一、前言
本文主要简要介绍Android整个通信模块结构信息，并详细介绍RIL(modem和上层之间的运作方式)。
1.1、基础概念
1、通信整体构成
首先从硬件层面上来说，手机的设计都是手机芯片+信号处理模块，信号处理模块可以处理modem(调制解调器)+RF(射频)+UICC(通用集成电路卡，即电话卡) 。
2、AP和BP
其中Android系统、UI和应用程序运行在手机芯片上，我们称之为AP端
手机视频通讯控制运行在信号处理模块上的芯片上，我们称之为BP端
这么设计核心优势主要是不管操作系统怎么变，通信模块都是相同的。数据都不会出错，增加稳定性
1.2、相关代码
1、大部分源码aosp都有，由于各个厂商定制的不同，在芯片厂商提供给手机厂商的原始代码和aosp的路径还是有部分差异和定制。以下代码路径以MTK方案举例。MTK部分型号芯片也在vendor路径下单独提供了实现的代码。但这不影响我们学习通信模块。这部分表格中我就没有列出来了。
2、本文讲解时只列举核心代码行，需要读者自行结合源码阅读
| 层级 | 路径 | 文件 |
|---|---|---|
| Apps | /packages/apps/Dialer | Dialer.apk |
| /packages/apps/Messaging | Messaging.apk | |
| /packages/apps/Contacts | Contacts.apk | |
| Providers | /packages/providers/TelephonyProvider | TelephonyProvider.apk |
| /packages/providers/ContactsProvider | ContactsProvider.apk | |
| Service | /packages/services/Telecomm | Telecomm.apk |
| /packages/services/Telephony | TeleService.apk | |
| /packages/services/Mms | MmsService.apk | |
| vendor/mediatek/proprietary/packages/services/Ims | ImsService.apk | |
| Framework | frameworks/base/telecomm | framework.jar |
| frameworks/base/telephony | framework.jar | |
| frameworks/opt/telephony | framework.jar | |
| frameworks/opt/net/ims | ims-common.jar | |
| vendor/mediatek/proprietary/frameworks/opt/telecomm | mediatek-telephony-common.jar | |
| vendor/mediatek/proprietary/frameworks/opt/telephony | mediatek-telephony-common.jar | |
| vendor/mediatek/proprietary/frameworks/opt/telephonybase | mediatek-telephony-base.jar | |
| HAL | vendor/mediatek/proprietary//hardware/ril/fusion | librilfusion.so、libmtk-ril.so、mtkfusionrild.bin |
| vendor/mediatek/proprietary/hardware/c2kril/fusion | libvia-ril.so | |
| vendor/mediatek/proprietary/hardware/gsm0710muxd | gsm0710muxd.bin | |
| vendor/mediatek/proprietary/external/ccci_mdinit_src | ccci_mdinit.bin | |
| vendor/mediatek/proprietary/external/ccci_fsd | ccci_fsd.bin | |
| Drivers | kernel-4.9/drivers/misc/mediatek/eccci | kernel img |
1.3、软件架构
1、功能说明
由于BP的设计都是这样，于是不管你是ios还是安卓或是塞班还是老人机，通信模块提供给我们的功能就这么五个部分：UICC、ServiceState、DataConnect、Call、SMS
| 功能 | 简单介绍 |
|---|---|
| UICC | SIM卡：存储号码、短信、PIN、PUK、驻网鉴权、STK工具包、2G、3G、4G |
| ServiceState | 网络服务：网络制式、运营商名字、信号格数、时区、漫游、注册情况 |
| DataConnect | 上网服务：2G/3G/4G/5G |
| Call | 通话：拨号、接听、挂断、保持、恢复、多方通话 |
| SMS | 短信：普通短信、长短信 |
2、简单的画了一张Android通信模块的架构图，功能设计完全按照Android分层而来
通信模块架构图.png
软件架构图中其他几个功能点简单介绍
| 功能 | 简单介绍 |
|---|---|
| 应用内 | Dialer拨号、Contacts联系人、Mms短信、settings设置、browser浏览器 |
| TeleService | Telephony应用框架：数据连接、MMS业务逻辑、Call控制、RILD通信 |
| Telecom | 管理通话、和TeleService交互对应用层提供接口 |
