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Android O之HAL層開發

這裡介紹的是一種簡單HAL的寫法與呼叫。
我將會編寫一個app直接呼叫HAL的介面,而HAL層程式碼將直接讀寫驅動的節點。

簡介

Android O的一項新元素是 Project Treble。這是 Android 作業系統框架在架構方面的一項重大改變,旨在讓製造商以更低的成本更輕鬆、更快速地將裝置更新到新版 Android 系統。
在Android O之前,HAL是一個個的.so庫,通過dlopen來進行開啟,庫和framework位於同一個程序。
新的架構之下,framework和hal運行於不同的程序,所有的HAL採用新的HIDL技術來完成。作為此變化的一部分,執行 Android 8.0 的裝置必須支援繫結式或直通式 HAL:

  • 繫結式 HAL。以 HAL 介面定義語言 (HIDL) 表示的 HAL。這些 HAL 取代了早期 Android 版本中使用的傳統 HAL 和舊版 HAL。在繫結式 HAL 中,Android 框架和 HAL 之間通過 Binder 程序間通訊 (IPC) 呼叫進行通訊。所有在推出時即搭載了 Android 8.0 或後續版本的裝置都必須只支援繫結式 HAL。

  • 直通式 HAL。以 HIDL 封裝的傳統 HAL 或舊版 HAL。這些 HAL 封裝了現有的 HAL,可在繫結模式和
    Same-Process(直通)模式下使用。升級到 Android 8.0 的裝置可以使用直通式 HAL。

一看就知道繫結式HAL是主推方法了。後面的HAL也將用繫結式HAL方式編寫。

編寫.hal檔案

原始碼裡面有一個指紋識別,路徑在/android/hardware/interfaces/biometrics/fingerprint。
這裡將編寫一個簡單版的fingerprint HAL。只有set、subscribe、unsubscribe和callback回撥方法。直接往驅動節點裡面讀寫資料,操作驅動節點的方法主要有三個open、write、read。

我們需要寫三個.hal檔案,types.hal、IFingerprint.hal和IFingerprintCallback.hal。
types.hal定義的是一些資料結構,IFingerprint.hal定義的是從Framework往HAL呼叫的介面,而IFingerprintCallback.hal則是HAL往Framework回撥的介面。

首先在/hardware/interfaces目錄下新建一個fingerprint資料夾,然後在fingerprint裡面再新建一個名叫1.0的資料夾,在1.0的資料夾裡面新增hal檔案。

//types.hal
package [email protected]1.0;

struct FingerprintValue {
    /** Property identifier */
    int32_t propId;

    vec<int32_t> values;

};
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這裡只定義一個簡單的結構體,用於儲存指紋資料。

//IFingerprint.hal
package [email protected]1.0;

import IFingerprintCallback;

interfaceIFingerprint {

    subscribe(IFingerprintCallback callback) generates (bool retval);    

    unsubscribe() generates (bool retval);

    set(FingerprintValue fingerprintValue) generates (bool retval);

};
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這裡定義了三個方法,訂閱IFingerprintCallback回撥、取消訂閱、設定資料到驅動。

//IFingerprintCallback.hal
package android.hardware.fingerprint@1.0;


interface IFingerprintCallback {

    oneway onFingerprintEvent(FingerprintValue fingerprintValue);

};
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這裡就是剛才訂閱的回撥方法,用於回撥資料給應用。

寫完這三個hal檔案後,在原始碼根目錄下導環境變數,然後進入到/hardware/interfaces目錄執行如下命令:

./update-makefiles.sh
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這樣就會生成一些bp檔案、mk檔案和一些必要的東西。

編寫主要邏輯

在1.0資料夾裡面新建一個default資料夾。
編寫Fingerprint.h和Fingerprint.cpp,我們將在Fingerprint.cpp裡面實現我們剛才在hal檔案裡面定義的方法,讀寫驅動節點資料。程式碼如下:

