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Android O之后Treble VNDK, HIDL

Android O之后Treble VNDK, HIDL

作者: 阿拉贡居民 | 来源:发表于2022-01-15 15:13 被阅读0次

    Treble框架

    Android 8.0 重新设计了 Android 操作系统框架（在一个名为“Treble”的项目中），以便让制造商能够以更低的成本更轻松、更快速地将设备更新到新版 Android 系统。在这种新架构中，HAL 接口定义语言（HIDL，发音为“hide-l”）指定了 HAL 和其用户之间的接口，让用户无需重新构建 HAL，就能替换 Android 框架。在 Android 10 中，HIDL 功能已整合到 AIDL 中。此后，HIDL 就被废弃了，并且仅供尚未转换为 AIDL 的子系统使用。

    利用新的供应商接口，Treble 将供应商实现（由芯片制造商编写的设备专属底层软件）与 Android 操作系统框架分离开来。供应商或 SOC 制造商构建一次 HAL，并将其放置在设备的 /vendor 分区中；框架可以在自己的分区中通过无线下载 (OTA) 更新进行替换，而无需重新编译 HAL。

    旧版 Android 架构与当前基于 HIDL 的架构之间的区别在于对供应商接口的使用：

    • Android 7.x 及更低版本中没有正式的供应商接口，因此设备制造商必须更新大量 Android 代码才能将设备更新到新版 Android 系统


    • Android 8.0 及更高版本提供了一个稳定的新供应商接口，因此设备制造商可以访问 Android 代码中特定于硬件的部分，这样一来，设备制造商只需更新 Android 操作系统框架，即可跳过芯片制造商直接提供新的 Android 版本：

      所有搭载 Android 8.0 及更高版本的新设备都可以利用这种新架构。为了确保供应商实现的向前兼容性，供应商接口会由供应商测试套 (VTS) 进行验证，该套件类似于兼容性测试套件 (CTS)。您可以使用 VTS 在旧版 Android 架构和当前 Android 架构中自动执行 HAL 和操作系统内核测试。

    Android官网资料

    Android 开发者网站，面向应用开发者，
    https://developer.android.google.cn/

    Android 开源操作系统网站，面向系统开发者，系统架构，安全，Treble方案，VNDK这里都有详细的说明，官网资料都是晦涩难懂，多看几遍就好。
    https://source.android.google.cn/devices/architecture

    Treble之后系统变化

    按 Treble 架构要求，System 分区拆分成 System 和 Vendor 分区。System 镜像包含Android 原生仓及 Vendor/ODM 开发的 app 和 framework/JNI。Vendor 主要提供芯片/硬件相关接口实现。Android 版本中与 Treble 相关的新特性：

    • HIDL binderized，framework 与 HAL 实现运行在不同进程，通过 hwbinder 通信
    • System、Vendor 独立分区
    • Vendor 包含独立 SELinux 策略、Property 属性
    • Kernel 要求 linux4.4 以上版本，推荐 4.9
    • 新增 VTS 测试，保证兼容性
    • 新增 PureAndroidTest，由 Google 提供镜像，覆盖厂商 system 分区后执行 VTS 测试；
    IPC 域 说明
    /dev/binder 框架/应用进程之间的 IPC，使用 AIDL 接口
    /dev/hwbinder 框架/供应商进程之间的 IPC，使用 HIDL 接口
    供应商进程之间的 IPC，使用 HIDL 接口
    /dev/vndbinder 供应商/供应商进程之间的 IPC，使用 AIDL 接口

    binder，hwbinder，vndbinder之间的关系
    Android O 独立 System、Vendor 分区后，增加了相应 Selinux 规则，System 进程不能按原有方式绑定 Vendor 服务。因为在 Android O 中，/dev/binder 设备节点成为了框架进程的专属节点，这意味着 Vendor 进程将无法再访问该节点，而要使用 kernel 新增的 hwbinder和 vndbinder。

    Android O IPC 规范.png

    About VNDK

    Treble工程的目标是system/vendor进程解耦，让Android系统更新不依赖芯片方案商适配，要实现这一框架，需要先解耦system/vendor依赖(VNDK)，并提供稳定的API/ABI， 再打通system/vendor直接沟通(HIDL)，这玩意，要学习参考官网资料吧.
    https://source.android.google.cn/devices/architecture/vndk

