第一章-Android底層開發(fā)驅(qū)動

Android底層(dǐcénɡ)開發(fā)驅(qū)動李偉民weiminli@共二十四頁WhatisDriver？驅(qū)動程序的魅力硬件不能使用？------70%沒安裝驅(qū)動PC和手機要使用外部(wàibù)硬件設備，均需要安裝對應的驅(qū)動程序驅(qū)動程序扮演一個溝通的角色，負責把硬件的功能告訴操作系統(tǒng)，并且將系統(tǒng)的指令傳達給硬件，讓他開始工作。共二十四頁WhatisDriver？Windows驅(qū)動購買(gòumǎi)的硬件附帶有驅(qū)動Windows系統(tǒng)自帶有大量的驅(qū)動從Internet下載驅(qū)動手機驅(qū)動手機一般不能和電腦直接連接，必須用手機自帶的磁盤驅(qū)動一下。本質(zhì)上是安裝一個讀取手機內(nèi)存信息的程序。共二十四頁開源(kāiyuán)還是不開源(kāiyuán)？Android是基于(jīyú)Linux的，Linux是完全開源的，Android也號稱開源。But！2010年2月，Linux的維護者卻將Android代碼從LinuxKernel代碼庫中刪除。原因：Android修改了Kernel，但不提供修改的細節(jié)。Android不真正開源！共二十四頁從為什么選擇(xuǎnzé)Java談為什么不開源驅(qū)動程序Java的好處只要編寫一次程序，在多個硬件平臺上運行為什么驅(qū)動不開源？LinuxKernel的版權是GPL，驅(qū)動也需公開源代碼。這是硬件廠商不太愿意接受的。Google玩了小心機：把驅(qū)動程序移到userspace中，讓其在LinuxKernel之上運行。然后在Kernel上開一個小門，讓本來(běnlái)不能直接控制到硬件的userspace程序也可以碰得到。共二十四頁從為什么選擇(xuǎnzé)Java談為什么不開源驅(qū)動程序帶來的問題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)動和應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(tóngshí)也宣布放棄了構建一個真正開源的手機系統(tǒng)的機會。共二十四頁Android框架(kuànɡjià)共二十四頁Android層次(céngcì)分析內(nèi)核層：Linux的一個變種避開了與硬件直接打交道基于Linux的的驅(qū)動(qūdònɡ)開發(fā)可擴展性很強硬件抽象層：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”的借口來進一步降低Android與硬件的耦合度共二十四頁Android層次(céngcì)分析系統(tǒng)運行庫層：系統(tǒng)正常運行的基礎庫C庫層，實際上很多都是成熟的開源項目Android是如何有機地與這些庫建立聯(lián)系應用程序框架(kuànɡjià)層：與APP開發(fā)人員關系最近Java庫，為上層應用程序提供了API接口囊括了不少系統(tǒng)級服務進程的實現(xiàn)應用程序?qū)覣ndroid軟件開發(fā)分為：系統(tǒng)移植與應用程序開發(fā)不僅要了解如何使用API接口去完成一個功能，還要盡可能了解這些接口及其下的底層框架是如何實現(xiàn)的共二十四頁Linux架構(jiàɡòu)用戶應用程序C庫Linux系統(tǒng)調(diào)用接口進程管理內(nèi)存管理Linux文件系統(tǒng)字符設備驅(qū)動磁盤/Flash文件系統(tǒng)塊設備驅(qū)動套接字TCP/IP網(wǎng)絡驅(qū)動設備硬件操作系統(tǒng)共二十四頁Android與LinuxLinux簡介向企業(yè)(qǐyè)核心應用邁進主導移動平臺新技術為Linux加速：虛擬化，云計算，大數(shù)據(jù)Android和Linux的關系Android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運行在Dalvik上（.dex）共二十四頁和Android密切相關的Linux內(nèi)核(nèihé)知識安全用戶權限和文件目錄權限內(nèi)存管理確定是否有足夠的內(nèi)存來處理數(shù)據(jù)(shùjù)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程管理幾個命令：ps、pstree、top、kill、nice設備驅(qū)動、網(wǎng)絡套接字共二十四頁分析(fēnxī)Linux源代碼很有必要三個前提：熟練使用Linux操作系統(tǒng)掌握操作系統(tǒng)理論基礎掌握C語言(yǔyán)基礎源代碼目錄結構分析 arch：和硬件體系結構相關的代碼，每種平臺占一個相應目錄。 drivers：設備驅(qū)動程序，每個不同驅(qū)動占用一個子目錄。 fs：支持的各種文件系統(tǒng)，如EXT、FAT、NTFS、JFFS2。 block：塊設備驅(qū)動程序I/O調(diào)度。 include：與系統(tǒng)相關的頭文件放在include/linux下。 