//Fingerprint.h
#ifndef ANDROID_HARDWARE_FINGERPRINT_V1_0_FINGERPRINT_H
#define ANDROID_HARDWARE_FINGERPRINT_V1_0_FINGERPRINT_H

#include <android/hardware/fingerprint/1.0/IFingerprint.h>

namespaceandroid {
namespacehardware {
namespacefingerprint {
namespaceV1_0 {
namespaceimplementation {

using ::android::hardware::fingerprint::V1_0::IFingerprint;
using ::android::hardware::fingerprint::V1_0::IFingerprintCallback;
using ::android::hardware::fingerprint::V1_0::FingerprintValue;


struct Fingerprint : public IFingerprint {
    Fingerprint(); 
    ~Fingerprint();
    Return<bool> subscribe(const sp<IFingerprintCallback>& callback)  override;
    Return<bool> unsubscribe()  override;
    Return<bool> set(const FingerprintValue& fingerprintValue)  override;

  private:
    void fingerprint_message_recv_thread_init();
    void fingerprint_message_recv_thread_destroy();
    void fingerprint_message_recv_thread_subscribe();
    void fingerprint_message_recv_thread_unsubscribe();
};

extern "C" IFingerprint* HIDL_FETCH_IFingerprint(const char* name);

}  // namespace implementation
}  // namespace V1_0
}  // namespace fingerprint
}  // namespace hardware
}  // namespace android

#endif  // ANDROID_HARDWARE_FINGERPRINT_V1_0_FINGERPRINT_H
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//Fingerprint.cpp
#define LOG_TAG "[email protected]"

#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <semaphore.h>
#include <log/log.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <linux/i2c.h>
#include "Fingerprint.h"

#define REMOTE_MESSAGE_BUFFER_SIZE          36
#define REMOTE_MESSAGE_PRINT_BUFFER_SIZE    256
#define REMOTE_MESSAGE_PRINT_MAX_COUNT      64

namespace android {
namespace hardware {
namespace fingerprint {
namespace V1_0 {
namespace implementation {

struct hw_fingerprint_device_impl {
    int          fd;
};

struct hw_fingerprint_recv_thread
{
    pthread_t               t_id;
    pthread_attr_t          t_attr;
    bool                    t_exitflag;
};

static sp<IFingerprintCallback> mCallback = 0;

static struct hw_fingerprint_device_impl    g_fingerprint_impl =
{
    .fd = -1,
};

static struct hw_fingerprint_recv_thread g_fingerprint_recv_thread =
{
    .t_id                   = 0,
    .t_exitflag             = false,
};

static void* fingerprint_message_recv_thread_proc(void *arg)
{
    ALOGD("%s", __FUNCTION__);

    unsigned char data[REMOTE_MESSAGE_BUFFER_SIZE];
    FingerprintValue fingerprintValue;

    while (g_fingerprint_recv_thread.t_exitflag == false)
    {
        if(g_fingerprint_impl.fd != -1)
        {
            memset(data, 0, REMOTE_MESSAGE_BUFFER_SIZE);
            int len = read(g_fingerprint_impl.fd, data, REMOTE_MESSAGE_BUFFER_SIZE); //從驅動節點讀取資料
            if (len > 0){
                if( data[0] != 0 ){
                    //report message
                    fingerprintValue.values.resize(len);
                    for(int i = 0; i < len ; i++){
                        fingerprintValue.values[i] = data[i];
                    }

                    if(mCallback != 0)
                    {
                        mCallback->onFingerprintEvent(fingerprintValue);//回撥資料給應用
                    }else{
                        ALOGE("Try to mCallback->onFingerprintEvent but mCallback==0!!!");
                    }
                }else{
                    usleep(100000);
                }
            }
        }
        else
        {
            ALOGE("Device has not been initialized!");
        }
    }

