Android O之后Treble VNDK, HIDL

2022-01-15 本文已影响0人阿拉贡居民

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

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);
};

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

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

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>

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

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)

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;
}

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

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

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

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