Android GPS架构分析

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转载最新推荐文章于 2026-07-05 15:52:59 发布 2k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Android 的定位分层架构 Android GPS 阅读详情

看Android的GPS模块有两个月了吧，终于可以写点东西出来。首先来看看GPS模块的代码结构：

Framework：

1.frameworks/base/location/java/android/location
这里主要是用来被App调用的，API包是android.location。

2.frameworks/base/location/java/com/android/internal/location
这个目录是Framework对Location服务的内部实现。

3.framework/services/java/com/android/server
这个目录只有一个文件

|-- LocationManagerService.java
是Location服务对内部实现的一种封装。

JNI：
frameworks/base/core/jni/android_location_GpsLocationProvider.cpp
JNI层只有一个文件，起到承上启下的作用。上层承接Framework，下层调用HAL层具体硬件抽象实现。

HAL：Hardware Abstract Layer 硬件抽象层
hardware/libhardware_legacy/gps
hardware/libhardware_legacy/include/hardware_legacy/gps.h
HAL层相当于一个linux应用程序接口，通过open，close等操作，操作硬件设备。Android的源代码只实现了模拟器的gps接口，具体在文件gps_qemu.c中。在2.2版本中提供了对QCOM公司的gps的实现，在以下目录：
/hardware/qcom

下面介绍几个重要的数据结构：

1. GpsInterface接口是gps模块中最重要的数据结构，它是底层驱动实现的接口，如果要porting到自己的板子上，就需要实现这些接口。该接口的定义在gps.h中，模拟器实现在gps_qemu.c中。

/** Represents the standard GPS interface. */ typedef struct { /** * Opens the interface and provides the callback routines * to the implemenation of this interface. */ int (*init)( GpsCallbacks* callbacks ); /** Starts navigating. */ int (*start)( void ); /** Stops navigating. */ int (*stop)( void ); /** Closes the interface. */ void (*cleanup)( void ); /** Injects the current time. */ int (*inject_time)(GpsUtcTime time, int64_t timeReference, int uncertainty); /** Injects current location from another location provider * (typically cell ID). * latitude and longitude are measured in degrees * expected accuracy is measured in meters */ int (*inject_location)(double latitude, double longitude, float accuracy); /** * Specifies that the next call to start will not use the * information defined in the flags. GPS_DELETE_ALL is passed for * a cold start. */ void (*delete_aiding_data)(GpsAidingData flags); /** * fix_frequency represents the time between fixes in seconds. * Set fix_frequency to zero for a single-shot fix. */ int (*set_position_mode)(GpsPositionMode mode, int fix_frequency); /** Get a pointer to extension information. */ const void* (*get_extension)(const char* name); } GpsInterface;

2. GpsCallbacks回调函数
这个是回调函数结构体，定义也在gps.h中。它们的实现是在android_location_GpsLocationProvider.cpp中，google已经实现了，我们不需要做任何动作。

/** GPS callback structure. */ typedef struct { gps_location_callback location_cb; gps_status_callback status_cb; gps_sv_status_callback sv_status_cb; gps_nmea_callback nmea_cb; } GpsCallbacks; /** Callback with location information. */ typedef void (* gps_location_callback)(GpsLocation* location); /** Callback with status information. */ typedef void (* gps_status_callback)(GpsStatus* status); /** Callback with SV status information. */ typedef void (* gps_sv_status_callback)(GpsSvStatus* sv_info); /** Callback for reporting NMEA sentences. */ typedef void (* gps_nmea_callback)(GpsUtcTime timestamp, const char* nmea, int length);

3. GpsLocation

表示Locatin数据信息，底层驱动获得Location的raw信息，通常是nmea码，然后通过解析就得到了location信息。

/** Represents a location. */

typedef struct {

    /** Contains GpsLocationFlags bits. */

    uint16_t flags;

    /** Represents latitude in degrees. */

    double latitude;

    /** Represents longitude in degrees. */

    double longitude;

    /** Represents altitude in meters above the WGS 84 reference

     * ellipsoid. */

    double altitude;

    /** Represents speed in meters per second. */

    float speed;

    /** Represents heading in degrees. */

    float bearing;

    /** Represents expected accuracy in meters. */

    float accuracy;

    /** Timestamp for the location fix. */

    GpsUtcTime timestamp;

} GpsLocation;

initialize函数

LocationManagerService.java[frameworks/base/services/java/com/android/server]

private void initialize() { // Create a wake lock, needs to be done before calling loadProviders() below PowerManager powerManager = (PowerManager) mContext.getSystemService(Context.POWER_SERVICE); mWakeLock = powerManager.newWakeLock(PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK, WAKELOCK_KEY); // Load providers loadProviders();

...

initialize函数中最重要的就是loadProviders函数了，该函数调用loadProvidersLocked，然后loadProvidersLocked函数又调用_loadProvidersLocked函数。为什么要这么折腾呢?

