首页文章Android系统驱动介绍android手机驱动「Android系统驱动介绍」

Android系统驱动介绍android手机驱动「Android系统驱动介绍」

时间2025-01-17 08:25:33发布yu分类文章浏览135
导读：  Android中内核的结构和标准的Linux 2.6内核是基本相同的，不过Android在其基础上增加了私有内容。Android在Linux内核中增加的主要是一些驱动程序，这些驱动程主要分为两种:Android专用驱动和A...

  Android中内核的结构和标准的Linux 2.6内核是基本相同的，不过Android在其基础上增加了私有内容。Android在Linux内核中增加的主要是一些驱动程序，这些驱动程主要分为两种:Android专用驱动和Android使用的设备驱动。

   Android专用驱动程序不是Linux的标准驱动，它们的作用是辅助系统运行，一般不操作实际硬件。

  • Ashmem: 匿名共享内存驱动。
  • Logger: 轻量级的log驱动。
  • Binder驱动(Binder Driver): 基于OpenBinder驱动，为Android平台提供IPC（进程间通信）的支持。
  • 电源管理(Android Power Management ): 轻量级的能源管理，基于Linux的能源管理，为嵌入式系统做了优化。
  • Android Power Management: 定时器驱动，用于唤醒设备。
  • Low Memory Killer: 在缺少内存的情况卜，杀死进程。
  • Android PMFM: 物理内存驱动。
  • U Gadget: U 驱动（基于 gaeget 框架）。
  • Ram Console: 用于调试写入日志信息的设备。
  • Time Device: 定时控制设备。
  • Android Alarm: 硬件时钟。

  下面将主要介绍Android专用驱动中最重要的3个驱动：

Ashmem:匿名共享内存驱动

  Ashmem ( Anonymous Shared Memory )，即匿名共享内存，通过内核的机制，为用户空间程序提供分配内存的机制。
  Ashmem设备节点名称为/dev/ashmem，主设备号为10 ( Misc Driver )，次设备号动态生成。
  Ashmem的代码路径如下:
  
  

Logger:轻量级的log驱动

   Android的Logger驱动程序为用户层程序提供log的支持，这个驱动作为一个工具来使用。
   Logger有3个设备节点，分别为：/dev/log/main, /dev/log/event, /dev/log/radioo
   主设备号为10 (Misc Driver)，次设备号动态生成。
   Logger驱动的代码路径如下:
  
  
   在用户空间logcat程序调用Logger驱动: system/core/logcat/可执行程序。

Binder驱动(Binder Driver）

  Android的Binder驱动程序为用户层程序提供IPC(进程间通信)支持，Android整个系统的运行依赖Binder驱动。
  Binder设备节点名称为/dev/binder，主设备号为10 ( Misc Driver )，次设备号动态生成。

  Binder的代码路径：
  
  
  Android系统上层用户空间的libutil 工具库和ServiceManager守护进程都是调用Binder接口驱动提供对整个系统进程间通信功能的支持，它们的代码路径为:

 

   Binder是Android中主要使用的IPC方式，通常需要按照模板定义相关的类，不需要直接调用Binde驱动程序的设备节点。
 

其它专用驱动
 

  •  
    Android Power Management
     一个基于标准 linux 电源管理的轻量级 Android 电源管理系统。
     源码位置：
     
     
     
  •  
    Low Memory Killer
     它在用户空间中指定了一组内存临界值，当其中某个值与进程描述中的 oom_adj 值在同一范围时，该进程将被Kill掉（在parameters/adj中指定oome_adj 的最小值）。它与标准的Linux OOM机制类似，只是实现方法不同。
     源码位置：
     
  •  
    Android PMEM
     PMEM 主要作用就是向用户空间提供连续的物理内存区域。
     ①　让 GPU 或 VPU 缓冲区共享 CPU 核心。
     ②　用于 Android service 堆。
     源码位置：
     
  •  
    U Gadget
     基于标准 Linux U gaeget 驱动框架的设备驱动。
     源码位置：
     
  •  
    Ram Console
     为了提供调试功能，android 允许将调试日志信息写入这个设备，它是基于 RAM 的 buffer。
     源码位置： 
     
