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Android系统的硬件抽象层（Hardware Abstract Layer, HAL）运行在用户空间中，它向下屏蔽硬件驱动模块的实现细节，向上提供硬件访问服务。通过硬件抽抽象层，Android系统分为两层来支持硬件设备，其中一层实现在用户空间（User Space），另外一层是内核空间（Kernel Space）。传统的Linux系统将对硬件的支持完全放在内核空间中，但由于Android系统遵循开源协议GPL，如果对硬件的支持逻辑全部放在内核空间中，厂商的商业机密将无法保护。因此，Android系统将硬件支持分为两层：内核驱动层负责底层硬件操作，而硬件抽象层模块则负责上层接口定义和操作逻辑，保护厂商的利益。

硬件抽象层概述

硬件抽象层模块（HAL Module）在Android系统中以动态链接库（.so文件）的形式存在。模块文件的命名规范为“<MODULE_ID>.variant.so”，其中<MODULE_ID>为模块ID，variant表示系统属性（如ro.hardware、ro.product.board等），具体取值由系统属性决定。系统属性ro.hardware的值通常来自/proc/cmdline或/proc/cpuinfo文件，而ro.product.board、ro.board.platform和ro.arch则来自/system/build.prop文件。

硬件抽抽象层模块结构体hw_module_t和设备结构体hw_device_t的定义位于文件hardware/libhardware/hardware.h中。模块结构体hw_module_t包含模块标识、版本信息、模块ID、模块名称、作者信息以及操作方法列表等成员变量。设备结构体hw_device_t则包含设备标识、设备版本、所属模块以及设备操作接口。

开发Android硬件驱动程序

为了便于描述，我们开发一个虚拟字符硬件设备fake register，它有一个4字节的寄存器，支持读写操作。驱动程序的实现基于Linux内核的字符设备模型，定义了文件操作接口。驱动程序的实现如下：

#include 
   
    #include 
    
     ...struct Freg_struct {    struct mutex mutex;    struct cdev freg_cdev;    char val;};static struct kobject *freg_kobj;static ssize_t freg_show(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf) {    struct Freg_struct *dev = container_of(kobj, struct Freg_struct, freg_cdev);    mutex_lock(&dev->mutex);    val = dev->val;    mutex_unlock(&dev->mutex);    return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%d\n", val);}...
    
   

测试程序如下：

#include 
   
    #include 
    
     ...int main() {    int fd = open("/dev/freg", O_RDWR);    if (fd == -1) {        printf("Failed to open device\n");        return -1;    }    printf("Read original value:\n");    read(fd, &val, sizeof(val));    printf("%d\n");    val = 5;    printf("Write value %d to /dev/freg\n", val);    write(fd, &val, sizeof(val));    printf("Read the value again:\n");    read(fd, &val, sizeof(val));    printf("%d\n");    close(fd);    return 0;}
    
   

开发Android硬件抽象层模块

硬件抽象层模块freg的实现包括三个文件：freg.h、freg.cpp和Android.mk。

#ifndef ANDROID_FREF_INTERFACE_H#include 
   
    ...#define FREG_HARDWARE_MODULE_ID "freg"#define FREG_HARDWARE_DEVICE_ID "freg"struct freg_module_t {    struct hw_module_t common;};struct freg_device_t {    struct hw_device_t common;    int fd;    int (*set_val)(struct freg_device_t *dev, int val);    int (*get_val)(struct freg_device_t *dev, int *val);};#endif
   

2. freg.cpp 实现模块接口：

#include 
    
     #include 
     
      ...static int freg_device_open(const struct hw_module_t *module, const char *id, struct hw_device_t **device) {    struct freg_device_t *dev = malloc(sizeof(struct freg_device_t));    if (!dev) return -1;    dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;    dev->common.module = (struct hw_module_t *)module;    dev->common.close = freg_device_close;    dev->set_val = freg_set_val;    dev->get_val = freg_get_val;    if ((dev->fd = open("/dev/freg", O_RDWR)) == -1) {        free(dev);        return -1;    }    *device = (struct hw_device_t *)dev;    return 0;}
     
    

3. Android.mk 编译脚本：

LOCAL_MODULE := freg.defaultLOCAL_SRC_FILES := freg.cpp...include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

开发Android硬件访问服务

硬件访问服务FregService通过JNI方法与硬件抽象层模块通信，定义服务接口并运行在系统进程中。服务接口定义在aidl文件中，实现服务类并注册到Service Manager。

使用硬件访问服务

应用程序通过Binder进程间通信机制访问硬件访问服务，调用JNI方法进行硬件操作。最终实现了完整的硬件访问流程，满足应用程序对硬件的读写需求。