    HIDL简介

    Android O 引入 HIDL 语言，用于描述 O 中新增的跨进程 HAL 接口。原生架构下，Framework 作为 Client 端，Vendor 作为 Service 端。Framework 框架由谷歌提供，原生 HIDL要求保持稳定，适配工作主要在 Vendor Service。
    Client 端：包含 Android 原生或海思扩展服务。
    Server 端：Android 原生或芯片厂扩展 HAL 服务。
    HIDL 文件（.hal）一般使用 Android.bp 编译。Android.bp 通过 hidl-gen 工具将 HIDL 文
    件转换成    .h/*.cpp，再编译生成 android.hardware.xxxx@1.0.so 或 vendor.xxx.hardware.xxxx@1.0。

    HIDL 流程示意图

    HIDL示例Demo

    1. 创建HIDL接口
    hardware/interfaces/demo/1.0/IDemo.hal 
package android.hardware.demo@1.0;

interface IDemo {
    doDemo(float bar) generates(int32_t status);
};
    1. 生成接口的执行代码
      这个命令会在hardware/interfaces/demo/1.0/default 下生成Demo.cpp 和 Demo.h两个文件
    hidl-gen -o hardware/interfaces/demo/1.0/default -Lc++-impl -r android.hardware:hardware/interfaces -r android.hidl:system/libhidl/transport android.hardware.demo@1.0
    1. 生成makefile
      根目录执行脚本，自动生成*.hal 对应的 Android.bp 和 Android.mk 文件
    ./hardware/interfaces/update-makefiles.sh
    1. 添加接口声明
      扩展接口需要在 vendor/manifest.xml 中声明, 或device/hisilicon/Hi37XXVXXX/manifest.xml
      <hal format="hidl">
      <name>android.hardware.demo</name>
      <transport>hwbinder</transport>
      <version>1.0</version>
      <interface>
          <name>IDemo</name>
          <instance>default</instance>
      </interface>
  </hal>
    1. 增加 hash 值
      HIDL 接口层是 Treble 架构的基础，原则上发布后不能变动，新接口应升级版本号。系统编译时会检查已发布接口 hash 值，防止篡改。已有接口对应 hash 值详见hardware/interfaces/current.txt。新增扩展接口，可在 Android 根目录执行命令生成 hash 值：
    hidl-gen -L hash -r android.hardware:hardware/interfaces -r android.hidl:system/libhidl/transport android.hardware.demo@1.0 >> hardware/interfaces/current.txt
    1. 服务端实现
      代码目录结构如下，default目录下面Android.mk, service.cpp, android.hardware.demo@1.0-service.rc需要自
      己创建，目录结构如下，
    hardware/interfaces/demo/1.0
├── Android.bp
├── Android.mk
├── default
│   ├── android.hardware.demo@1.0-service.rc
│   ├── Android.mk
│   ├── Demo.cpp
│   ├── Demo.h
│   └── service.cpp
└── IDemo.hal

    Demo.cpp就添加一个打印

    #include "Demo.h"
#include <log/log_main.h>
#define LOG_TAG "Demo"

namespace android {
namespace hardware {
namespace demo {
namespace V1_0 {
namespace implementation {

// Methods from ::android::hardware::demo::V1_0::IDemo follow.
Return<int32_t> Demo::doDemo(float bar) {
    // Demo就简单做个打印，
    ALOGD(" Hello Hidl Demo Bar is %f \n", bar);
    return int32_t {0};
}

// Methods from ::android::hidl::base::V1_0::IBase follow.

IDemo* HIDL_FETCH_IDemo(const char* /* name */) {
    return new Demo();
}

}  // namespace implementation
}  // namespace V1_0
}  // namespace demo
}  // namespace hardware
}  // namespace android

    service.cpp将IDemo注册到hwservicemanager：

    #define LOG_TAG "android.hardware.demo@1.0-service"
#include "Demo.h"
#include <hidl/LegacySupport.h>
#include <android/log.h>

using android::hardware::demo::V1_0::IDemo;
using android::hardware::defaultPassthroughServiceImplementation;

int main() {
    return defaultPassthroughServiceImplementation<IDemo>();
}

    android.hardware.demo@1.0-service.rc启动脚本

    service demo_hal_service /vendor/bin/hw/android.hardware.demo@1.0-service
    class hal
    user  root
    group  root

