Android Hal层开发流程

Android HAL（Hardware Abstraction Layer，硬件抽象层）的核心作用是隔离 Framework 层与底层硬件驱动，使上层应用 / Framework 无需关注硬件实现细节，同时避免驱动代码直接暴露在用户空间。其开发流程围绕 "接口定义 - 实现 - 编译 - 集成 - 测试" 展开，以下是详细步骤（基于 Android 10 + 主流 HIDL 架构，兼容传统 HAL 模块）：

一、前置准备：明确目标与搭建环境

1. 需求定义

明确硬件功能：如 "LED 控制（亮 / 灭）""传感器数据采集""摄像头预览" 等；
确定交互方式：Framework 与 HAL 的接口（如方法名、参数、返回值）；
驱动依赖：确认内核驱动已实现（如 /dev/led 节点、sysfs 接口），HAL 需通过驱动提供的接口操作硬件。

2. 开发环境搭建

核心工具：AOSP 源码（需包含目标设备的 Device Tree）、NDK（可选，用于独立编译）、Android Studio（调试 APP）；
依赖库：libhardware（传统 HAL）、libhidlbase/libhidltransport（HIDL）、libutils（Android 基础工具）；
编译工具：soong（Android.bp）或make（Android.mk，旧架构）、hidl-gen（HIDL 接口生成工具）。

二、核心步骤 1：定义 HAL 接口（HIDL/AIDL）

HAL 接口是 Framework 与 HAL 的 "契约"，需明确暴露给上层的方法 / 数据结构。Android 8.0 + 推荐使用HIDL（Hardware Interface Definition Language） ，支持跨进程通信（Binderized HAL），旧架构可使用传统 HAL 模块（Passthrough HAL）。

1. HIDL 接口定义（推荐）

HIDL 文件以.hal后缀结尾，存放路径为 hardware/interfaces/<模块名>/<版本>/（如 hardware/interfaces/led/1.0/）。

示例：LED 的 HIDL 接口（ILed.hal）

复制代码

// 包名：硬件接口+模块名+版本（需与路径一致）
package android.hardware.led@1.0;

// 接口定义（上层通过此接口调用HAL）
interface ILed {
    // 方法1：设置LED状态（参数：ledId-LED编号，on-是否点亮；返回值：操作结果）
    setLedState(int32_t ledId, bool on) generates (bool success);
    
    // 方法2：获取LED当前状态
    getLedState(int32_t ledId) generates (bool on, bool success);
};

关键规则：

数据类型：支持基础类型（int32_t、bool、string）、结构体（struct）、枚举（enum）；
版本管理：接口变更时需升级版本（如 1.0→1.1），避免破坏兼容性；
生成绑定代码：通过hidl-gen工具生成 C++/Java 绑定代码（上层 Framework 用 Java，HAL 实现用 C++）：

进入AOSP根目录，执行命令生成代码

m -j hidl-gen
hidl-gen -o hardware/interfaces/led/1.0/default/
-Lc++-impl
-randroid.hardware:hardware/interfaces/
-randroid.hidl:system/libhidl/transport/
android.hardware.led@1.0
生成后会在default/目录下生成接口实现的模板（如Led.cpp、Led.h）。

2. 传统 HAL 模块接口（兼容旧架构）

若使用传统 HAL（无跨进程，直接加载 so 库），需定义struct hw_module_t和struct hw_device_t结构体（遵循libhardware规范），示例：

复制代码

// hardware/libhardware/include/hardware/led.h
#include <hardware/hardware.h>

// 模块ID（Framework通过此ID查找HAL）
#define LED_HARDWARE_MODULE_ID "led"

// 设备结构体（存储硬件状态和方法指针）
struct led_device_t {
    struct hw_device_t common; // 必须继承hw_device_t（HAL标准）
    int (*setLedState)(struct led_device_t* dev, int ledId, bool on);
    int (*getLedState)(struct led_device_t* dev, int ledId, bool* on);
};

三、核心步骤 2：实现 HAL 接口（C/C++）

HAL 实现需遵循接口定义，核心逻辑是：接收 Framework 的调用 → 操作内核驱动 → 返回结果 （驱动交互通过ioctl、sysfs、mmap等方式）。

1. HIDL 接口实现（示例：Led.cpp）

基于hidl-gen生成的模板，填充驱动交互逻辑：

复制代码

// hardware/interfaces/led/1.0/default/Led.cpp
#include "Led.h"
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <android-base/logging.h>

// 内核驱动定义的IOCTL命令（需与驱动代码一致）
#define LED_IOCTL_SET_STATE _IOW('L', 0, int32_t)
#define LED_IOCTL_GET_STATE _IOR('L', 1, int32_t)
#define LED_DEVICE_PATH "/dev/led" // 驱动节点路径

namespace android {
namespace hardware {
namespace led {
namespace V1_0 {
namespace implementation {