    ALOGD("%s END!", __FUNCTION__);

    return NULL;
}

Fingerprint::Fingerprint()
{

    ALOGD("%s", __FUNCTION__);

    if(-1 == g_fingerprint_impl.fd)
    {
        g_fingerprint_impl.fd = open("/dev/i2c-6", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);//開啟驅動節點
        if(-1 == g_fingerprint_impl.fd)
        {
            ALOGE("Open device \"/dev/i2c-6\" failed!");
        }
    }

}

Fingerprint::~Fingerprint() {
    if(-1 != g_fingerprint_impl.fd)
    {
        close(g_fingerprint_impl.fd);
        g_fingerprint_impl.fd = -1;
    }

}

void Fingerprint::fingerprint_message_recv_thread_subscribe()
{
    ALOGD("%s", __FUNCTION__);

    g_fingerprint_recv_thread.t_exitflag = false;

    if (pthread_create(&g_fingerprint_recv_thread.t_id,
                        NULL,
                        fingerprint_message_recv_thread_proc,
                        NULL))
    {
        g_fingerprint_recv_thread.t_id = 0;
    }
}

void Fingerprint::fingerprint_message_recv_thread_unsubscribe()
{
    ALOGD("%s", __FUNCTION__);

    if(g_fingerprint_recv_thread.t_id != 0)
    {
        g_fingerprint_recv_thread.t_exitflag = true;
        void* lpv = NULL;
        pthread_join(g_fingerprint_recv_thread.t_id, &lpv);
        g_fingerprint_recv_thread.t_id = 0;
    }
}

//訂閱的時候開啟一個執行緒從驅動節點一直read資料
Return<bool> Fingerprint::subscribe(const sp<IFingerprintCallback>& callback)  {
    ALOGD("%s", __FUNCTION__);

    mCallback = callback;

    if(-1 != g_fingerprint_impl.fd)
    {
        fingerprint_message_recv_thread_subscribe();//建立執行緒read資料
        return true;
    }
    return false;
}

Return<bool> Fingerprint::unsubscribe()  {
    ALOGD("%s", __FUNCTION__);

    //signal(SIGIO, SIG_IGN);
    if(-1 != g_fingerprint_impl.fd)
    {
        fingerprint_message_recv_thread_unsubscribe();
    }

    return true;
}

Return<bool> Fingerprint::set(const FingerprintValue& fingerprintValue) {
    ALOGD("%s", __FUNCTION__);
    std::vector<uint8_t> vecData;
    unsigned int write_size = 0;
    for (auto value : fingerprintValue.values) {
        vecData.push_back((uint8_t)value);
        ALOGD("%s , value : %d", __FUNCTION__,value);
    }
    int msg_length = vecData.size();

    if(-1 != g_fingerprint_impl.fd){
        write_size = write(g_fingerprint_impl.fd, (char *)vecData.data(), msg_length);//往驅動節點寫資料
        if(msg_length != write_size){
            ALOGE("Fingerprint Send message failed! write_size: %d != msg_length: %d !", write_size, msg_length);
            return false;
        }
    }else{
        ALOGE("Fingerprint Device has not been initialized!");
        return false;
    }
    return true;
}

IFingerprint* HIDL_FETCH_IFingerprint(const char* /* name */) {    

    return new Fingerprint();
}

} // namespace implementation
}  // namespace V1_0
}  // namespace fingerprint
}  // namespace hardware
}  // namespace android
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編寫完上面兩個檔案,再執行一下./update-makefiles.sh更新一下。
之後還有編寫[email protected] 啟動指令碼, service.cpp入口 ,Android.bp用於編譯。

//android.hardware.fingerprint@1.0-service.rc
service fingerprint-hal-1-0 /vendor/bin/hw/android.hardware.fingerprint@1.0-service
    class hal
    user system
    group system
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//service.cpp
#define LOG_TAG "[email protected]"

#include <android-base/logging.h>
#include <hidl/HidlTransportSupport.h>
#include <android/hardware/fingerprint/1.0/IFingerprint.h>
#include <hidl/LegacySupport.h>

