【Android车载体系】二、车载系统启动与CarService

作者: Johnson_Coding | 来源:发表于2024-05-06 16:31 被阅读0次

1 车载启动流程

    车载Android启动流程基本是在Android系统的启动流程中，多了Car相关服务。其他流程基本一致，下面我们来看一下Android系统的启动流程。

1.1 Android系统启动流程
Android系统的启动，从设备的开机键长按开始到Android桌面展示，这个完整流程就是Android系统启动的流程。从系统层次角度可分为Linux 系统层、Android 系统服务层、Zygote进程模型三个阶段；从开机到启动Android桌面完成具体细节可分为Android系统启动的七个步骤。下面我们来分析一下：

image.png

1.1.1 启动电源启动系统
触当电源按下时引导芯片从预定义的地方（固化在ROM）开始执行。加载引导程序BootLoader到RAM中，然后执行。

1.1.2 启动BootLoader引导程序
引导程序BootLoader是在Android操作系统开始运行前的一个小程序，它的主要作用是将AndroidOS拉起来。

1.1.3 启动linux内核
当内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表、加载驱动。当内核完成系统设置后，它首先会在系统文件中寻找init.rc文件，并启动init.rc进程。

1.1.4 启动init进程
init进程启动做了很多工作，但是总的来说主要就是做了一下三件事：

    （1）创建和挂载启动所需文件目录。 

    （2）初始化和启动系统属性服务。

    （3）解析init.rc配置文件并启动Zygote进程。

1.1.5 启动zygote进程孵化器
程序上app_process进程启动zygote进程。zygote主要创建Java虚拟机并为Java虚拟机注册JNI方法；创建服务端Socket；预加载类和资源；启动SystemServer进程；等待AMS请求创建新的应用进程。

1.1.6 启动systemServer进程
创建并启动Binder线程池，这样可以和其他进程进行通信。

    创建SystemServiceManager，其用于对系统的服务进行创建、启动和生命周期的管理。

    启动系统中的各种服务。包括我们熟悉的AMS、PMS、WMS。

1.1.7 启动Launcher
被SystemServer启动的AMS会启动Launcher，Launcher启动后会将已安装应用的图标显示在桌面上。

image.png

1.2 车载Android启动的区别
车载Android启动是在前面1.1Android系统启动流程中SystemServer开始，有区别。车载Android在SystemServer中启动独有的CarService。下图虚线部分：

image.png

2 车载CarService启动
CarService是车载Android系统的核心服务之一，所有应用都需要通过CarService来查询、控制整车的状态。不仅仅是车辆控制，实际上CarService几乎就是整个车载Framework最核心的组件。提供了一系列的服务与HAL层的VehicleHAL通信，进而通过车载总线(例如CAN总线)与车身进行通讯，同时它们还为应用层的APP提供接口，从而让APP能够实现对车身的控制与状态的显示。

    CarService启动流程和汽车相关的服务的启动主要依靠一个系统服务CarServiceHelperService开机时在SystemServer中启动。

2.1 CarServiceHelperService启动
SystemServer进程启动后会调用main()->run()->startOtherService()方法，通过判断当前系统是否是车载分支的版本，是则创建CarServiceHelperService。

package com.android.server;
// ...
 
public final class SystemServer {
 
// ...
 
    /**
    * Starts a miscellaneous grab bag of stuff that has yet to be refactored and organized.
    */
    private void startOtherServices() {
    // ...
        if (mPackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_AUTOMOTIVE)) {
            traceBeginAndSlog("StartCarServiceHelperService");
            mSystemServiceManager.startService(CAR_SERVICE_HELPER_SERVICE_CLASS);
            traceEnd();
        }
    // ...
    }
 
// ...
}

SystemServer中使用Service管理代理SystemServiceManager的startService方法通过反射构建com.android.internal.car.CarServiceHelperService。CarServiceHelperService也是继承自SystemService，初始化成功后调用onStart()方法启动。

/**
 * Manages creating, starting, and other lifecycle events of
 * {@link com.android.server.SystemService system services}.
 *
 * {@hide}
 */
public class SystemServiceManager {
 
// ...
 
