第一章Android底層開發(fā)驅(qū)動(dòng)

Android底層開發(fā)驅(qū)動(dòng)李偉民weiminli@WhatisDriver？驅(qū)動(dòng)程序的魅力硬件不能使用？------70%沒安裝驅(qū)動(dòng)PC和手機(jī)要使用外部硬件設(shè)備，均需要安裝對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序扮演一個(gè)溝通的角色，負(fù)責(zé)把硬件的功能告訴操作系統(tǒng)，并且將系統(tǒng)的指令傳達(dá)給硬件，讓他開始工作。WhatisDriver？Windows驅(qū)動(dòng)購(gòu)買的硬件附帶有驅(qū)動(dòng)Windows系統(tǒng)自帶有大量的驅(qū)動(dòng)從Internet下載驅(qū)動(dòng)手機(jī)驅(qū)動(dòng)手機(jī)一般不能和電腦直接連接，必須用手機(jī)自帶的磁盤驅(qū)動(dòng)一下。本質(zhì)上是安裝一個(gè)讀取手機(jī)內(nèi)存信息的程序。開源還是不開源？Android是基于Linux的，Linux是完全開源的，Android也號(hào)稱開源。But！2010年2月，Linux的維護(hù)者卻將Android代碼從LinuxKernel代碼庫(kù)中刪除。原因：Android修改了Kernel，但不提供修改的細(xì)節(jié)。Android不真正開源！從為什么選擇Java談為什么不開源驅(qū)動(dòng)程序Java的好處只要編寫一次程序，在多個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行為什么驅(qū)動(dòng)不開源？LinuxKernel的版權(quán)是GPL，驅(qū)動(dòng)也需公開源代碼。這是硬件廠商不太愿意接受的。Google玩了小心機(jī)：把驅(qū)動(dòng)程序移到userspace中，讓其在LinuxKernel之上運(yùn)行。然后在Kernel上開一個(gè)小門，讓本來不能直接控制到硬件的userspace程序也可以碰得到。從為什么選擇Java談為什么不開源驅(qū)動(dòng)程序帶來的問題Kernel（GPL）和Android（ASL）采用不同的許可證。在ASL中，用戶可以隨意使用源代碼而不必開源。因此建立在Android之上的硬件驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序都可以保持封閉。影響有利于推廣Android，并且可以吸引更多的廠商和軟件開發(fā)商的加入。同時(shí)也宣布放棄了構(gòu)建一個(gè)真正開源的手機(jī)系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。Android框架Android層次分析內(nèi)核層：Linux的一個(gè)變種避開了與硬件直接打交道基于Linux的的驅(qū)動(dòng)開發(fā)可擴(kuò)展性很強(qiáng)硬件抽象層：內(nèi)核之上的“小門”UserspaceC/C++librarylayerDefinestheinterfacethatAndroidrequireshardware“drivers”toimplementSeparatestheAndroidplatformlogicfromthehardwareinterface本質(zhì)上希望通過定義硬件“驅(qū)動(dòng)”的借口來進(jìn)一步降低Android與硬件的耦合度Android層次分析系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層：系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)庫(kù)C庫(kù)層，實(shí)際上很多都是成熟的開源項(xiàng)目Android是如何有機(jī)地與這些庫(kù)建立聯(lián)系應(yīng)用程序框架層：與APP開發(fā)人員關(guān)系最近Java庫(kù)，為上層應(yīng)用程序提供了API接口囊括了不少系統(tǒng)級(jí)服務(wù)進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序?qū)覣ndroid軟件開發(fā)分為：系統(tǒng)移植與應(yīng)用程序開發(fā)不僅要了解如何使用API接口去完成一個(gè)功能，還要盡可能了解這些接口及其下的底層框架是如何實(shí)現(xiàn)的Linux架構(gòu)用戶應(yīng)用程序C庫(kù)Linux系統(tǒng)調(diào)用接口進(jìn)程管理內(nèi)存管理Linux文件系統(tǒng)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)磁盤/Flash文件系統(tǒng)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)套接字TCP/IP網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)設(shè)備硬件操作系統(tǒng)Android與LinuxLinux簡(jiǎn)介向企業(yè)核心應(yīng)用邁進(jìn)主導(dǎo)移動(dòng)平臺(tái)新技術(shù)為L(zhǎng)inux加速：虛擬化，云計(jì)算，大數(shù)據(jù)Android和Linux的關(guān)系A(chǔ)ndroid是繼承于Linux的Android和Linux內(nèi)核的區(qū)別：Android在底層Linux上加了一層Dalvik，Android的APP運(yùn)行在Dalvik上（.dex）和Android密切相關(guān)的Linux內(nèi)核知識(shí)安全用戶權(quán)限和文件目錄權(quán)限內(nèi)存管理確定是否有足夠的內(nèi)存來處理數(shù)據(jù)從可用的內(nèi)存中獲取一部分內(nèi)存向可用內(nèi)存池中返回部分內(nèi)存，以使其可以由程序的其他部分或者其他程序使用進(jìn)程管理幾個(gè)命令：ps、pstree、top、kill、nice設(shè)備驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)套接字分析Linux源代碼很有必要三個(gè)前提：熟練使用Linux操作系統(tǒng)掌握操作系統(tǒng)理論基礎(chǔ)掌握C語言基礎(chǔ)源代碼目錄結(jié)構(gòu)分析 arch：和硬件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼，每種平臺(tái)占一個(gè)相應(yīng)目錄。 