| 通话 | GSMCdmaPhone：2G、3G通话 ImsPhone：4G通话(Volte) |
| RILD | RILD是RILJ和Modem中间层：1、RILJ下发请求->RILD将Request转换为Modem的AT指令发送2、Modem上报或者返回的消息->RILD处理传给RILJ |
| Gsm0710muxd | 1、Gsm0710muxd是AT指令通道进行复用的守护进程2、Gsm0710是开源多路复用协议，提高Modem和AP间AT指令的通信效率 |
| CCCI_FSD | 1、Modem不能直接操作文件系统、CCCI_FSD是AP提供给Modem文件守护进程2、通过FSDmodem就可以操作文件系统 |
| CCCI_MDINIT | Modem状态守护进程：启动、停止、重启、飞行模式、reset重置 |
| ECCCI driver | 驱动框架：复用不同modem驱动、减少中断内存开支、AT指令转换modem数据、网卡驱动、文件系统、Audio通话数据 |
二、RIL详细介绍
2.1、phone进程
packages\services\Telephony
phone进程是各个功能详细模块framework开始的地方
1、自启动
<application android:name="PhoneApp"
android:persistent="true"
在elephony#AndroidManifest.xml中有persistent标记。有此标记AMS会持续保证进程(com.android.phone)存活，意外挂掉也会自动重启。所以PhoneApp(telephony的Application)就是最初的代码入口
public class PhoneApp extends Application {
public void onCreate() {
mPhoneGlobals = new PhoneGlobals(this);
mPhoneGlobals.onCreate();
mTelephonyGlobals = new TelephonyGlobals(this);
mTelephonyGlobals.onCreate();
2、PhoneGlobals#onCreate
在PhoneGlobals的构造函数里，开始了Phone对象的创建(makeDefaultPhones).
public void onCreate() {
PhoneFactory.makeDefaultPhones(this);
}
public static void makeDefaultPhone(Context context) {
//有几张卡创建几个Phone对象
sPhones = new Phone[numPhones];
//创建RILJ对象
sCommandsInterfaces = new RIL[numPhones];
2.2、RIL
| 名字 | 介绍 |
|---|---|
| RILJ | java层，运行在telephony的phone进程，它为上层提供访问modem的入口和消息接收 |
| RILD | HAL层，系统守护进程。RILJ和Modem中间层：1、RILJ下发请求->RILD将Request转换为Modem的AT指令发送2、Modem上报或者返回的消息->RILD处理传给RILJ |
在Android8.0之前，RILJ和modem通信时通过socket连接发送AT指令来进行通信。现在的版本已经改用HIDL通信的方式。HIDL和AIDL很类似。可以简单的理解为绑定底层的服务来作用到对应的功能上。
2.2.1、RILJ
基本代码结构
public class RIL extends BaseCommands implements CommandsInterface
public abstract class BaseCommands implements CommandsInterface
public interface CommandsInterface
这里的RIL类就是我们口中的RILJ，采用依赖倒转原则，定义功能。
<1>、 CommandsInterface接口中定义一些常量表示状态，再抽象一些方法。
<2>、抽象类实现方法，观察者模式 register、unregister注册监听。留空一些方法具体实现在RIL类中实现
<3>、RIL类则是具体的功能实现。
<4>、在BaseCommands中定义了大量RegistrantList和Registrant对象，这两个对象是对handler消息的封装，结合register注册的监听，就能把从RILD发送上来的消息传递给监听的对象
<5>、RILJ消息的下发和接收都是通过HIDL拿到radio service，间接通过hidl service来操作和modem之间消息的上传和下发。
获得radio hidl service
RIL.java中RIL#getRadioProxy
public IRadio getRadioProxy(Message result) {
...
try {
mRadioProxy = IRadio.getService(HIDL_SERVICE_NAME[mPhoneId == null ? 0 : mPhoneId],true); // mPhoneId sim卡id，一张卡一个service
if (mRadioProxy != null) {
mRadioProxy.linkToDeath(mRadioProxyDeathRecipient,
mRadioProxyCookie.incrementAndGet());
mRadioProxy.setResponseFunctions(mRadioResponse, mRadioIndication);
} else {
riljLoge("getRadioProxy: mRadioProxy == null");
}
...