  •  
    Time Device
     定时控制,提供了对设备进行定时控制的功能。
     源码位置：
     
  •  
    Android Alarm
     提供一个定时器，用于把设备从睡眠状态唤醒，同时它还提供了一个即使在设备睡眠时也会运行的时钟基准。
     设备节点：
     源码位置：
     
 
 

  Android中常使用的设备主要有Framebuffer驱动、输入设备驱动、v412摄像头—视频驱动、OSS音频驱动、ALSA音频驱动、MTD驱动、蓝牙驱动、Wlan驱动等。
 

Framebuffe显示驱动
 

  Framebuffer 驱动在 Linux 中是标准的显示设备的驱动。
 

  • 对于 PC 系统，它是显卡的驱动 ；
  • 对于嵌入式 SOC 处理器系统，它是 LCD 控制器或者其他显示控制器的驱动。
 

  它是一个字符设备，在文件系统中设备节点通常是 /dev/fbx 。 每个系统可以有多个显示设备 ，依次用 /dev/fb0、/dev/fb l等来表示。在 Android 系统中主设备号为 29 ，次设备号递增生成。
   Android 对 Framebuffer 驱动的使用方式是标准的，在 / dev / graphie / 中的 Framebuffer 设备节点由 init 进程自动创建，被 libui 库调用。Android 的 GUI 系统中 ， 通过调用 Framebuffer 驱动的标准接口，实现显示设备的抽象。
   代码路径:。
 

输入设备驱动
 

  Android中的输入设备设备驱动主要包括:游戏杆(Joystick、鼠标(Mouse)和事件设备(Event)。
 

  • 其中事件设备驱动程序是目前通用的程序，可支持键盘 、 鼠标、触摸屏等多种输入设备。 Input 驱动程序的主设备号是13 ，每一种Input设备从设备号占用5位 ，3种从设备号分配是 ： 游戏杆 0～61 ； Mouse 鼠标33～62 ； Mice鼠标63 ； 事件设备64 ～ 95，各个具体的设备在misc 、touchscreen 、keyboard 等目录中。
  • Event设备在用户空问使用read 、ioctl 、poll 等文件系统的接口操作，read 用于读取输入信息，ioctl 用于获取和设置信息，poll 用于用户空间的阻塞，当内核有按键等中断时，通过在中断中唤醒内核的 poll 实现。
 

  输入设备驱动同样也是字符设备，这个输入设备驱动程序那是相当相当的复杂。在Android内核中主要需要关注以下儿个文件:
 

 

  上面这些都不需我们去实现，内核已经帮我们实现好了，不过在写硬件驱动时需要和Inputcore交互，所以需要用到上面这些函数中的接口，也就是说上面这些函数是透明的。
 

V4L2摄像头—视频驱动
 

  摄像头(Camera)——视频驱动驱动通常使用Video For Linux。
   V4L2是V4L的升级版本，为linux下视频设备程序提供了一套接口规范。包括一套数据结构和底层V4L2驱动接口。V4L2提供了很多访问接口，可以根据具体需要选择操作方法。
   注意：很少有驱动完全实现了所有的接口功能。所以在使用时需要参考驱动源码，或仔细阅读驱动提供者的使用说明。
   V4L2的主设备号是81，次设备号：0~255，这些次设备号里也有好几种设备（视频设备、Radio设备、Teletext、VBI）。
 

  • V4L2的设备节点： /dev/videoX, /dev/vbiX 和 /dev/radioX
  • V4L2驱动主要头文件路径:
 

 

  • V4L2驱动核心实现路径:。
 

          在这里插入图片描述
                         V4L2框架图
 

OSS音频驱动
 

   OSS（Open Sound System开放声音系统）是 linux 上最早出现的声卡驱动。OSS 由一套完整的内核驱动程序模块组成，可以为绝大多数声卡提供统一的编程接口。
    OSS 是字符设备，主设备号14，主要包括下面几种设备文件：
 


  •  它是声卡驱动程序提供的简单接口，它通常是一个只读文件，作用也只限于汇报声卡的当前状态。（用于检测声卡）

  •  用于数字采样和数字录音的设备文件。对于音频编程很重要。实现模拟信号和数字信号的转换。

  •  类似于/dev/dsp，使用的是 mu-law 编码方式。

  •  用于多个信号组合或者叠加在一起，对于不同的声卡来说，其混音器的作用可能各不相同。

  •  这个设备用来对声卡内建的波表合成器进行操作，或者对 MIDI 总线上的乐器进行控制。
 

  OSS 驱动所涉及的文件主要包括：
 

 