#include "Fingerprint.h"

using android::hardware::configureRpcThreadpool;
using android::hardware::joinRpcThreadpool;
using android::hardware::fingerprint::V1_0::implementation::Fingerprint;

int main() {

    configureRpcThreadpool(4, true);

    Fingerprint fingerprint;
    auto status = fingerprint.registerAsService();
    CHECK_EQ(status, android::OK) << "Failed to register fingerprint HAL implementation";

    joinRpcThreadpool();
    return 0;  // joinRpcThreadpool shouldn't exit
}
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這是繫結式HAL的service.cpp寫法。

//Android.bp
cc_binary {
    vendor: true,
    relative_install_path: "hw",
    name: "android.hardware.fingerprint@1.0-service",
    init_rc: ["android.hardware.fingerprint@1.0-service.rc"],
    srcs: [
        "Fingerprint.cpp",
        "service.cpp",
    ],

    cflags: [
        "-Wall",
    ],

    shared_libs: [
        "liblog",
        "libutils",
        "libhidltransport",
        "android.hardware.fingerprint@1.0",
        "libdl",
        "libhardware",
        "libhidlbase",
    "libbase",
    ],

}
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好了,主要程式碼算是寫完了。
之後還需要修改一下配置檔案,使我們寫的hal能使用。

修改系統配置

編寫完上面的檔案,如果直接呼叫介面,會出現如下錯誤提示:

 3004.17> 05-09 16:47:40.519  2909  2909 I example.com.fingerprinttest: Looking for service android.hardware.fingerprint@1.0::IFingerprint/default
 3004.17> 05-09 16:47:40.521   473   473 W /system/bin/hwservicemanager: getTransport: Cannot find entry android.hardware.fingerprint@1.0::IFingerprint/default in either framework or device manifest.
 3004.17> 05-09 16:47:40.521   701  1474 I AudioPolicyManagerCustom: FLAG None hence request for a primary output
 3004.17> 05-09 16:47:40.522  2909  2909 E example.com.fingerprinttest: service android.hardware.fingerprint@1.0::IFingerprint declares transport method EMPTY but framework expects hwbinder.
 3004.17> 05-09 16:47:40.522  2909  2909 D AndroidRuntime: Shutting down VM
 3004.17> 05-09 16:47:40.523   701  1474 I AudioPolicyManagerCustom: FLAG None hence request for a primary output
 3004.17> 05-09 16:47:40.523  2909  2909 E AndroidRuntime: FATAL EXCEPTION: main
 3004.17> 05-09 16:47:40.523  2909  2909 E AndroidRuntime: Process: uidq0161.example.com.fingerprinttest, PID: 2909
 3004.17> 05-09 16:47:40.523  2909  2909 E AndroidRuntime: java.util.NoSuchElementException
 3004.18> 05-09 16:47:40.523  2909  2909 E AndroidRuntime:  at android.os.HwBinder.getService(Native Method)
 3004.18> 05-09 16:47:40.523  2909  2909 E AndroidRuntime:  at android.hardware.fingerprint.V1_0.IFingerprint.getService(IFingerprint.java:44)
 3004.18> 05-09 16:47:40.523  2909  2909 E AndroidRuntime:  at example.com.fingerprinttest.MainActivity.onClick(MainActivity.java:40)
 3004.18> 05-09 16:47:40.523  2909  2909 E AndroidRuntime:  at android.view.View.performClick(View.java:6294)
 3004.18> 05-09 16:47:40.523  2909  2909 E AndroidRuntime:  at android.view.View$PerformClick.run(View.java:24774)
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這就是在提示我們需要修改manifest.xml檔案,增加以下程式碼才能使應用呼叫該hal的時候不會出錯。