先来看一部分的_loadProvidersLocked函数：

...

注意这个if语句，狠重要，因为在这个语句中得到了HAL层的GPS接口GpsInterface。就是通过调用GpsLocationProvider的isSupported()函数才调用到gps.cpp[hardware/libhardware_legacy/gps]中的gps_get_interface()。这个isSupported函数才是第一个吃螃蟹的人。（而不是JNI层的init函数，这个下面会提到)。

GpsLocationProvider.cpp [frameworks/base/location/java/com/android/internal/location]

public static boolean isSupported() { return native_is_supported(); }

然而isSupported只有一句话，果然是高手，一击必中。然后就调用native方法，也就是JNI层定义的方法。native_is_supported函数对于JNI层是android_location_GpsLocationProvider_is_supported方法。

android_location_GpsLocationProvider.cpp [frameworks/base/core/jni]

static jboolean android_location_GpsLocationProvider_is_supported(JNIEnv* env, jclass clazz) { if (!sGpsInterface) sGpsInterface = gps_get_interface(); return (sGpsInterface != NULL); }

前面已经提到JNI起到承上启下的作用，gps_get_interface函数属于HAL层的调用，在文件gps.cpp中。

gps.cpp [hardware/libhardware_legacy/gps]

const GpsInterface* gps_get_interface() { if (sGpsInterface == NULL) gps_find_hardware(); return sGpsInterface; }

然后通过gps_find_hardware函数去得到gps接口，下面只模拟器中的gpsinterface。

static void gps_find_hardware( void ) { #ifdef HAVE_QEMU_GPS_HARDWARE if (qemu_check()) { sGpsInterface = gps_get_qemu_interface(); if (sGpsInterface) { LOGD("using QEMU GPS Hardware emulation/n"); return; } } #endif #ifdef HAVE_GPS_HARDWARE sGpsInterface = gps_get_hardware_interface(); #endif if (!sGpsInterface) LOGD("no GPS hardware on this device/n"); }

gps_qemu.c [hardware/libhardware_legacy/gps]

const GpsInterface* gps_get_qemu_interface() { return &qemuGpsInterface; }

qemuGpsInterface的整体实现就在文件gps_qemu.c中。

static const GpsInterface qemuGpsInterface = { qemu_gps_init, qemu_gps_start, qemu_gps_stop, qemu_gps_cleanup, qemu_gps_inject_time, qemu_gps_inject_location, qemu_gps_delete_aiding_data, qemu_gps_set_position_mode, qemu_gps_get_extension, };

--------------------------------------------------------------------------------

在底层得到gps的接口之后， if (GpsLocationProvider.isSupported())（在文件LocationManagerService.java中调用）语句得到true，然后进行下一步操作，在这里new了一个GpsLocationProvider对象。代码如下：

GpsLocationProvider gpsProvider = new GpsLocationProvider(mContext, this);

注意GpsLocationProvider构造函数里面的两个参数：mContext, this。下面来看看GpsLocationProvider的构造函数的前面几句：

public GpsLocationProvider(Context context, ILocationManager locationManager) { mContext = context; mLocationManager = locationManager; mNIHandler = new GpsNetInitiatedHandler(context, this);

...

}

在GpsLocationProvider类里面的成员变量mLocationManager是构造函数的第二个参数，就是说是LocationManagerService对象。这一点在这里先明确。

接着看_loadProvidersLocked函数。

private void _loadProvidersLocked() { // Attempt to load "real" providers first if (GpsLocationProvider.isSupported()) { // Create a gps location provider GpsLocationProvider gpsProvider = new GpsLocationProvider(mContext, this); mGpsStatusProvider = gpsProvider.getGpsStatusProvider(); mNetInitiatedListener = gpsProvider.getNetInitiatedListener(); addProvider(gpsProvider); mGpsLocationProvider = gpsProvider; } // create a passive location provider, which is always enabled PassiveProvider passiveProvider = new PassiveProvider(this); addProvider(passiveProvider); mEnabledProviders.add(passiveProvider.getName()); // initialize external network location and geocoder services Resources resources = mContext.getResources(); String serviceName = resources.getString( com.android.internal.R.string.config_networkLocationProvider); if (serviceName != null) { mNetworkLocationProvider = new LocationProviderProxy(mContext, LocationManager.NETWORK_PROVIDER, serviceName, mLocationHandler); addProvider(mNetworkLocationProvider); } serviceName = resources.getString(com.android.internal.R.string.config_geocodeProvider); if (serviceName != null) { mGeocodeProvider = new GeocoderProxy(mContext, serviceName); } updateProvidersLocked(); }

