核中，另一方面分布在用戶空間的硬件抽象層中。接著Ubuntu Android系統上編寫Linux內核驅動程序實現方法一文中舉例子說明了如何在Linux內核編寫驅動程序。在這一篇文章中，我們將繼續介紹Android系統硬件驅動程序的另一方面實現，即如何在硬件抽象層中增加硬件模塊來和內核驅動程序交互。在這篇文章中，我們還將學習到如何在Android系統創建設備文件時用類似Linux的udev規則修改設備文件模式的方法。

      一. 參照在Ubuntu Android系統上編寫Linux內核驅動程序實現方法一文所示，准備好示例內核驅動序。完成這個內核驅動程序後，便可以在Android系統中得到三個文件，分別是/dev/hello、/sys/class/hello/hello/val和/proc/hello。在本文中，我們將通過設備文件/dev/hello來連接硬件抽象層模塊和Linux內核驅動程序模塊。

      二. 進入到在hardware/libhardware/include/hardware目錄，新建hello.h文件：

      USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ cd hardware/libhardware/include/hardware

      USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/hardware/libhardware/include/hardware$ vi hello.h

      hello.h文件的內容如下：

#ifndef ANDROID_HELLO_INTERFACE_H
#define ANDROID_HELLO_INTERFACE_H
#include <hardware/hardware.h>

__BEGIN_DECLS

/*定義模塊ID*/
#define HELLO_HARDWARE_MODULE_ID "hello"

/*硬件模塊結構體*/
struct hello_module_t {
	struct hw_module_t common;
};

/*硬件接口結構體*/
struct hello_device_t {
	struct hw_device_t common;
	int fd;
	int (*set_val)(struct hello_device_t* dev, int val);
	int (*get_val)(struct hello_device_t* dev, int* val);
};

__END_DECLS

#endif

 這裡按照Android硬件抽象層規范的要求，分別定義模塊ID、模塊結構體以及硬件接口結構體。在硬件接口結構體中，fd表示設備文件描述符，對應我們將要處理的設備文件"/dev/hello"，set_val和get_val為該HAL對上提供的函數接口。

      三. 進入到hardware/libhardware/modules目錄，新建hello目錄，並添加hello.c文件。 hello.c的內容較多，我們分段來看。

      首先是包含相關頭文件和定義相關結構：

#define LOG_TAG "HelloStub"

#include <hardware/hardware.h>
#include <hardware/hello.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <cutils/log.h>
#include <cutils/atomic.h>

#define DEVICE_NAME "/dev/hello"
#define MODULE_NAME "Hello"
#define MODULE_AUTHOR "[email protected]"

/*設備打開和關閉接口*/
static int hello_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name, struct hw_device_t** device);
static int hello_device_close(struct hw_device_t* device);

/*設備訪問接口*/
static int hello_set_val(struct hello_device_t* dev, int val);
static int hello_get_val(struct hello_device_t* dev, int* val);

/*模塊方法表*/
static struct hw_module_methods_t hello_module_methods = {
	open: hello_device_open
};

/*模塊實例變量*/
struct hello_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
	common: {
		tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
		version_major: 1,
		version_minor: 0,
		id: HELLO_HARDWARE_MODULE_ID,
		name: MODULE_NAME,
		author: MODULE_AUTHOR,
		methods: &hello_module_methods,
	}
};

  這裡，實例變量名必須為HAL_MODULE_INFO_SYM，tag也必須為HARDWARE_MODULE_TAG，這是Android硬件抽象層規范規定的。

      定義hello_device_open函數：

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

	memset(dev, 0, sizeof(struct hello_device_t));
	dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;
	dev->common.version = 0;
	dev->common.module = (hw_module_t*)module;
	dev->common.close = hello_device_close;
	dev->set_val = hello_set_val;dev->get_val = hello_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;
	}

	*device = &(dev->common);
	LOGI("Hello Stub: open /dev/hello successfully.");

	return 0;

 DEVICE_NAME定義為"/dev/hello"。由於設備文件是在內核驅動裡面通過device_create創建的，而device_create創建的設備文件默認只有root用戶可讀寫，而hello_device_open一般是由上層APP來調用的，這些APP一般不具有root權限，這時候就導致打開設備文件失敗：

      Hello Stub: failed to open /dev/hello -- Permission denied.   

       解決辦法是類似於Linux的udev規則，打開Android源代碼工程目錄下，進入到system/core/rootdir目錄，裡面有一個名為ueventd.rc文件，往裡面添加一行：  

           /dev/hello 0666 root root    

         定義hello_device_close、hello_set_val和hello_get_val這三個函數：

static int hello_device_close(struct hw_device_t* device) {
	struct hello_device_t* hello_device = (struct hello_device_t*)device;

	if(hello_device) {
		close(hello_device->fd);
		free(hello_device);
	}
	
	return 0;
}

static int hello_set_val(struct hello_device_t* dev, int val) {
	LOGI("Hello Stub: set value %d to device.", val);

	write(dev->fd, &val, sizeof(val));

	return 0;
}

static int hello_get_val(struct hello_device_t* dev, int* val) {
	if(!val) {
		LOGE("Hello Stub: error val pointer");
		return -EFAULT;
	}

	read(dev->fd, val, sizeof(*val));

	LOGI("Hello Stub: get value %d from device", *val);

	return 0;
}

  四. 繼續在hello目錄下新建Android.mk文件：

      LOCAL_PATH := $(call my-dir)
      include $(CLEAR_VARS)
      LOCAL_MODULE_TAGS := optional
      LOCAL_PRELINK_MODULE := false
      LOCAL_MODULE_PATH := $(TARGET_OUT_SHARED_LIBRARIES)/hw
      LOCAL_SHARED_LIBRARIES := liblog
      LOCAL_SRC_FILES := hello.c
      LOCAL_MODULE := hello.default
      include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

 注意：LOCAL_MODULE的定義規則，hello後面跟有default，hello.default能夠保證我們的模塊總能被硬象抽象層加載到。

       五. 編譯：

      USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ mmm hardware/libhardware/modules/hello 

      編譯成功後，就可以在out/target/product/generic/system/lib/hw目錄下看到hello.default.so文件了。

      六. 重新打包Android系統鏡像system.img：

      USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ make snod

      重新打包後，system.img就包含我們定義的硬件抽象層模塊hello.default了。

      雖然我們在Android系統為我們自己的硬件增加了一個硬件抽象層模塊，但是現在Java應用程序還不能訪問到我們的硬件。我們還必須編寫JNI方法和在Android的Application Frameworks層增加API接口，才能讓上層Application訪問我們的硬件。在接下來的文章中，我們還將完成這一系統過程，使得我們能夠在Java應用程序中訪問我們自己定制的硬件。

以上就是Android硬件抽象層（HAL）模塊訪問Linux內核驅動程序的資料整理，後續繼續補充，希望能幫助學習Android源碼的朋友。