在Ubuntu上为Android增加硬件抽象层（HAL）模块访问Linux内核驱动程序

在Android硬件抽象层（HAL）概要介绍和学习计划一文中，我们简要介绍了在Android系统为为硬件编写驱动程序的方法。简单来说，硬件驱动程序一方面分布在Linux内核中，另一方面分布在用户空间的硬件抽象层中。接着，在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序一文中举例子说明了如何在Linux内核编写驱动程序。在这一篇文章中，我们将继续介绍Android系统硬件驱动程序的另一方面实现，即如何在硬件抽象层中增加硬件模块来和内核驱动程序交互。在这篇文章中，我们还将学习到如何在Android系统创建设备文件时用类似Linux的udev规则修改设备文件模式的方法。

一. 参照在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序一文所示，准备好示例内核驱动序。完成这个内核驱动程序后，便可以在Android系统中得到三个文件，分别是/dev/hello、/sys/class/hello/hello/val和/proc/hello。在本文中，我们将通过设备文件/dev/hello来连接硬件抽象层模块和Linux内核驱动程序模块。

二. 进入到在hardware/libhardware/include/hardware目录，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文件的内容如下：

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

    __BEGIN_DECLS

    /*定义模块ID*/
    #define HELLO_HARDWARE_MODULE_ID "hello"

    /*硬件模块结构体*/
    struct hello_module_t {
        struct hw_module_t common;
    };

    /*硬件接口结构体*/
    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

这里按照Android硬件抽象层规范的要求，分别定义模块ID、模块结构体以及硬件接口结构体。在硬件接口结构体中，fd表示设备文件描述符，对应我们将要处理的设备文件"/dev/hello"，set_val和get_val为该HAL对上提供的函数接口。

三. 进入到hardware/libhardware/modules目录，新建hello目录，并添加hello.c文件。 hello.c的内容较多，我们分段来看。

首先是包含相关头文件和定义相关结构：

#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 "shyluo@gmail.com"

    /*设备打开和关闭接口*/
    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);

    /*设备访问接口*/
    static int hello_set_val(struct hello_device_t* dev, int val);
    static int hello_get_val(struct hello_device_t* dev, int* val);

    /*模块方法表*/
    static struct hw_module_methods_t hello_module_methods = {
        open: hello_device_open
    };

    /*模块实例变量*/
    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,
        }
    };

这里，实例变量名必须为HAL_MODULE_INFO_SYM，tag也必须为HARDWARE_MODULE_TAG，这是Android硬件抽象层规范规定的。

定义hello_device_open函数：

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定义为"/dev/hello"。由于设备文件是在内核驱动里面通过device_create创建的，而device_create创建的设备文件默认只有root用户可读写，而hello_device_open一般是由上层APP来调用的，这些APP一般不具有root权限，这时候就导致打开设备文件失败：

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

解决办法是类似于Linux的udev规则，打开Android源代码工程目录下，进入到system/core/rootdir目录，里面有一个名为ueventd.rc文件，往里面添加一行：

/dev/hello 0666 root root

定义hello_device_close、hello_set_val和hello_get_val这三个函数：

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. 继续在hello目录下新建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的定义规则，hello后面跟有default，hello.default能够保证我们的模块总能被硬象抽象层加载到。

五. 编译：

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

编译成功后，就可以在out/target/product/generic/system/lib/hw目录下看到hello.default.so文件了。

六. 重新打包Android系统镜像system.img：

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

重新打包后，system.img就包含我们定义的硬件抽象层模块hello.default了。

虽然我们在Android系统为我们自己的硬件增加了一个硬件抽象层模块，但是现在Java应用程序还不能访问到我们的硬件。我们还必须编写JNI方法和在Android的Application Frameworks层增加API接口，才能让上层Application访问我们的硬件。在接下来的文章中，我们还将完成这一系统过程，使得我们能够在Java应用程序中访问我们自己定制的硬件。