// 构造函数：打开驱动节点
Led::Led() {
    mFd = open(LED_DEVICE_PATH, O_RDWR);
    if (mFd < 0) {
        LOG(ERROR) << "Failed to open LED device: " << strerror(errno);
    }
}

// 析构函数：关闭驱动节点
Led::~Led() {
    if (mFd >= 0) {
        close(mFd);
    }
}

// 实现setLedState接口
Return<bool> Led::setLedState(int32_t ledId, bool on) {
    if (mFd < 0) return false;

    // 构造参数（ledId + 状态），通过ioctl通知驱动
    int32_t param = (ledId << 1) | (on ? 1 : 0);
    int ret = ioctl(mFd, LED_IOCTL_SET_STATE, &param);
    if (ret < 0) {
        LOG(ERROR) << "setLedState failed: " << strerror(errno);
        return false;
    }
    return true;
}

// 实现getLedState接口
Return<void> Led::getLedState(int32_t ledId, getLedState_cb _hidl_cb) {
    bool on = false;
    bool success = false;
    if (mFd >= 0) {
        int32_t param = ledId;
        int ret = ioctl(mFd, LED_IOCTL_GET_STATE, &param);
        if (ret >= 0) {
            on = (param & 1) != 0;
            success = true;
        }
    }
    _hidl_cb(on, success); // HIDL异步回调返回结果
}

// 注册HAL服务（Binderized模式）
ILed* HIDL_FETCH_ILed(const char* /* name */) {
    return new Led();
}

}  // namespace implementation
}  // namespace V1_0
}  // namespace led
}  // namespace hardware
}  // namespace android

2. 传统 HAL 模块实现（示例：led.cpp）

需实现hw_module_t和hw_device_t的初始化、方法绑定：

复制代码

// hardware/libhardware/modules/led/led.cpp
#include <hardware/led.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>

static int led_open(const struct hw_module_t* module, const char* id, struct hw_device_t** device) {
    struct led_device_t* dev = (struct led_device_t*)malloc(sizeof(struct led_device_t));
    dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;
    dev->common.module = (struct hw_module_t*)module;
    dev->common.close = led_close;
    // 打开驱动节点
    dev->fd = open("/dev/led", O_RDWR);
    *device = &dev->common;
    return 0;
}

static int led_set_state(struct led_device_t* dev, int ledId, bool on) {
    // 驱动交互逻辑（同HIDL实现）
}

// 模块结构体（Framework通过LED_HARDWARE_MODULE_ID查找）
static struct hw_module_methods_t led_module_methods = {
    .open = led_open
};

struct hw_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
    .tag = HARDWARE_MODULE_TAG,
    .id = LED_HARDWARE_MODULE_ID,
    .methods = &led_module_methods
};

四、核心步骤 3：编译配置（Android.bp/Android.mk）

需编写编译脚本，将 HAL 代码编译为动态库（.so），并指定依赖库、编译选项。Android 10 + 推荐使用Android.bp（Soong 构建系统）。

示例：HIDL HAL 的 Android.bp

复制代码

// hardware/interfaces/led/1.0/default/Android.bp
cc_library_shared {
    name: "android.hardware.led@1.0-impl", // 库名（需包含版本）
    relative_install_path: "hw", // 安装路径：/vendor/lib64/hw/
    vendor: true, // 标记为vendor分区库（硬件相关库默认放vendor）

    srcs: [
        "Led.cpp", // 源码文件
    ],

    // 依赖库（HIDL基础库、驱动交互库）
    shared_libs: [
        "liblog",
        "libutils",
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "android.hardware.led@1.0", // 依赖HIDL接口库（生成的绑定代码）
    ],

    // 编译选项（C++11、调试符号）
    cflags: [
        "-Wall",
        "-Wextra",
        "-Werror",
        "-std=c++11",
    ],
}

// 可选：编译HIDL服务启动脚本（Binderized HAL需独立进程）
cc_binary {
    name: "led-hal-service",
    vendor: true,
    srcs: ["service.cpp"], // 简单的main函数，启动HIDL服务
    shared_libs: [
        "liblog",
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "android.hardware.led@1.0",
    ],
}

编译命令（AOSP 根目录）

复制代码

# 编译HIDL接口库（生成Java/C++绑定代码）
m android.hardware.led@1.0-java android.hardware.led@1.0-cpp

# 编译HAL实现库和服务
m android.hardware.led@1.0-impl led-hal-service

# 生成目标设备的镜像（如system.img、vendor.img）
m bootimage vendorimage

五、核心步骤 4：系统集成与权限配置

1. 部署 HAL 库

编译生成的.so库（如android.hardware.led@1.0-impl.so）需部署到设备的/vendor/lib64/hw/（64 位）或/vendor/lib/hw/（32 位）目录。

2. 注册 HAL 服务（Binderized 模式）

编写启动脚本：vendor/<厂商>/<设备>/init.led-hal.rc，让系统启动时加载 HAL 服务：

service led-hal /vendor/bin/led-hal-service
class hal
user root
group root system

