Android HAL 是如何被调用的

本文详细解析了Android系统中硬件抽象层(HAL)的加载机制。通过介绍hw_get_module函数及其内部实现,揭示了如何通过HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR宏定位到动态链接库中的hw_module_t结构体。

Android 对硬件的调用, google 推荐使用 HAL 的方式进行调用,对于 Andriod HAL 的写法,可以参考 android 源码里的 hardware 目录下几个模块的模版。

在看 HAL 的编写方法的过程中,会发现整个模块貌似没有一个入口。一般说来模块都要有个入口,比如应用程序有 main 函数,可以为加载器进行加载执行, dll 文件有 dllmain ,而对于我们自己写的动态链接库,我们可以对库中导出的任何符号进行调用。

问题来了, Android 中的 HAL 是比较具有通用性的,需要上层的函数对其进行加载调用, Android 的 HAL 加载器是如何实现对不同的 Hardware Module 进行通用性的调用的呢?

带着这个疑问查看 Android 源码,会发现 Android 中实现调用 HAL 是通过 hw_get_module 实现的。

int hw_get_module(const char *id, const struct hw_module_t **module);

这是其函数原型, id 会指定 Hardware 的 id ,这是一个字符串,比如 sensor 的 id 是

#define SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID "sensors" 

如果找到了对应的 hw_module_t 结构体,会将其指针放入 *module 中。看看它的实现。。。。

    /* Loop through the configuration variants looking for a module */
    for (i=0 ; i<HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1 ; i++) {
        if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT) {
            //获取ro.hardware/ro.product.board/ro.board.platform/ro.arch等key的值。
            if (property_get(variant_keys[i], prop, NULL) == 0) {
                continue;
            }
            snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.%s.so",
                    HAL_LIBRARY_PATH, id, prop);
             //如果开发板叫做mmdroid,那么这里的path就是system/lib/hw/sensor.mmdroid.so
        } else {
            snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s.default.so",
                    HAL_LIBRARY_PATH, id);//默认会加载/system/lib/hw/sensor.default.so
 
        }
        if (access(path, R_OK)) {
            continue;
        }
        /* we found a library matching this id/variant */
        break;
    }
    status = -ENOENT;
    if (i < HAL_VARIANT_KEYS_COUNT+1) {
        /* load the module, if this fails, we're doomed, and we should not try
         * to load a different variant. */
        status = load(id, path, module);//调用load函数打开动态链接库
    }

获取了动态链接库的路径之后,就会调用 load 函数打开它,下面会打开它。奥秘在 load 中

static int load(const char *id,
        const char *path,
        const struct hw_module_t **pHmi)
{
    int status;
    void *handle;
    struct hw_module_t *hmi;
 
    /*
     * load the symbols resolving undefined symbols before
     * dlopen returns. Since RTLD_GLOBAL is not or'd in with
     * RTLD_NOW the external symbols will not be global
     */
    handle = dlopen(path, RTLD_NOW);//打开动态库
    if (handle == NULL) {
        char const *err_str = dlerror();
        LOGE("load: module=%s/n%s", path, err_str?err_str:"unknown");
        status = -EINVAL;
        goto done;
    }
 
    /* Get the address of the struct hal_module_info. */
    const char *sym = HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR;//被定义为了“HMI”
    hmi = (struct hw_module_t *)dlsym(handle, sym);//查找“HMI”这个导出符号,并获取其地址
    if (hmi == NULL) {
        LOGE("load: couldn't find symbol %s", sym);
        status = -EINVAL;
        goto done;
    }
 
    /* Check that the id matches */
//找到了hw_module_t结构!!!
    if (strcmp(id, hmi->id) != 0) {
        LOGE("load: id=%s != hmi->id=%s", id, hmi->id);
        status = -EINVAL;
        goto done;
    } 
    hmi->dso = handle;
      /* success */
    status = 0;
done:
    if (status != 0) {
        hmi = NULL;
        if (handle != NULL) {
            dlclose(handle);
            handle = NULL;
        }
    } else {
        LOGV("loaded HAL id=%s path=%s hmi=%p handle=%p",
                id, path, *pHmi, handle);
    }
  //凯旋而归
    *pHmi = hmi;
     return status;
}

从上面的代码中,会发现一个很奇怪的宏 HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR ,它直接被定义为了

#define HAL_MODULE_INFO_SYM_AS_STR "HMI" 

为何根据它就能从动态链接库中找到这个 hw_module_t 结构体呢?我们查看一下我们用到的 hal 对应的 so 就可以了,在 linux 中可以使用 readelf XX.so –s 查看。

Symbol table '.dynsym' contains 28 entries:
   Num:    Value Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 00000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND
     1: 00000594     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7
     2: 00001104     0 SECTION LOCAL  DEFAULT   13
     3: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND ioctl
     4: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND strerror
     5: 00000b84     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __exidx_end
     6: 00000000     0 OBJECT  GLOBAL DEFAULT  UND __stack_chk_guard
     7: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __aeabi_unwind_cpp_pr0
     8: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __errno
     9: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _bss_end__
    10: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND malloc
    11: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __bss_start__
    12: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __android_log_print
    13: 00000b3a     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __exidx_start
    14: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __stack_chk_fail
    15: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __bss_end__
    16: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __bss_start
    17: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND memset
    18: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __aeabi_uidiv
    19: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __end__
    20: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _edata
    21: 00001188     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _end
    22: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND open
    23: 00080000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _stack
    24: 00001104  128 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   13 HMI
    25: 00001104     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT   13 __data_start
    26: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND close
    27: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND free

从上面中,第24个符号,名字就是“HMI”,对应于hw_module_t结构体。再去对照一下HAL的代码。

/*
 * The COPYBIT Module
 */
struct copybit_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
    common: {
        tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
        version_major: 1,
        version_minor: 0,
        id: COPYBIT_HARDWARE_MODULE_ID,
        name: "QCT MSM7K COPYBIT Module",
        author: "Google, Inc.",
        methods: ©bit_module_methods
    }
};

这里定义了一个名为 HAL_MODULE_INFO_SYM 的 copybit_module_t 的结构体, common 成员为 hw_module_t 类型。注意这里的 HAL_MODULE_INFO_SYM 变量必须为这个名字,这样编译器才会将这个结构体的导出符号变为“ HMI ”,这样这个结构体才能被 dlsym 函数找到!

综上,我们知道了 andriod HAL 模块也有一个通用的入口地址,这个入口地址就是 HAL_MODULE_INFO_SYM 变量,通过它,我们可以访问到 HAL 模块中的所有想要外部访问到的方法。

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