在构造完GpsLocationProvider之后将其add到全局变量ArrayList<LocationProviderInterface> mProviders中，备以后调用。

在2.2中采取了一种PassiveProvider的类，而在2.1中是通过LocationProviderProxy代理类的方式。2.1中LocationProviderProxy作为GpsLocationProvider的代理作用在LocationManagerService中，而2.2中的PassiveProvider感觉这个类是个空壳。。。。。。。。有待研究。

然后启动了nerwork location和geocoder 两个service。但是可惜的是这两个服务都无法启动，因为他们是通过配置文件conifg.xml [framework/base/core/res/res/values]得到服务的名字，然后启动服务的。但是在这个配置文件中，两个服务的名字都是null。

conifg.xml [framework/base/core/res/res/values]

 <string name="config_networkLocationProvider">@null</string>  <string name="config_geocodeProvider">@null</string>

其实这也导致了，在调用GetFromLocationName和GetFromLocation两个函数时提示“Service not Available”，这个google Android 2.2的bug。

_loadProvidersLocked函数的最后一句是调用updateProvidersLocked函数，仍然在LocationManagerServic.java文件中。

LocationManagerServic.java

private void updateProvidersLocked() { for (int i = mProviders.size() - 1; i >= 0; i--) { LocationProviderInterface p = mProviders.get(i); boolean isEnabled = p.isEnabled(); String name = p.getName(); boolean shouldBeEnabled = isAllowedBySettingsLocked(name); if (isEnabled && !shouldBeEnabled) { updateProviderListenersLocked(name, false); } else if (!isEnabled && shouldBeEnabled) { updateProviderListenersLocked(name, true); } } }

从上面_loadProvidersLocked函数的代码来看，在mProviders这个ArrayList中有两个元素（这一点未求证），一个是gpsProvider，另一个是passiveProvider。gpsProvider是GpsLocationProvider类型的，它的isEnabled函数返回的是false，因为它并没有被enable。而passiveProvider是PassiveProvider类型，它总是enable的。所以gpsProvider会调用else语句中的updateProviderListenersLocked(name, true)函数。我们主要分析这个else语句，对于passiveProvider不做分析。

言归正传，分析sGpsInterface->init方法。

gps_qume.c

static int
qemu_gps_init(GpsCallbacks* callbacks)
{
    GpsState* s = _gps_state;
    if (!s->init)
        gps_state_init(s);
    if (s->fd < 0)
        return -1;
    s->callbacks = *callbacks;
    return 0;
}

在sGpsInterface->init中，也就是在qemu_gps_init方法，首先调用了gps_state_init，其次注册了回调函数，再说一次，这个回调函数就是在JNI层实现的，而且有JNI层传下来的函数。

static void
gps_state_init( GpsState* state )
{
    state->init = 1;
    state->control[0] = -1;
    state->control[1] = -1;
    state->fd = -1;
    state->fd = qemu_channel_open( &state->channel,
                                   QEMU_CHANNEL_NAME,
                                   O_RDONLY );
    if (state->fd < 0) {
        D("no gps emulation detected");
        return;
    }
    D("gps emulation will read from '%s' qemud channel", QEMU_CHANNEL_NAME );
    if ( socketpair( AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0, state->control ) < 0 ) {
        LOGE("could not create thread control socket pair: %s", strerror(errno));
        goto Fail;
    }
    if ( pthread_create( &state->thread, NULL, gps_state_thread, state ) != 0 ) {
        LOGE("could not create gps thread: %s", strerror(errno));
        goto Fail;
    }
    D("gps state initialized");
    return;
Fail:
    gps_state_done( state );
}

在这个gps_state_init函数中，首先打开串口，然后建立socket通信，然后建立线程监听底层数据上报，分别对应于代码中黄低部分。

3）建立线程监听事件

mEventThread = new GpsEventThread();
mEventThread.start();