    /**
     * Starts a service by class name.
     *
     * @return The service instance.
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public SystemService startService(String className) {
        final Class<SystemService> serviceClass;
        try {
            serviceClass = (Class<SystemService>)Class.forName(className);
        } catch (ClassNotFoundException ex) {
            Slog.i(TAG, "Starting " + className);
            throw new RuntimeException("Failed to create service " + className
                    + ": service class not found, usually indicates that the caller should "
                    + "have called PackageManager.hasSystemFeature() to check whether the "
                    + "feature is available on this device before trying to start the "
                    + "services that implement it", ex);
        }
        return startService(serviceClass);
    }
 
    public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) {
        try {
            // ...
            startService(service);
            return service;
        } finally {
            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
        }
    }
 
    public void startService(@NonNull final SystemService service) {
        // Register it.
        mServices.add(service);
        // Start it.
        long time = SystemClock.elapsedRealtime();
        try {
            service.onStart();
        } catch (RuntimeException ex) {
            throw new RuntimeException("Failed to start service " + service.getClass().getName()
                    + ": onStart threw an exception", ex);
        }
        warnIfTooLong(SystemClock.elapsedRealtime() - time, service, "onStart");
    }
// ...
}

2.2 车载CarService进程启动
onStart()方法中使用AIDL启动CarService（新的进程），并加载jni库为CarService提供必要的API。CarServiceHelperService重写后的onStart()需要重点看一下：

package com.android.internal.car;
// ...
 
/**
 * System service side companion service for CarService.
 * Starts car service and provide necessary API for CarService. Only for car product.
 */
public class CarServiceHelperService extends SystemService {
// ...
 
     private static final String CAR_SERVICE_INTERFACE = "android.car.ICar";
    @Override
    public void onStart() {
        Intent intent = new Intent();
        intent.setPackage("com.android.car");
        intent.setAction(CAR_SERVICE_INTERFACE);
        if (!getContext().bindServiceAsUser(intent, mCarServiceConnection,Context.BIND_AUTO_CREATE,UserHandle.SYSTEM)) {
            Slog.wtf(TAG, "cannot start car service");
        }
        System.loadLibrary("car-framework-service-jni");
    }
 
// ...
}

2.3 CarServer启动图

大致流程分为以下几步：
1.SystemServer初始化时候调用startOtherService()。
2.startOtherService()方法通过SystemServerManager对象的startService()启动CarServiceHelperService，并调用其onStart()方法。
3.CarServiceHelperService通过bindServiceAsUser()方法启动CarService
4.CarService被创建后，onCreate方法调用进行初始化当前对象。

image.png

3 车载CarService内部实现

image.png

CarService进入启动时序后，onCreate()方法中进行一系列的自身的初始化操作，步骤如下：
1）通过HIDL接口获取到HAL层的IHwBinder对象-IVehicle，与AIDL的用法类似，必须持有IHwBinder对象我们才可以与Vehicle HAL层进行通信。
2）创建ICarImpl对象，并调用init方法，它就是ICar.aidl接口的实现类，我们需要通过它才能拿到其他的Service的IBinder对象。
3）将ICar.aidl的实现类添加到ServiceManager中。
4）设定SystemProperty，将CarService设定为创建完成状态，只有包含CarService在内的所有的核心Service都完成初始化，才能结束开机动画并发送开机广播。

@Override
public void onCreate() {
    Log.i(CarLog.TAG_SERVICE, "Service onCreate");
    mCanBusErrorNotifier = new CanBusErrorNotifier(this /* context */ );
    mVehicle = getVehicle();
    EventLog.writeEvent(EventLogTags.CAR_SERVICE_CREATE, mVehicle == null ? 0 : 1);
 
    if (mVehicle == null) {
        throw new IllegalStateException("Vehicle HAL service is not available.");
    }
    try {
        mVehicleInterfaceName = mVehicle.interfaceDescriptor();
    } catch (RemoteException e) {
        throw new IllegalStateException("Unable to get Vehicle HAL interface descriptor", e);
    }
 
    Log.i(CarLog.TAG_SERVICE, "Connected to " + mVehicleInterfaceName);
    EventLog.writeEvent(EventLogTags.CAR_SERVICE_CONNECTED, mVehicleInterfaceName);
 
    mICarImpl = new ICarImpl(this,
            mVehicle,
            SystemInterface.Builder.defaultSystemInterface(this).build(),
            mCanBusErrorNotifier,
            mVehicleInterfaceName);
    mICarImpl.init();
    // 处理 HIDL 连接
linkToDeath(mVehicle, mVehicleDeathRecipient);
 
    ServiceManager.addService("car_service", mICarImpl);
    SystemProperties.set("boot.car_service_created", "1");
    super.onCreate();
}

3.1 IVehicle对象创建
通过HIDL接口获取到HAL层的IHwBinder对象-IVehicle，与AIDL的用法类似，必须持有IHwBinder对象我们才可以与Vehicle HAL层进行通信。

@Nullable
private static IVehicle getVehicle() {
    final String instanceName = SystemProperties.get("ro.vehicle.hal", "default");
 
    try {
        return android.hardware.automotive.vehicle.V2_0.IVehicle.getService(instanceName);
    } catch (RemoteException e) {
        Log.e(CarLog.TAG_SERVICE, "Failed to get IVehicle/" + instanceName + " service", e);
    } catch (NoSuchElementException e) {
        Log.e(CarLog.TAG_SERVICE, "IVehicle/" + instanceName + " service not registered yet");
    }
    return null;
}