return mRadioProxy;
}
下发
@Override
public void getIccCardStatus(Message result) {
IRadio radioProxy = getRadioProxy(result);
if (radioProxy != null) {
// 封装要发送的数据
RILRequest rr = obtainRequest(RIL_REQUEST_GET_SIM_STATUS, result,
mRILDefaultWorkSource);
if (RILJ_LOGD) riljLog(rr.serialString() + "> " + requestToString(rr.mRequest));
try {
// 调用到HIDL 提供的radioservice
radioProxy.getIccCardStatus(rr.mSerial);
} catch (RemoteException | RuntimeException e) {
handleRadioProxyExceptionForRR(rr, "getIccCardStatus", e);
}
}
}
上传
在获得hw aodio service的时候，setResponseFunctions(mRadioResponse, mRadioIndication)传入了两个对象，他们负责消息的接收和监听。
这里随便复制了一个状态改变的回调：RadioIndication#radioStateChanged
public void radioStateChanged(int indicationType, int radioState) {
mRil.processIndication(indicationType);
CommandsInterface.RadioState newState = getRadioStateFromInt(radioState);
if (RIL.RILJ_LOGD) {
mRil.unsljLogMore(RIL_UNSOL_RESPONSE_RADIO_STATE_CHANGED, "radioStateChanged: " +
newState);
}
mRil.setRadioState(newState);
}
2.2.2 RILD
temp.png
RILD程序架构图清晰的表示了RILD的一个初始化过程。归纳为如下四点
1、ril.cpp来统管功能，具体实现在ril_event,reference_ril,atchanel,ril_service里
2、第一个流程：startEventLoop开启loop循环
3、第二个流程：rilInit初始化，打开AT通道流程
4、第三个流程: 注册回调函数，ril管理
2.2.2.1、loop循环简要说明
第一个流程开启loop循环后，按流程图走到ril_event#ril_event_loop方法，这里和handler原理中loop循环类似，无限循环查找处理三个链表中的event，下面截取最后循环的代码和链表结构体
static struct ril_event * watch_table[MAX_FD_EVENTS];
static struct ril_event timer_list;
static struct ril_event pending_list;
struct ril_event {
struct ril_event *next;
struct ril_event *prev;
int fd;
int index;
bool persist;
struct timeval timeout;
ril_event_cb func;
void *param;
};
void ril_event_loop()
{
for (;;) {
// Check for timeouts
processTimeouts();
// Check for read-ready
processReadReadies(&rfds, n);
// Fire away
firePending();
}
}
2.2.2.2、打开AT通道简要说明
打开AT通道，按代码流程rilInit走到at_open时，主要执行了readerLoop，在readerLoop中，此时AT通道有消息就会被处理。分别由s_unsolHandler 处理主动上报的消息(比如有短消息)，processLine经过上层请求过后的需要回复到上层的消息，比如请求sim卡信息
static void *readerLoop(void *arg __unused)
{
for (;;) {
line1 = strdup(line);
line2 = readline();
if (s_unsolHandler != NULL) {
s_unsolHandler (line1, line2);
}
} else {
processLine(line);
}
}
s_unsolHandler上报到RILJ
// ril.cpp
void RIL_onUnsolicitedResponse(int unsolResponse, const void *data,
size_t datalen) {
ret = s_unsolResponses[unsolResponseIndex].responseFunction(
(int) soc_id, responseType, 0, RIL_E_SUCCESS, const_cast<void*>(data),
datalen);
static UnsolResponseInfo s_unsolResponses[] = {
#include "ril_unsol_commands.h"
};
//ril_unsol_commands.h
{RIL_UNSOL_RESPONSE_RADIO_STATE_CHANGED, radio::radioStateChangedInd, WAKE_PARTIAL},
{RIL_UNSOL_RESPONSE_CALL_STATE_CHANGED, radio::callStateChangedInd, WAKE_PARTIAL},
{RIL_UNSOL_RESPONSE_VOICE_NETWORK_STATE_CHANGED, radio::networkStateChangedInd, WAKE_PARTIAL},
...