init：內(nèi)核初始化代碼。 kernel：內(nèi)核最核心部分，和平臺相關的一部分放在arch/*/kernel mm:內(nèi)存管理代碼，和平臺相關的一部分放在arch/*/mm scripts:用于配置內(nèi)核的腳本文件。 usr：實現(xiàn)了用于打包和壓縮的cpio等。共二十四頁分析(fēnxī)Linux源代碼很有必要瀏覽(liúlǎn)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文件中有定義共二十四頁Makefile在Linux內(nèi)核中增加源代碼需要完成以下3項工作將編寫的源代碼拷入Linux內(nèi)核源代碼的相應目錄在目錄的Kconfig文件中增加關于新源代碼對應項目的配置選項在目錄的Makefile文件中增加對新源代碼的編譯條目Makefile定義Linux內(nèi)核的編譯規(guī)則，make工具可以實現(xiàn)自動編譯和增量(zēnɡliànɡ)編譯，但必須告訴make源程序之間的依賴關系，描述這種關系的就是Makefile文件共二十四頁Linux內(nèi)核(nèihé)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內(nèi)核(采用遞歸的方式(fāngshì))。arch/$(ARCH)/Makefile決定arch/$(ARCH)目錄下哪些文件、哪些目錄將被編進內(nèi)核。各級子目錄下的Makefile決定所在目錄下哪些文件將被編進內(nèi)核，哪些文件將被編成模塊(即驅(qū)動程序)，進入哪些子目錄繼續(xù)調(diào)用它們的Makefile。共二十四頁Linux內(nèi)核(nèihé)及編程Makefile怎樣連接這些文件，它們的順序(shùnxù)如何？arch/arm/Makefile:頂層Makefile:共二十四頁Linux內(nèi)核(nèihé)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/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds生成內(nèi)核映象文件vmlinux。obj–y用來(yònɡlái)定義哪些文件被編進(built-in)內(nèi)核。obj-m用來定義哪些文件被編譯成可加載模塊(Loadablemodule)。lib-y用來定義哪些文件被編成庫文件。obj-y、obj-m還可以用來指定要進入的下一層子目錄。共二十四頁Linux內(nèi)核(nèihé)及編程Makefile目標定義定義哪些內(nèi)容作為模塊編譯，哪些要編譯并連接進內(nèi)核。更常見的做法：根據(jù)(gēnjù).config文件中的CONFIG變量來決定文件編譯方式，如：obj-y+=foo.c：表示要由foo.c或者foo.s文件編譯得到foo.o并連接進內(nèi)核。obj-$(CONFIG_ISDN)+=isdn.oobj-$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP)+=isdn_bsdc.o共二十四頁Linux內(nèi)核(nèihé)及編程Kconfig一個文本形式的文件，其中主要作用是在內(nèi)核配置時候，作為配置選項，是各種配置界面的源文件。內(nèi)核的配置工具讀取各個Kconfig文件，生成配置界面供開發(fā)人員配置內(nèi)核，最后生成配置文件.config。內(nèi)核的配置界面以樹狀的菜單(càidān)形式組織，主菜單(càidān)下有若干個子菜單(càidān)，子菜單(càidān)下又有子菜單或配置選項。每個子菜單(càidān)或選項可以有依賴關系，這些依賴關系用來確定它們是否顯示。只有被依賴項的父項已經(jīng)被選中，子項才會顯示。內(nèi)核源碼每個子目錄中，都有一個Makefile文件和Kconfig文件。共二十四頁Linux內(nèi)核(nèihé)及編程Kconfigconfig條目config條目用來配置一個選項，它用于生成一個變量，這個變量會連同它的值一起(yīqǐ)被寫入配置文件.config中。config出現(xiàn)的三種配置結果：config關鍵字，表示一個配置選項的開始。CONFIG_LEDS_S3C24XX=y#對應的文件被編進內(nèi)核CONFIG_LEDS_S3C24XX=m#對應的文件被編成模塊＃CONFIG_LEDS_S3C24XX#對應的文件沒有被使用共二十四頁Kconfig、MakeFile、.config三者之間的聯(lián)系(liánxì)我們在內(nèi)核源碼下面執(zhí)行make命令，實際上是根據(jù)makefile來進行編譯的。obj-$(CONFIG_ISDN)+=isdn.o中CONFIG_ISDN是一個變量，這個變量的賦值則是通過.config文件來集中賦值的。CONFIG_ISDN=y.config文件是通過Kconfig配置生成的。當更改Kconfig文件或者通過配置工具進行內(nèi)核配置的時候(shíhou)會自動更新.config中相應的值共二十四頁TheEndT