3.2 实现Service服务，ICarImpl实现
接着我们再来看ICarImpl的实现，如下所示：

3.2.1 创建各个核心服务对象。
3.2.2 把服务对象缓存到CarLocalServices中，主要为了方便Service之间的相互访问。

ICarImpl(Context serviceContext, IVehicle vehicle, SystemInterface systemInterface,
         CanBusErrorNotifier errorNotifier, String vehicleInterfaceName,
         @Nullable CarUserService carUserService,
         @Nullable CarWatchdogService carWatchdogService) {
    ...
    // 创建 核心服务对象
mCarPowerManagementService = new CarPowerManagementService(mContext, mHal.getPowerHal(),
            systemInterface, mCarUserService);
    ...
 
    // 将重要的服务缓存到 CarLocalServices
CarLocalServices.addService(CarPowerManagementService.class, mCarPowerManagementService);
    CarLocalServices.addService(CarPropertyService.class, mCarPropertyService);
    CarLocalServices.addService(CarUserService.class, mCarUserService);
    CarLocalServices.addService(CarTrustedDeviceService.class, mCarTrustedDeviceService);
    CarLocalServices.addService(CarUserNoticeService.class, mCarUserNoticeService);
    CarLocalServices.addService(SystemInterface.class, mSystemInterface);
    CarLocalServices.addService(CarDrivingStateService.class, mCarDrivingStateService);
    CarLocalServices.addService(PerUserCarServiceHelper.class, mPerUserCarServiceHelper);
    CarLocalServices.addService(FixedActivityService.class, mFixedActivityService);
    CarLocalServices.addService(VmsBrokerService.class, mVmsBrokerService);
    CarLocalServices.addService(CarOccupantZoneService.class, mCarOccupantZoneService);
    CarLocalServices.addService(AppFocusService.class, mAppFocusService);
 
    // 将创建的服务对象依次添加到一个list中保存起来
List<CarServiceBase> allServices = new ArrayList<>();
    allServices.add(mFeatureController);
    allServices.add(mCarUserService);
    ...
    allServices.add(mCarWatchdogService);
    // Always put mCarExperimentalFeatureServiceController in last.
addServiceIfNonNull(allServices, mCarExperimentalFeatureServiceController);
    mAllServices = allServices.toArray(new CarServiceBase[allServices.size()]);
 
}

3.2.3 将服务对象放置一个list中。这样init方法中就可以以循环的形式直接调用服务对象的init，而不需要一个个调用。VechicleHAL的程序也会在这里完成初始化。

@MainThread
void init() {
    mBootTiming = new TimingsTraceLog(VHAL_TIMING_TAG, Trace.TRACE_TAG_HAL);
    traceBegin("VehicleHal.init");
    // 初始化 Vechicle HAL
    mHal.init();
    
    traceEnd();
    traceBegin("CarService.initAllServices");
    // 初始化所有服务
    for (CarServiceBase service : mAllServices) {
        service.init();
    }
    traceEnd();
}

3.2.4 最后实现ICar.aidl中定义的各个接口就可以了

@Override
public IBinder getCarService(String serviceName) {
    if (!mFeatureController.isFeatureEnabled(serviceName)) {
        Log.w(CarLog.TAG_SERVICE, "getCarService for disabled service:" + serviceName);
        return null;
    }
    switch (serviceName) {
        case Car.AUDIO_SERVICE:
            return mCarAudioService;
        case Car.APP_FOCUS_SERVICE:
            return mAppFocusService;
        case Car.PACKAGE_SERVICE:
            return mCarPackageManagerService;
       ...
        default:
            IBinder service = null;
            if (mCarExperimentalFeatureServiceController != null) {
                service = mCarExperimentalFeatureServiceController.getCarService(serviceName);
            }
            if (service == null) {
                Log.w(CarLog.TAG_SERVICE, "getCarService for unknown service:"
                        + serviceName);
            }
            return service;
    }
}

3.3 CarService运行图

image.png

3.4 总结

CarService实现的功能几乎就是覆盖整个车载Framework的核心。
然而现实中为了保证各个核心服务的稳定性，同时降低CarService协同开发的难度，一般会选择将一些重要的服务拆分单独作为一个独立的Service运行在独立的进程中，导致有的车机系统中CarService只实现了CarPropertyService的功能。
CarService实现流程可以这样理解：提供IVehicle对象与底层交互，提供ICarImpl初始化一系列服务交给ServiceManager管理，而这些服务可以通过IVehicle对象调用底层的API，CarService充当一个中介代理的角色存在。

【Android车载体系】二、车载系统启动与CarService

3.4 总结

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