// ril_service.cpp
int radio::radioStateChangedInd(int slotId,
Return<void> retStatus = radioService[slotId]->mRadioIndication->radioStateChanged(
convertIntToRadioIndicationType(indicationType), radioState);
radioService[slotId]->checkReturnStatus(retStatus);
}
return 0;
}
sp<RadioImpl> radioService[SIM_COUNT];
struct RadioImpl : public V1_1::IRadio {
int32_t mSlotId;
sp<IRadioResponse> mRadioResponse;
sp<IRadioIndication> mRadioIndication;
<1>、处理先也是流程化传递，先是ril.cpp的RIL_onUnsolicitedResponse然后通过结构体传递到ril_unsol_commands.h里声明的radio::radioStateChangedInd等方法
<2>、radio::radioStateChangedInd等方法的具体实现在ril_service.cpp中
<3>、ril_service在实现的时候，上报就交给了ril_service中RadioImpl结构体里的mRadioResponse和mRadioIndication。这两个对象就是2.2.1、RILJ小结获得hw radio service的时候传进来的两个对象。
<4>、总结一下就是rild初始化打开AT通道后，从AT通道中读到要上报的消息时，交给mRadioResponse和mRadioIndication来上报。RILJ拿到的hw radio service 就是ril_service
<5>、RadioImpl 这个将在第三部分讲，可以简单理解它为ril_service的代理。
processLine上报
这种上报也有几种类型
static void processLine(const char *line)
{
if (sp_response == NULL) {
/* no command pending */
handleUnsolicited(line); // 1、主动上报
} else if (isFinalResponseSuccess(line)) {
sp_response->success = 1;
handleFinalResponse(line); // 2、成功,标准响应
} else if (isFinalResponseError(line)) {
sp_response->success = 0;
handleFinalResponse(line); // 3、失败，标准响应
} else if (s_smsPDU != NULL && 0 == strcmp(line, "> ")) {
// See eg. TS 27.005 4.3
// Commands like AT+CMGS have a "> " prompt
writeCtrlZ(s_smsPDU); // 4、收到>符号，发送sms数据再继续等待响应
s_smsPDU = NULL;
} else switch (s_type) { // 5、命令有具体的响应信息需要对应分析
// case中省略了处理方法
case NO_RESULT:
case NUMERIC:
case SINGLELINE:
case MULTILINE:
break;
// 这里以handleFinalResponse举例
static void handleFinalResponse(const char *line)
{
// 把消息返回RILJ
sp_response->finalResponse = strdup(line);
//s_commandcond脱离阻塞状态
pthread_cond_signal(&s_commandcond);
}
static int at_send_command_full_nolock (const char *command, ATCommandType type,
const char *responsePrefix, const char *smspdu,
long long timeoutMsec, ATResponse **pp_outResponse)
{
while (sp_response->finalResponse == NULL && s_readerClosed == 0) {
if (timeoutMsec != 0) {
err = pthread_cond_timedwait(&s_commandcond, &s_commandmutex, &ts);
} else {
err = pthread_cond_wait(&s_commandcond, &s_commandmutex);
}
if (pp_outResponse == NULL) {
at_response_free(sp_response);
} else {
/* line reader stores intermediate responses in reverse order */
reverseIntermediates(sp_response);
*pp_outResponse = sp_response;
}
int at_send_command (const char *command, ATResponse **pp_outResponse) {
err = at_send_command_full (command, NO_RESULT, NULL,
NULL, 0, pp_outResponse);
}
//ril_service.cpp
static void onRequest (int request, void *data, size_t datalen, RIL_Token t) {
err = at_send_command_numeric("AT+CIMI", &p_response);
<1>、processLine处理也有5种类型，流程上都类似。以handleFinalResponse普通流程举例
<2>、从handleFinalResponse线程锁跟踪到at_send_command_full_nolock，线程解锁被再次唤醒过后把结果传给了函数参数*pp_outResponse。
<3>再跟踪at_send_command_full_nolock方法的调用流程，来自at_send_command 方法。而这个pp_outResponse就是这样传过来的。
<4>最后截取了ril_service.cpp中一次包含response的请求代码片段
<5>所以AT请求下发也是ril_service.cpp中众多方法间接调用at_send_command传递即可。
2.2.2.3、注册回调函数，ril管理说明
RIL_register (const RIL_RadioFunctions *callbacks) {
radio::registerService(&s_callbacks, s_commands);
}
//ril_service.cpp
void radio::registerService(RIL_RadioFunctions *callbacks, CommandInfo *commands) {
s_vendorFunctions = callbacks;
s_commands = commands;
for (int i = 0; i < simCount; i++) {
radioService[i] = new RadioImpl;
}
<1>、注册函数就简单了，注册时把callback传进来还为每一张SIM卡创建了一个RadioImpl对象
<2>、radioService这里就对RIL进行收发管理。
2.2.2.4、RILD小结
<1>、RILJ层通过HIDL拿到reference-ril.c提供的radio service，通过service来下发和上传回调
<2>ril.cpp通过三大流程调用，来实现rild的功能。
<3>radio service下发是调用atchannel.c中at_send_command来给modem发送at指令
<4>radio service上传是通过set的两个回调接口向RILJ传递信息。或者通过at_send_command传递的response回传消息。
三、写在最后
对于Android通信模块来说，主要学习的是流程跟踪。从调用栈来讲，不管是读取SIM卡信息or状态，还是上网、拨号、发短信。都是通过RIL层来转发AT指令。通过对RIL的了解以达到了解整个通信模块咋个工作的目的。如果要具体的去修改或者维护telephony模块，还需要对具体功能的流程进行分析掌握，才能游刃有余。
read the fucking source code!
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