Android Sensor框架HAL层解读

Android sensor构建

  1. Android6.0 系统内置对传感器的支持达26种,他们分别是:加速度传感器(accelerometer)、磁力传感器(magnetic field)、方向传感器(orientation)、陀螺仪(gyroscope)、环境光照传感器(light)、压力传感器(pressure)、温度传感器(temperature)和距离传感器(proximity)等。

  2. Android实现传感器系统包括以下几个部分:

    • java层
    • JNI层
    • HAL层
    • 驱动层
  3. 各部分之间架构图如下:

Sensor HAL层接口

  1. Google为Sensor提供了统一的HAL接口,不同的硬件厂商需要根据该接口来实现并完成具体的硬件抽象层。Android中Sensor的HAL接口定义在:hardware/libhardware/include/hardware/sensors.h

  2. 对传感器类型的定义:

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    #define SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER (1) //加速度传感器
    #define SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD (2) //磁力传感器
    #define SENSOR_TYPE_ORIENTATION (3) //方向
    #define SENSOR_TYPE_GYROSCOPE (4) //陀螺仪
    #define SENSOR_TYPE_LIGHT (5) //环境光照传感器
    #define SENSOR_TYPE_PRESSURE (6) //压力传感器
    #define SENSOR_TYPE_TEMPERATURE (7) //温度传感器
    #define SENSOR_TYPE_PROXIMITY (8) //距离传感器
    #define SENSOR_TYPE_GRAVITY (9) //重力
    #define SENSOR_TYPE_LINEAR_ACCELERATION (10) //线性加速度
    #define SENSOR_TYPE_ROTATION_VECTOR (11) //运动
    #define SENSOR_TYPE_RELATIVE_HUMIDITY (12) //湿度传感器
    #define SENSOR_TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE (13) //环境温度传感器
    #define SENSOR_TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED (14) //未校准磁力传感器
    #define SENSOR_TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR (15) //游戏动作传感器
    #define SENSOR_TYPE_GYROSCOPE_UNCALIBRATED (16) //未校准陀螺仪
    #define SENSOR_TYPE_SIGNIFICANT_MOTION (17) //特殊动作触发传感器
    #define SENSOR_TYPE_STEP_DETECTOR (18) //步行检测传感器
    #define SENSOR_TYPE_STEP_COUNTER (19) //计步传感器
    #define SENSOR_TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR (20) //地磁旋转矢量传感器,提供手机的旋转矢量
    #define SENSOR_TYPE_HEART_RATE (21) //心率传感器
    #define SENSOR_TYPE_TILT_DETECTOR (22) //每次检测到倾斜事件后均生成事件
    #define SENSOR_TYPE_WAKE_GESTURE (23) //支持根据设备特定的动作唤醒设备
    #define SENSOR_TYPE_GLANCE_GESTURE (24) //支持短暂打开屏幕,以便用户根据特定动作浏览屏幕上的内容
    #define SENSOR_TYPE_PICK_UP_GESTURE (25) //拾起设备时触发,无论面前是什么(桌子、口袋、手提袋)
    #define SENSOR_TYPE_WRIST_TILT_GESTURE (26) //腕关节倾斜触发生成事件
  3. 传感器模块的定义结构体如下,该接口的定义实际上是对标准的硬件模块hw_module_t的一个扩展,增加了一个get_sensors_list函数,用于获取传感器的列表。

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    struct sensors_module_t {
    struct hw_module_t common;
    int (*get_sensors_list)(struct sensors_module_t* module,
    struct sensor_t const** list);
    };
  4. 对任意一个sensor设备都会有一个sensor_t结构体,其定义如下:

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    struct sensor_t {
    const char* name; //传感器名字
    const char* vendor;
    int version; //版本
    int handle; //传感器的handle句柄
    int type; //传感器类型
    float maxRange; //最大范围
    float resolution; //解析度
    float power; //消耗能源
    int32_t minDelay; //事件间隔最小时间
    void* reserved[8]; //保留字段,必须为0
    };
  5. 每个传感器的数据由sensors_event_t结构体表示,定义如下,其中,sensor为传感器的标志符,而不同的传感器则采用union方式来表示。

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    typedef struct sensors_event_t {
    int32_t version;
    int32_t sensor; //标识符
    int32_t type; //传感器类型
    int32_t reserved0;
    int64_t timestamp; //时间戳
    union {
    float data[16];
    sensors_vec_t acceleration; //加速度
    sensors_vec_t magnetic; //磁矢量
    sensors_vec_t orientation; //方向
    sensors_vec_t gyro; //陀螺仪
    float temperature; //温度
    float distance; //距离
    float light; //光照
    float pressure; //压力
    float relative_humidity; //相对湿度
    };
    uint32_t reserved1[4];
    } sensors_event_t;
  6. sensors_vec_t结构体用来表示不同传感器的数据:

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    typedef struct {
    union {
    float v[3];
    struct {
    float x;
    float y;
    float z;
    };
    struct {
    float azimuth;
    float pitch;
    float roll;
    };
    };
    int8_t status;
    uint8_t reserved[3];
    } sensors_vec_t;
  7. Sensor设备结构体sensors_poll_device_t,对标准硬件设备hw_device_t结构体的扩展,主要完成读取底层数据,并将数据存储在struct sensors_poll_device_t结构体中;poll函数用来获取底层数据,调用时将被阻塞定义如下:

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    struct sensors_poll_device_t {
    struct hw_device_t common;
    //Activate/deactivate one sensor
    int (*activate)(struct sensors_poll_device_t *dev,
    int handle, int enabled);
    //Set the delay between sensor events in nanoseconds for a given sensor.
    int (*setDelay)(struct sensors_poll_device_t *dev,
    int handle, int64_t ns);
    //获取数据
    int (*poll)(struct sensors_poll_device_t *dev,
    sensors_event_t* data, int count);
    };
  8. 控制设备打开/关闭结构体定义如下:

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    static inline int sensors_open(const struct hw_module_t* module,
    struct sensors_poll_device_t** device) {
    return module->methods->open(module,
    SENSORS_HARDWARE_POLL, (struct hw_device_t**)device);
    }
    static inline int sensors_close(struct sensors_poll_device_t* device) {
    return device->common.close(&device->common);
    }

Sensor HAL实现

  1. 打开设备时序图

  1. SensorDevice属于JNI层,与HAL进行通信的接口,在JNI层调用了HAL层的open_sensors()方法打开设备模块,再调用poll__activate()对设备使能,然后调用poll__poll读取数据。
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