MTD驱动
 

  Flash驱动通常使用MTD ( Memory Technology Device内存技术设备）
   MTD 驱动程序是 Linux 下专门为嵌入式环境开发的新一类驱动程序。Linux 下的 MTD 驱动程序接口被划分为用户模块和硬件模块：
 

  • 用户模块
     提供从用户空间直接使用的接口：原始字符访问、原始块访问、FTL （Flash Transition Layer）和JFS（Journaled File System）。
  • 硬件模块
     提供内存设备的物理访问，但不直接使用它们，二十通过上述的用户模块来访问。这些模块提供了闪存上读、写和擦除等操作的实现。
 

  MTD的字符设备：，主设备号为90。
   MTD的块设备:，主设备号为13。
   MTD驱动程序头文件路径:。
   MTD源代码路径:
 

 

  MTD驱动工作原理如图所示：
         在这里插入图片描述
                         MTD工作原理图
 

ALSA音频驱动
 

  ALSA ( Advanced Linux Sound Architecture)即高级Linux声音体系。
   高级 Linux 声音体系ALSA是为音频系统提供驱动 的Linux 内核组件，以替代原先的开发声音系统 OSS 。它是一个完全开放源代码的音频驱动程序集 ，除了像 OSS 那样提供一组内核驱动程序模块之外 ，ALSA 还专门为简化应用程序的编写提供相应的函数库，与 OSS 提供的基于 ioctl 等原始编程接口相比， ALSA 函数库使用起来要更加方便一些 。
   利用该函数库，开发人员可以方便、快捷地开发出自己的应用程序，细节则留给函数库进行内部处理 。所以虽然 ALSA 也提供了类似于 OSS 的系统接口，但建议应用程序开发者使用音频函数库，而不是直接调用驱动函数。
   ALSA 驱动的主设备号为 116 ，次设备号由各个设备单独定义，主要的设备节点如下：
 

 

  在用户空间中 ， ALSA 驱动通常配合 ALSA 库使用，库通过 ioctl 等接口调用 ALSA 驱动程序的设备节点。对于 AIJSA 驱动的调用，调用的是用户空间的 ALsA 库的接口，而不是直接调用 ALSA 驱动程序。
 

  • ALSA驱动程序的头文件:
 

 

  • ALSA驱动程序的核心实现:
     
 

ALSA 音频驱动的架构如下图所示：
             在这里插入图片描述
                        ALSA系统架构图
 

蓝牙驱动
 

  在Linux中，蓝牙设备驱动是网络设备，使用网络接口。
   Android 的蓝牙协议栈使用BlueZ实现来对GAP, SDP以及RFCOMM等应用规范的支持,并获得了SIG认证。由于Bluez使用GPL授权, 所以Android 框架通过D-BUS IPC来与bluez的用户空间代码交互以避免使用未经授权的代码。
 

  • 蓝牙设备的网络协议：协议族AF BLUETOOTH ( 31) 。
  • 蓝牙协议部分头文件：
 

 

  • 蓝牙协议源代码文件：
  • 蓝牙驱动程序部分的文件:：
 

WLAN驱动
 

   在Linux中，WLAN设备驱动是网络设备，使用网络接口。WLAN在用户空间使用标准的Socket接口进行控制。
 

  • WiFi协议部分头文件: 
  • WiFi协议部分源文件: 
  • WiFi驱动程序部分: 
 
 

  驱动开发是Android开发系统中最底层的应用，属于Linux内核层的工作，因为驱动是系统和硬件之间的载体，涉及了不同硬件的应用问题，所以需要做系统移植的工作。
 

Android移植的任务
 

  Android移植开发的最终目的是为了开发手机产品，从开发者的角度来看，这种类型的开发以具有硬件系统为前提，在硬件系统的基础上构建Android软件系统，这种类型的开发工作在Android系统的底层。在软件系统方面，主要工作集中在如下两个方面：
 