来看看GpsEventThread的run函数。

public void run() {
            if (DEBUG) Log.d(TAG, "GpsEventThread starting");
            // Exit as soon as disable() is called instead of waiting for the GPS to stop.
            while (mEnabled) {
                // this will wait for an event from the GPS,
                // which will be reported via reportLocation or reportStatus
                native_wait_for_event();
            }
            if (DEBUG) Log.d(TAG, "GpsEventThread exiting");
        }
    }

run函数中还是需要调用native函数：JNI：android_location_GpsLocationProvider_wait_for_event函数。这个函数就是在一个while循环里面等待事件的触发（由回调函数触发），然后调用GpsLocationProvider类的数据上报函数（Location数据）。这个在后面还会讲到。

static void android_location_GpsLocationProvider_wait_for_event(JNIEnv* env, jobject obj)
{
    pthread_mutex_lock(&sEventMutex);
    while (sPendingCallbacks == 0) {
        pthread_cond_wait(&sEventCond, &sEventMutex);
    }
...
}

分析完了enable函数以后就轮到enableLocationTracking函数了。

GpsLocationProvider.java

public void enableLocationTracking(boolean enable) { synchronized (mHandler) { mHandler.removeMessages(ENABLE_TRACKING); Message m = Message.obtain(mHandler, ENABLE_TRACKING); m.arg1 = (enable ? 1 : 0); mHandler.sendMessage(m); } }

同样地，也采取Handler的方式。调用的是handleEnableLocationTracking函数。

private void handleEnableLocationTracking(boolean enable) { if (enable) { mTTFF = 0; mLastFixTime = 0; startNavigating(); } else { mAlarmManager.cancel(mWakeupIntent); mAlarmManager.cancel(mTimeoutIntent); stopNavigating(); } }

调用startNavigating函数。

private void startNavigating() { if (!mStarted) { if (DEBUG) Log.d(TAG, "startNavigating"); mStarted = true; int positionMode; if (Settings.Secure.getInt(mContext.getContentResolver(), Settings.Secure.ASSISTED_GPS_ENABLED, 1) != 0) { positionMode = GPS_POSITION_MODE_MS_BASED; } else { positionMode = GPS_POSITION_MODE_STANDALONE; } if (!native_start(positionMode, false, 1)) { mStarted = false; Log.e(TAG, "native_start failed in startNavigating()"); return; }

...

在startNavigating函数中，最有作用的语句就是调用native方法native_start。调用到了JNI层的android_location_GpsLocationProvider_start函数。

android_location_GpsLocationProvider.cpp

在startNavigating函数中，最有作用的语句就是调用native方法native_start。调用到了JNI层的android_location_GpsLocationProvider_start函数。

android_location_GpsLocationProvider.cpp

static jboolean android_location_GpsLocationProvider_start(JNIEnv* env, jobject obj, jint positionMode, jboolean singleFix, jint fixFrequency) { int result = sGpsInterface->set_position_mode(positionMode, (singleFix ? 0 : fixFrequency)); if (result) { return false; } return (sGpsInterface->start() == 0); }

接下去就会调用sGpsInterface接口的实现gps_qemu.c中具体实现的函数。

static int qemu_gps_start() { GpsState* s = _gps_state; if (!s->init) { D("%s: called with uninitialized state !!", __FUNCTION__); return -1; } D("%s: called", __FUNCTION__); gps_state_start(s); return 0; }

通过向底层发送命令，CMD_START来启动gps。其实这个所谓的底层就是在enable/init函数中启动的等待数据的线程。

static void gps_state_start( GpsState* s ) { char cmd = CMD_START; int ret; do { ret=write( s->control[0], &cmd, 1 ); } while (ret < 0 && errno == EINTR); if (ret != 1) D("%s: could not send CMD_START command: ret=%d: %s", __FUNCTION__, ret, strerror(errno)); }

数据监听线程

static void* gps_state_thread( void* arg ) { ... // now loop for (;;) { ... if (cmd == CMD_QUIT) { D("gps thread quitting on demand"); goto Exit; }else

if (cmd == CMD_START) {

if (!started) { D("gps thread starting location_cb=%p", state>callbacks.location_cb); started = 1; nmea_reader_set_callback( reader, state->callbacks.location_cb ); } } else if (cmd == CMD_STOP) {

...

}

其实就是注册了一个回调函数，location_cb 这个回调函数就是对底层location数据上报的回调函数。

在enableLocationTracking函数调用完成以后，基本上gps服务已经启动完成了，也就是LocationManagerService中的updateProvidersLocked函数的完成，也就是loadProviders函数的完成，也就是initialize函数的完成，也就是run函数的完成，也就是2.2中反馈机制systemReady的完成。

void systemReady() { // we defer starting up the service until the system is ready Thread thread = new Thread(null, this, "LocationManagerService"); thread.start(); }