// android/device/qcom/msm8996/manifest.xml
<halformat="hidl">
    <name>android.hardware.fingerprint</name>
    <transport>hwbinder</transport>
    <version>1.0</version>
    <interface>
        <name>IFingerprint</name>
        <instance>default</instance>
    </interface>
</hal>
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另外需要在android/device/qcom/msm8996/msm8996.mk檔案
增加android.hardware.fingerpr[email protected]這樣開機就會啟動[email protected]

msm8996是高通自己修改的檔名,不同廠商命名會不同,但是修改還是一樣的。

除了上面的錯誤,我們可能還會如下的報錯:

Line 254: [   42.716694] init: computing context for service 'fingerprint_hal_service'
Line 255: [   42.717950] init: service fingerprint_hal_service does not have a SELinux domain defined
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這是因為fingerprint_hal_service未啟動,原因為SELinux保護機制使得HWService未啟動。
因為Google 要求init 啟動service 時,都要進行SELinux domain切換,即從init domain切換到另外的domain。這個是從安全方面考慮的,預設init domain 的SELinux 許可權很大,可以做很多危險行為,比如mount image, kill process 等等。如果普通service 使用 init domain,就增大了可攻擊的安全面。

Google 在CTS 中有對這一項進行檢查, CTS fail of android.security.cts.SELinuxDomainTest # testInitDomain

通常情況下,如果init 啟動的是一個可快速執行完的oneshot 的service, 即非deamon 程式, “一閃而過” 的話,可以不進行domain 切換. 此類CTS 檢測不到. 如果init 啟動的是常駐記憶體的deamon service, 那麼一定要進行domain 切換.(L0/L1 版版本)

但在M版本上,Google 增強了這塊的約束,通過使用neverallow init { file_type fs_type}:file execure_no_trans;嚴格限制了init 啟動service 都必須進行domain 切換,否則service 無法啟動!!!

解決方法如下:
修改 android/device/qcom/sepolicy/msm8996/file_contexts,增加如下程式碼:

/(vendor|system/vendor)/bin/hw/android.hardware.fingerprint@1.0-service    u:object_r:hal_xiaoheifingerprint_default_exec:s0
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上面的hal_xiaoheifingerprint_default是我們自己定義的,為什麼要加個xiaohei呢?因為如果不加就跟源生的衝突了。。
還需要android/device/qcom/sepolicy/msm8996/下增加hal_xiaoheifingerprint_default.te檔案,程式碼如下:

//hal_xiaoheifingerprint_default.te
type hal_xiaoheifingerprint_default, domain; //Set a new domain called hal_xiaoheifingerprint_default

type hal_xiaoheifingerprint_default_exec, exec_type, vendor_file_type, file_type; //Set your exec file type
init_daemon_domain(hal_xiaoheifingerprint_default) //Setup fordomain transition

hal_server_domain(hal_xiaoheifingerprint_default, hal_fingerprint); //Set your domainas server domainof hal_fingerprint in which define by AOSP already
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這樣hal的程式碼就完成啦!

編寫APP直接呼叫hal介面

編譯上面的hal檔案會產生HIDL的檔案,所以我們可以直接呼叫介面,而不用一定要像之前一樣寫個JNI出來給APP使用。寫一個JNI出來也是可以的,如果需要在JNI中加一些簡單邏輯可以寫個JNI,看需求而定。具體可參考收音機模組,路徑android/hardware/interfaces/broadcastradio,JNI在android/frameworks/base/services/core/jni/BroadcastRadio

直接拋程式碼了。

//MainActivity.java
package example.com.fingerprinttest;

import android.hardware.fingerprint.V1_0.FingerprintValue;
import android.hardware.fingerprint.V1_0.IFingerprint;
import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.os.RemoteException;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.widget.Button;

public classMainActivityextendsActivityimplementsView.OnClickListener {

    Button btn_subscribe, btn_unsubscribe, btn_set;
    IFingerprint fingerprintService;
    FingerprintCallback fingerprintCallback = new FingerprintCallback();


    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

    try {
            fingerprintService = IFingerprint.getService();//獲取service
        } catch (RemoteException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        btn_subscribe = (Button) this.findViewById(R.id.btn_subscri