  • Linux中的相关设备驱动程序
     驱动程序是硬件和上层软件的接口，在Android手机系统中，需要基本的屏幕、触摸屏、键盘等驱动程序，以及音频、摄像头、电话的Modem,HIFi、蓝牙等多种设备驱动程序。
  • Android本地框架中的硬件抽象层
     在Android中，硬件抽象层工作在用户空间，介于驱动程序和Android系统之间。Android系统对硬件抽象层通常都有标准的接口定义，在开发过程中，实现这些接口也就给Android系统提供了硬件抽象层。
 

  上述两个部分相互结合，共同完成了Android系统的软件移植。移植成功与否取决于驱动程序的品质和对Android硬件抽象层接口的理解程度。Android移植开发的工作由核心库、Dalvik虚拟机、硬件抽象层、Linux内核层和硬件系统协同完成，具体结构如图：
              在这里插入图片描述
                     Android移植结构图
 

Android移植的内容
 

  在移植过程中主要移植驱动方面的内容，具体来说，Android的移植主要分为下面的几个类型：
 

  • 基本图形用户界面(GUI)部分:包括显示部分、用户输入部分和硬件相关的加速部分，还包括媒体编解码和OpenGL等，还包括媒体编解码和OpenGL等。
  • 音视频输入输出部分:包括音频、视频输出和摄像头等。
  • 连接部分:包括无线局域网、蓝牙、GPS等。
  • 电话部分:包括通话、G等。
  • 附属部件:包括传感器、背光、振动器等。
 

  具体需要移植的内容如下所示：
 ①　Display显示部分: 包括FrameBuffer驱动和Gralloc模块。
 ②　Input用户输入部分: 包括Event驱动和EventHube
 ③　Codec多媒体编解码: 包括硬件Codec驱动和Codec插件，例如OpenMax o
 ④　3D Accelerator ( 3D加速器)部分: 包括硬件OpenGL驱动和OpenGL插件。
 ⑤　Audi音频部分: 包括Audi、驱动和Audi、硬件抽象层。
 ⑥　Video Out视频输出部分: 包括视频显示驱动和Overlay硬件抽象层。
 ⑦　Camera摄像头部分: 包括Camera驱动(通常是v412)和Camera硬件抽象层。
 ⑧　Phone电话部分: 包括Modem驱动程序和RIL库。
 ⑨　GPS全球定位系统部分: 包括GPS驱动(例如串口)和GPS硬件抽象层。
 ⑩　Wi-Fi无线局域网部分: 包括Wlan驱动和协议以及Wi-Fi的适配层。
 ⑪　Blue Tooth蓝牙部分: 包括BT驱动和协议以及BT的适配层。
 ⑫　Sensor传感器部分: 包括Sensor驱动以及Sensor硬件抽象层。
 ⑬　Vibrator震动器部分: 包括Vibrator驱动和Vibrator硬件抽象层。
 ⑭　Light背光部分: 包括Light驱动和Light硬件抽象层。
 ⑮　Alarm警告器部分: 包括Alarm驱动和RTC系统以及用户空间调用。
 ⑯　Battery电池部分: 包括电池部分驱动和电池的硬件抽象层。
   Android系统有很多组件，但并不是每一个部件都需要移植，例如浏览器引擎虽然需要下层的网络支持，但实际上并不需要直接为其移植网络接口，而是通过无线局域网或者电话系统数据连接来完成标准的网络接口，所以就不需要移植。
 

驱动开发要做的工作
 

  驱动开发的任务是，为某一个将要在Android系统上使用的硬件开发一个驱动程序。因为Android是基于Linux的，所以开发Android驱动其实就是开发Linux驱动。
   对于大部分子系统来说，硬件抽象层和驱动程序都需要根据实际系统的情况来实现，例如传感器部分、音频部分、视频部分、摄像头部分和电话部分。另外也有一些子系统的硬件抽象层是标准的，只需要实现Linux内核中的驱动程序即可，例如输入部分、振动器部分、无线局域网部分和蓝牙部分等。对于有标准的硬件抽象层的系统，有的时候通常也需要做一些配置工作。
   随着Android系统的更新和发展，它已经不仅仅是一个移动设备的平台，而且可以用于消费类电子和智能家电，例如从3.0以后的版本主要是针对平板电脑的，另外电子书、数字电视、机顶盒、固定电话等都逐渐使用Android系统。
   在这些平台上，通常需要实现比移动设备更少的部件。一般来说，包括显示和用户输入的基本用户界面部分是需要移植的，其他部分是可选的。例如电话系统、振动器、背光、传感器等一般不需要在非移动设备系统来实现，一些固定位置设备通常不需要实现GPS系统。
 
