Android传感器系统架构

怀抱观古今,寝食展戏谑。这篇文章主要讲述Android传感器系统架构相关的知识,希望能为你提供帮助。
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1. 体系结构
2.  数据结构
3. 四大函数
本文以重力感应器装置G-sensor为例探索Android的各层次结构。
1. 体系结构
        android的体系结构可分为4个层次。

Android传感器系统架构

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  • 第一层次  底层驱动层,包括标准Linux,Android核心驱动,Android相关设备驱动,G-sensor的设备驱动程序即存在于此
  • 第二层次 Android标准C/C++库,包括硬件抽象层,Android各底层库,本地库,JNI
  • 第三层次 Android java Framwork框架层
  • 第四层次 Java应用程序
本文重点关注硬件抽象层,JNI以及Framework。
1.1 硬件抽象层
          硬件抽象层通过例如open(), read(), write(), ioctl(), poll()等函数调用的方式,与底层设备驱动程序进行交互,而这些函数调用是底层设备驱动程序事先准备好的。
            用于交互的关键是文件描述符fd,fd通过open()打开G-sensor设备节点而得到,即 fd = open ("/dev/bma220", O_RDONLY); 而/dev/bma220这个设备节点是在底层设备驱动中注册完成的。
          其他的函数调用如read(), write()等都通过该文件描述符fd对G-sensor设备进行操作。
1.2 JNI (Java  Native Interface)
          JNI层可以认为是整个体系结构中的配角,概括地讲,它就完成了一项任务,既实现从C++语言到Java语言的转换。JNI层为Java Framework层提供一系列接口,而这些接口函数的具体实现中,利用例如module-> methods-> open(), sSensorDevice-> data_open(),  sSensorDevice-> poll()等回调函数与硬件抽象层进行交互。而这些open(), poll()回调函数在硬件抽象层中具体实现。
1.3 Java Framework
          Framework层提供各种类和类的对象,可作为系统的守护进程运行,也可供上层应用程序的使用。
          例如类SensorManager,它作为系统的守护进程在初始化的时候开始运行,其子类SensorThread中的子类SensorThreadRunnable通过sensors_data_poll()实现了对G-sensor数据的轮训访问,而sensors_data_poll()通过JNI层转换到硬件抽象层去具体实现poll()。
2 数据结构
        一般境况下,硬件抽象层对硬件的描述都分为control和data两大类。
2.1 sensors_control_context_t
struct sensors_control_context_t {
      struct sensors_control_device_t device;
      int fd;
};
struct sensors_control_device_t {
      struct  hw_device_t  common;
        int (*open_data_source)(struct sensors_control_device_t *dev);
        int (*activate)(struct sensors_control_device_t *dev,  int handle, int enabled);
        int (*set_delay)(struct sensors_control_device_t *dev, int32_t ms);
      int (*wake)(struct sensors_control_device_t *dev);
};
2.2 sensors_data_context_t
struct sensors_data_context_t {
      struct sensors_data_device_t device;
      int fd;
};
struct sensors_data_device_t {
      struct  hw_device_t  common;
      int (*data_open)(struct sensors_data_device_t *dev, int fd);
      int (*data_close)(struct sensors_data_device_t *dev);
        int (*poll)(struct sensors_data_device_t *dev,
                      sensors_data_t* data);
}
struct  hw_device_t  {
      uint32_t tag; uint32_t version;
      struct  hw_module_t* module;
      int (*close)(struct hw_device_t* device);
};
struct  hw_module_t  {
      uint32_t tag; uint16_t version_major; uint16_t version_minor;
      const char *id; const char *name; const char *author;
      struct  hw_module_methods_t* methods;
};
struct  hw_module_methods_t  {
      int (*open)(const struct hw_module_t* module, const char* id,
                      struct hw_device_t** device);
};
下文将通过对(*open), (*open_data_source), (*data_open)和(*poll)的代码分析,探索Android的各层次架构。
3 四大函数
3.1 module-> methods-> open()
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1) Framework
      SensorService作为系统守护进程运行,其类的构造函数实现_sensors_control_init()。
2) JNI
        为_sensors_control_init()提供接口android_init(),并执行回调函数module-> methods-> open();
3) 硬件抽象层
      具体实现(*open),该函数为所有G-sensor回调函数的指针赋值。
 
3.2 sSensorDevice-> open_data_source()
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1) Framework
      SensorService作为系统守护进程运行,其类的一个公有成员ParcelFileDescriptor通过实现_sensors_control_open()得到设备的文件描述符。
2) JNI
        为_sensors_control_open()提供接口android_open(),并执行回调函数sSensorDevice-> open_data_source();
3) 硬件抽象层
      具体实现(*open_data_source),该函数通过打开G-sensor的设备节点得到文件描述符fd = open ("/dev/bma220", O_RDONLY);
4) 设备驱动层
        通过misc_register()对G-sensor设备进行注册,建立设备节点。
3.3 sSensorDevice-> data_open()
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【Android传感器系统架构】1) Framework
      SensorManager作为系统守护进程运行,其子类SensorThreadRunnable的行为函数run()实现sensors_data_open()。
2) JNI
        为sensors_data_open()提供接口sensors_data_open(),并执行回调函数sSensorDevice-> data_open();
3) 硬件抽象层
      具体实现(*data_open),该函数的功能就是将已经得到的文件描述符fd复制一份到sensors_data_context结构体中的dev-> fd,以便为处理数据的回调函数如(*poll)使用。
3.4 sSensorDevice-> poll()
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1) Framework
      SensorManager作为系统守护进程运行,其子类SensorThreadRunnable的行为函数run()实现sensors_data_poll(values, status, timestamp),其目的是通过此函数得到从底层传上来的有关G-sensor的数据values, status和timestamp,再通过此类的一个行为函数listener.onSensorChangedLocked(sensorObject, values, timestamp, accuracy); 为上层应用程序提供了得到G-sensor设备数据的接口函数。
2) JNI
        为sensors_data_poll()提供接口sensors_data_poll(),并执行回调函数sSensorDevice-> poll(sSensorDevice, & data); 其中,得到的data就是从底层传上来的G-sensor数据,然后通过下图的方式将data中对应的数据分别赋给values, status和timestamp。
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3) 硬件抽象层
      具体实现(*poll),该函数通过ioctl()实现与底层驱动程序的交互。
      ioctl(dev-> fd, BMA220_GET_ORIENTATION, & orient_value);
      其中,dev-> fd即刚才由(*data_open)得到的文件描述符,BMA220_GET_ORIENTATION为ioctl的一个命令,具体实现由底层驱动程序完成,orient_value即得到的G-sensor数据,它通过下图的方式将相对应的数据赋给了data结构体中的values, status和time,从而最终实现了从底层到上层的数据通信。
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4) 设备驱动层
        与硬件抽象层交互的read(), write(), ioctl()函数由设备驱动实现。以ioctl()的一条命令BMA220_GET_ORIENTATION为例,
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通过bma220_get_orientation(data)得到G-sensor的数据data,然后将其从内核空间上传到用户空间的arg.

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