    Android.mk参考其他hidl模块写

    LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := android.hardware.demo@1.0-impl
LOCAL_PROPRIETARY_MODULE := true
LOCAL_MODULE_RELATIVE_PATH := hw
LOCAL_SRC_FILES :=  \
        Demo.cpp
LOCAL_C_INCLUDES := \
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \
    libutils \
    libcutils \
    liblog \
    libbinder \
    libhardware \
    libhidlbase \
    libhidltransport \
    libhidlmemory \
    android.hardware.demo@1.0 \

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
############################################

include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := android.hardware.demo@1.0-service
LOCAL_INIT_RC := android.hardware.demo@1.0-service.rc
LOCAL_MODULE_RELATIVE_PATH := hw
LOCAL_PROPRIETARY_MODULE := true

LOCAL_SRC_FILES := service.cpp

LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \
    android.hardware.demo@1.0 \
    libbase \
    libcutils \
    libhidlbase \
    libhidltransport \
    liblog \
    libutils

include $(BUILD_EXECUTABLE)
    1. 实现客户端
    //Android.bp
frameworks/native/cmds/demo$ cat *
cc_binary {
    name: "demo_client",
    srcs: ["demo_client.cpp"],
    shared_libs: [
        "libhidlbase",
        "libhidltransport",
        "libutils",
        "liblog",
        "android.hardware.demo@1.0",
    ],
}
//demo_client.cpp
#include <android/hardware/demo/1.0/IDemo.h>
#include <hidl/Status.h>
#include <hidl/LegacySupport.h>
#include <hidl/HidlSupport.h>

#include <utils/misc.h>
#include <utils/Log.h>
#define LOG_TAG "demo_client"
using android::hardware::demo::V1_0::IDemo;
using android::sp;

int main(int argc, char* argv[])
{
    android::sp<IDemo> service = IDemo::getService();
    if(service == nullptr){
        ALOGD("Failed to get service\n");
        return -1;
    }
    float bar = 1.0;
    service->doDemo(bar);
    return 0;
}
    1. 添加SELinux策略
      我这边把自定义SELinux策略放到了独立目录，
    //device/honeybee/system/sepolicy/vendor/hal_demo.te
type hal_demo, domain;
type hal_demo_exec, exec_type, file_type, vendor_file_type;
hwbinder_use(hal_demo);
init_daemon_domain(hal_demo)
add_hwservice(hal_demo, hal_demo_hwservice)

//device/honeybee/system/sepolicy/vendor/file_contexts
# Vendor files
/(vendor|system/vendor)/bin/DoraemonService                                             u:object_r:DoraemonService_exec:s0
/(vendor|system/vendor)/bin/hw/android\.hardware\.demo@1\.0-service     u:object_r:hal_demo_exec:s0

//device/honeybee/system/sepolicy/vendor/hwservice.te
type hal_demo_hwservice, hwservice_manager_type;

//device/honeybee/system/sepolicy/vendor/hwservice_contexts
android.hardware.demo::IDemo  u:object_r:hal_demo_hwservice:s0
    1. 添加编译声明
      如果不添加，系统编译的时候不会编译你的模块，
    PRODUCT_PACKAGES += \
       android.hardware.demo@1.0 \
       android.hardware.demo@1.0-impl \
       android.hardware.demo@1.0-service
    1. 生成二进制
      新增 Demo HIDL示例生成的二进制文件如下所示：
    system/lib64/android.hardware.demo@1.0.so
system/lib/android.hardware.demo@1.0.so
vendor/etc/init/android.hardware.demo@1.0-service.rc
vendor/bin/hw/android.hardware.demo@1.0-service
vendor/lib64/hw/android.hardware.demo@1.0-impl.so
vendor/lib/hw/android.hardware.demo@1.0-impl.so
    1. Demo测试
      把demo_client 编译好push到/system/bin,
    Hi3751V811:/system/bin # demo_client                                           
Hi3751V811:/system/bin # logcat | grep Demo
01-01 16:00:11.529  1809  1809 D Demo    :  Hello Hidl Demo Bar is 1.000000

    ----Demo完毕。

    HIDL平时需要参考系统模块写就好，如果要学习参考官网就好，或者下面博客
    https://www.jianshu.com/p/ca6823b897b5

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