drivers：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，每個(gè)不同驅(qū)動(dòng)占用一個(gè)子目錄。 fs：支持的各種文件系統(tǒng)，如EXT、FAT、NTFS、JFFS2。 block：塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序I/O調(diào)度。 include：與系統(tǒng)相關(guān)的頭文件放在include/linux下。 init：內(nèi)核初始化代碼。 kernel：內(nèi)核最核心部分，和平臺(tái)相關(guān)的一部分放在arch/*/kernel mm:內(nèi)存管理代碼，和平臺(tái)相關(guān)的一部分放在arch/*/mm scripts:用于配置內(nèi)核的腳本文件。 usr：實(shí)現(xiàn)了用于打包和壓縮的cpio等。分析Linux源代碼很有必要瀏覽源代碼的工具：SourceInsight為什么用匯編語言編寫內(nèi)核代碼內(nèi)核底層代碼直接和硬件打交道，需要一些專用指令提高調(diào)用效率縮小代碼空間兩種形式：.S文件；嵌入到C語言中Linux內(nèi)核的顯著特性GCC特性鏈表的重要性：內(nèi)核鏈表為雙向鏈表，在include/linux/list.h文件中有定義Makefile在Linux內(nèi)核中增加源代碼需要完成以下3項(xiàng)工作將編寫的源代碼拷入Linux內(nèi)核源代碼的相應(yīng)目錄在目錄的Kconfig文件中增加關(guān)于新源代碼對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的配置選項(xiàng)在目錄的Makefile文件中增加對(duì)新源代碼的編譯條目Makefile定義Linux內(nèi)核的編譯規(guī)則，make工具可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編譯和增量編譯，但必須告訴make源程序之間的依賴關(guān)系，描述這種關(guān)系的就是Makefile文件Linux內(nèi)核及編程Makefile決定編譯哪些文件頂層Makefile決定內(nèi)核根目錄下哪些子目錄將被編進(jìn)內(nèi)核(采用遞歸的方式)。arch/$(ARCH)/Makefile決定arch/$(ARCH)目錄下哪些文件、哪些目錄將被編進(jìn)內(nèi)核。各級(jí)子目錄下的Makefile決定所在目錄下哪些文件將被編進(jìn)內(nèi)核，哪些文件將被編成模塊(即驅(qū)動(dòng)程序)，進(jìn)入哪些子目錄繼續(xù)調(diào)用它們的Makefile。Linux內(nèi)核及編程Makefile怎樣連接這些文件，它們的順序如何？arch/arm/Makefile:頂層Makefile:Linux內(nèi)核及編程Makefile頂層Makefile按照一定的順序組織文件，根據(jù)連接腳本arc/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds生成內(nèi)核映象文件vmlinux。obj–y用來定義哪些文件被編進(jìn)(built-in)內(nèi)核。obj-m用來定義哪些文件被編譯成可加載模塊(Loadablemodule)。lib-y用來定義哪些文件被編成庫(kù)文件。obj-y、obj-m還可以用來指定要進(jìn)入的下一層子目錄。Linux內(nèi)核及編程Makefile目標(biāo)定義定義哪些內(nèi)容作為模塊編譯，哪些要編譯并連接進(jìn)內(nèi)核。更常見的做法：根據(jù).config文件中的CONFIG變量來決定文件編譯方式，如：obj-y+=foo.c：表示要由foo.c或者foo.s文件編譯得到foo.o并連接進(jìn)內(nèi)核。obj-$(CONFIG_ISDN)+=isdn.oobj-$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP)+=isdn_bsdc.oLinux內(nèi)核及編程Kconfig一個(gè)文本形式的文件，其中主要作用是在內(nèi)核配置時(shí)候，作為配置選項(xiàng)，是各種配置界面的源文件。內(nèi)核的配置工具讀取各個(gè)Kconfig文件，生成配置界面供開發(fā)人員配置內(nèi)核，最后生成配置文件.config。內(nèi)核的配置界面以樹狀的菜單形式組織，主菜單下有若干個(gè)子菜單，子菜單下又有子菜單或配置選項(xiàng)。每個(gè)子菜單或選項(xiàng)可以有依賴關(guān)系，這些依賴關(guān)系用來確定它們是否顯示。只有被依賴項(xiàng)的父項(xiàng)已經(jīng)被選中，子項(xiàng)才會(huì)顯示。內(nèi)核源碼每個(gè)子目錄中，都有一個(gè)Makefile文件和Kconfig文件。Linux內(nèi)核及編程Kconfigconfig條目config條目用來配置一個(gè)選項(xiàng)，它用于生成一個(gè)變量，這個(gè)變量會(huì)連同它的值一起被寫入配置文件.config中。config出現(xiàn)的三種配置結(jié)果：config關(guān)鍵字，表示一個(gè)配置選項(xiàng)的開始。CONFIG_LEDS_S3C24XX=y#對(duì)應(yīng)的文件被編進(jìn)內(nèi)核CONFIG_LEDS_S3C24XX=m#對(duì)應(yīng)的文件被編成模塊＃CONFIG_LEDS_S3C24XX#對(duì)應(yīng)的文件沒有被使用Kconfig、MakeFile、.config三者之間的聯(lián)系我們?cè)趦?nèi)核源碼下面執(zhí)行make命令，實(shí)際上是根據(jù)