配置 VINTF Manifest：在vendor/<厂商>/<设备>/manifest.xml中声明 HAL，让 Framework 识别：

复制代码

<manifest version="1.0" type="device">
  <hal format="hidl">
    <name>android.hardware.led</name>
    <version>1.0</version>
    <interface>
      <name>ILed</name>
      <instance>default</instance>
    </interface>
  </hal>
</manifest>

3. SELinux 权限配置（关键）

Android 强制启用 SELinux，需给 HAL 服务和驱动节点配置权限，否则会被拒绝访问：

定义 HAL 服务的 SELinux 类型：device/<厂商>/<设备>/sepolicy/vendor/led_hal.te：

定义服务类型

type led_hal_service, domain;
type led_hal_service_exec, exec_type, vendor_file_type, file_type;

允许服务访问驱动节点

allow led_hal_service led_device:chr_file rw_file_perms;

允许Binder通信

allow led_hal_service hal_client_domain:binder call;

关联服务与 SELinux 类型：device/<厂商>/<设备>/sepolicy/vendor/file_contexts：

复制代码

/vendor/bin/led-hal-service   u:object_r:led_hal_service_exec:s0
/dev/led                      u:object_r:led_device:s0

六、核心步骤 5：测试验证

1. 单元测试（HAL 层）

使用gtest编写测试用例，直接调用 HAL 接口：

复制代码

// hardware/interfaces/led/1.0/default/tests/LedTest.cpp
#include <gtest/gtest.h>
#include <android/hardware/led/1.0/ILed.h>
#include <hidl/GtestPrinter.h>
#include <hidl/ServiceManagement.h>

using namespace android::hardware::led::V1_0;
using namespace android::hardware;

TEST(LedTest, SetAndGetState) {
    // 获取HAL服务实例
    sp<ILed> led = ILed::getService();
    ASSERT_NE(led, nullptr) << "Failed to get ILed service";

    // 测试设置LED 0点亮
    bool success = led->setLedState(0, true);
    ASSERT_TRUE(success) << "setLedState(0, true) failed";

    // 测试获取LED 0状态
    bool on, getSuccess;
    led->getLedState(0, [&](bool _on, bool _success) {
        on = _on;
        getSuccess = _success;
    });
    ASSERT_TRUE(getSuccess) << "getLedState(0) failed";
    ASSERT_TRUE(on) << "LED 0 should be on";
}

3. 硬件验证

烧录编译好的vendor.img到设备；
启动设备后，通过adb shell检查 HAL 服务是否运行：

adb shell ps -A | grep led-hal-service

运行测试用例或 APP，观察硬件是否正常响应（如 LED 点亮），通过logcat查看日志：

复制代码

adb logcat -s "Led"

七、关键补充：HAL 的两种模式

1. Binderized HAL（推荐）

基于 Binder 跨进程通信，HAL 运行在独立进程（如led-hal-service）；
优势：Framework 与 HAL 隔离，稳定性高，支持多进程调用；
适用场景：Android 8.0 + 的新硬件模块。

2. Passthrough HAL（传统）

无跨进程，Framework 直接加载 HAL 的.so库（如led.default.so）；
优势：性能开销小，兼容旧驱动；
适用场景：旧设备、对性能要求极高的模块。

八、常见问题与避坑

驱动节点访问失败 ：检查/dev/节点是否存在、权限是否正确（如chmod 666 /dev/led）、SELinux 是否放行；
HAL 服务启动失败 ：检查init.rc脚本路径、服务名是否正确，日志中是否有权限拒绝（SELinux）；
Framework 无法获取 HAL 服务：检查 VINTF Manifest 配置、HAL 库安装路径、接口版本是否匹配；
编译错误 ：确认依赖库是否添加（如libhidltransport）、HIDL 接口代码是否生成。

Android Hal层开发流程

一、前置准备：明确目标与搭建环境

1. 需求定义

2. 开发环境搭建

二、核心步骤 1：定义 HAL 接口（HIDL/AIDL）

1. HIDL 接口定义（推荐）

示例：LED 的 HIDL 接口（ILed.hal）

关键规则：

进入AOSP根目录，执行命令生成代码

2. 传统 HAL 模块接口（兼容旧架构）

三、核心步骤 2：实现 HAL 接口（C/C++）

1. HIDL 接口实现（示例：Led.cpp）

2. 传统 HAL 模块实现（示例：led.cpp）

四、核心步骤 3：编译配置（Android.bp/Android.mk）

示例：HIDL HAL 的 Android.bp

编译命令（AOSP 根目录）

五、核心步骤 4：系统集成与权限配置

1. 部署 HAL 库

2. 注册 HAL 服务（Binderized 模式）

3. SELinux 权限配置（关键）

定义服务类型

允许服务访问驱动节点

允许Binder通信

六、核心步骤 5：测试验证

1. 单元测试（HAL 层）

3. 硬件验证

七、关键补充：HAL 的两种模式

1. Binderized HAL（推荐）

2. Passthrough HAL（传统）

八、常见问题与避坑