 

  Android内核是基于Linux 2.6内核的，这是一个增强内核版本，除了修改部分Bug外，还提供了用于支持Android平台的设备驱动。Android不但使用了Linux内核的基本功能，而且对Linux进行了改造，以实现更为强大的通信功能。
 

Android构建Linux系统
 

  如果以一个原始的Linux操作系统为基础，将其改造成为一个适合于Android的系统所做的工作其实非常简单，就是增加适用于Android的驱动程序。在Android中有很多Linux系统的驱动程序，将这些驱动程序移植到新系统非常简单，具体来说有以下三个步骤。
 ①　编写新的源代码。
 ②　在KConfig配置文件中增加新内容。
 ③　在Makefile中增加新内容。
   在Android系统中，最常用的驱动程序有FrameBuffer驱动、Event驱动、Flash MTD驱动、WiFi驱动、蓝牙驱动和串口等驱动程序，并且还需要音频、视频、传感器等驱动和sysfs接口。所以说移植的过程就是移植上述驱动的过程，底层程序员的工作是在Linux下开发适用于Android的驱动程序，并移植到Android系统。
   在Android中添加扩展驱动程序的基本步骤介绍如下:
 ①　在Linux内核中移植硬件驱动程序，实现系统调用接口;
 ②　把硬件驱动程序的调用在HAL中封装成Stub;
 ③　为上层应用的服务实现本地库，由Dalvik虚拟机调用本地库来完成上层Java代码的实现;
 ④　最后编写Android应用程序，提供Android应用服务和用户操作界面。
           在这里插入图片描述
                 Android中的Linux内核和设备驱动结构
 
 

   HAL层又被称为硬件抽象层，HAL在Android体系中有着深远的意义，因为Android是开放的而不是开源的原因就是在这一层上。因为HAL层的代码没有开源，所以Google将硬件厂商的驱动程序放在HAL层。也正是这个原因，所以Android被Linux家族删除。
 

Android HAL定义和概述
 

  HAL层(硬件抽象层)是位于操作系统内核与硬件电路之间的接口层，其目的在于将硬件抽象化。它隐藏了特定平台的硬件接口细节，为操作系统提供虚拟硬件平台，使其具有硬件无关性，这样就可以在多种平台上进行移植。
 

  从软硬件测试的角度来看，软硬件的测试工作都可分别基于硬件抽象层来完成，从此使软硬件测试工作的并行进行成为可能。HAL层的位置结构如图所示。
       在这里插入图片描述
                        HAL层结构
   由上图可以看出，HAL的功能是把Android Framework< Android框架)与Linux内核隔离。这样做的目的是让Android不过度依赖Linux Kemel，从而让Android Framework开发可以在不考虑驱动程序的前提下进行。在HAL层主要包含了GPS, Vibrator, Wi-Fi, Copybit, Audio,Camera, Lights, Ril, Overlay等模块。
 

Android HAL层的分类和结构
 

  Android HAL层的分类，Android硬件抽象层可以分为如下六种HAL ：
 

  • 上层软件
  • 内部以太网
  • 内部通信CLIENT
  • 用户接入口
  • 虚拟驱动，设置管理模块
  • 内部通信SERVER
 

  定义硬件抽象层接口的代码具有以下五个特点：
 


  • 硬件抽象层具有与硬件的密切相关性。
  • 硬件抽象层具有与操作系统无关性。
  • 接口定义的功能应包含硬件或系统所需硬件支持的所有功能。
  • 接口定义简单明了，太多接口函数会增加软件模拟的复杂性。
  • 具有可测性的接口设计有利于系统的软硬件测试和集成。
 

  Android HAL层的目录结构，在Android源码中，HAL主要被保存在下面的目录中:
 

  • : 过去的目录，采取了链接库模块观念来架构。
  • : 新版的目录，被调整为用I-3AL stub观念来架构。
  • : 是Radio接口层。
  • :和QUAL平台相关的信息。
       当然Android的HAL层仍旧散布在不同的地方，例如分为Camera, Wi-Fi等，因此上述的目录并不包含所有的HAL程序代码。在HAL架构成熟前的结构如左图所示，现在HAL层的结构如图所示:
     在这里插入图片描述在这里插入图片描述
            HAL架构成熟前的结构             HAL架构成熟后的结构
 

  从现在HAL层的结构可以看出，当前的HAL stub模式是一种代理(proxy)的概念，虽然stub仍以“.so”档的形式存在，但是HAL已经将“.so”档隐藏了。Stub向HAL提供了功能强大的操作函数(operation )，而runtime则从HAL获取特定模块(stub)的函数，然后再回调这些操作函数。这种以Indirect Function Call模式的架构，让HAL stub变成了一种“包含”关系，也就是说在HAL里包含了许多stub(模块)。Runtime只要说明module ID(类型)就可以取得操作函数。
   在当前的HAL模式中，Android定义了HAL层结构框架，这样通过接口访问硬件时就形成了统一的调用方式。
 

HAL_legacy和HAL的比较
 

  • HAL_legacy:这是过去HAL的模块，采用共享库形式，在编译时会调用到。由于采用function call形式来调用，因此可被多个进程使用，但会被映射到多个进程空间中造成浪费，同时需要考虑代码能否安全重入的问题(thread safe )。
  • HAL:这是新式的HAL，采用了HAI module和HAI stub结合形式。HAL stub不是一个共享库，在编译时上层只拥有访问HAL stub的函数指针，并不需要HAL stub。在上层通过HAL module提供的统一接口获取并操作HAL stub，所以文件只会被映射到一个进程，而不会存在重复映射和重入问题。
 

HAL层的调用
 

重要的结构体
 

  在HAL module中主要有如下三个结构：
 

  • struct hw_module_t
     hw_module_t 结构体是通用模块结构体，是具体模块的一个基类，如果你要实现类似音频、相机等模块就需要继承这个通用模块，对应的结构为：
 

 

  • struct hw_module_methods t
     hw_module_methods_t 结构体定义一个打开具体设备的函数open ，结构为:
 

 

  • struct hw_device_t
     hw_device_t 结构体是通用设备结构体，上层找到对应模块之后需要定位具体设备，一个模块可以有多个设备（根据device id来区别），上面的open函数就是去初始化这个设备的各个参数的，具体结构为：
 

 

  HAL_MODULE_INFO_SYM是定义具体模块的结构体变量，结构体内部是一个hw_module_t结构体，这种包含关系可以理解为，具体模块继承通用模块hw_module_t结构体
   
 

  这三个结构体之间的关系为：
         在这里插入图片描述
                   三种结构之间的关系
 

HAL调用（Android 中实现调用 HAL 是通过 hw_get_module 实现的）
 

  函数hw_get_module()能够根据模块ID寻找硬件模块动态链接库的地址，然后调用load打开动态链接库从中获取硬件模块结构体地址。
   执行后首先是根据固定的符号HAL_MODULE_INFO_SYM寻找到hw module t结构体，然后是在hw_moule_t中hw_module_ methods_t结构体成员函数提供的结构open打开相应的模块，并同时进行初始化操作。因为用户在调用open()时通常会传入一个指向hw device t指针的指针。这样函数open()将对模块的操作函数结构保存到结构体hw_device_t中，用户通过它可以和模块进行交互。
 

①　Native code通过hw_get_module调用获取HAL stub：
   
 

②　通过继承hw_module_methods_t的callback来 open设备：
   
 

图木舒克版权声明：本网信息来自于互联网，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实，对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺，并请自行核实相关内容。本站不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如若本网有任何内容侵犯您的权益，请及时联系我们，本站将会在24小时内处理完毕，E-mail：xinmeigg88@163.com

					

					
展开全文READ MORE

					

						驱动					

					

						诺基亚 8800诺基亚8800手机「诺基亚 8800」
						如何手机通讯录到另一个手机手机通讯录怎么导入新手机「如何手机通讯录到另一个手机」
					

				

				

					
				

			

			
		
	

	
	↑