Android Camera架構(gòu)的知識點有哪些

這篇文章主要介紹“Android Camera架構(gòu)的知識點有哪些”的相關知識，小編通過實際案例向大家展示操作過程，操作方法簡單快捷，實用性強，希望這篇“Android Camera架構(gòu)的知識點有哪些”文章能幫助大家解決問題。

注: 本文流程為Camera API1到HAL1, 代碼以及路徑都基于高通平臺Android 7.1源碼, API2到HAL3大體流程和HAL1相近, 但API方面差異很大, 后續(xù)再補上.

總覽

來看下App從調(diào)用Camera.open()到HAL層的流程.

溫馨提示: 圖片太大, 請通過查看原圖來進行瀏覽

源碼位置以及所屬模塊

frameworks/base/core/java/android/hardware/Camera.java
Camera.java為App直接調(diào)用的接口, 編譯為framework.jar

frameworks/base/core/jni/android_hardware_Camera.cpp
此部分為Java調(diào)用的JNI native部分代碼, 編譯為動態(tài)庫 libandroid_runtime.so

frameworks/av/camera/Camera.cpp
frameworks/av/camera/CameraBase.cpp
App連接到CameraService部分的Client, 編譯為動態(tài)庫 libcamera_client

frameworks/av/services/camera/libcameraservice/CameraService.cpp
frameworks/av/services/camera/libcameraservice/CameraService.h
這個就是CameraService的代碼了, App通過Binder來連接, 后面會詳細講一下連接過程比較難理解的地方, 編譯為動態(tài)庫 libcameraservice.so

frameworks/av/services/camera/libcameraservice/api1/CameraClient.cpp
這部分就是CameraService端的Client, 用于調(diào)用HAL層的接口, 編譯后同樣在 libcameraservice.so 中.

frameworks/av/services/camera/libcameraservice/device1/CameraHardwareInterface.h
Google定義的HAL接口, 由芯片廠商去實現(xiàn), 以上代碼是Google寫的Android系統(tǒng)代碼, HAL層及以下則是芯片廠商寫的代碼,

hardware/qcom/camera/QCamera2/HAL/QCamera2Factory.cpp
高通平臺特有代碼, 用于創(chuàng)建不同HAL版本的實例, 編譯為動態(tài)庫 camera.xxx.so, xxx代表平臺, 比如msm8953則編譯為 camera.msm8953.so

hardware/qcom/camera/QCamera2/HAL/QCamera2HWI.cpp
高通HAL的實現(xiàn)代碼, 即QCamera2HardwareInterface的縮寫, 上圖中的QCamera2HardwareInterface.cpp應該為QCamera2HWI.cpp, 由于visio畫的圖源文件弄丟了, 所以沒法改, 但要注意, QCamera2HWI.cpp中定義的類名就是QCamera2HardwareInterface, 此部分代碼同樣是編譯到動態(tài)庫 camera.xxx.so 中.

hardware/qcom/camera/QCamera2/stack/mm-camera-interface/src/mm_camera_interface.c
高通mm-camera接口, HAL層再往下就是和驅(qū)動相關的mm-camera了

vendor/qcom/proprietary/mm-camera/mm-camera2/
高通mm-camera部分代碼, 由于我不是做驅(qū)動相關的, 對這部分不熟, 就不介紹了, mm-camera往下就是kernel部分了,就相當于到了Android最底層.

hardware/libhardware/hardware.c
此部分代碼用來加載Camera的HAL層動態(tài)庫, 加載之前首先會在幾個列出的路徑下選擇對應的so庫, 找到后通過dlopen進行調(diào)用, 得到相關的句柄.

注意點

上面流程中, 有如下幾個點需要注意:

獲取CameraModule的流程

在上圖中, CameraService.h中, makeClient()過后, 會調(diào)用 CameraClient 的initialize(CameraModule *module)函數(shù), 其中CameraModule實例化則需要camera_module_t *rawModuel作為參數(shù), rawModule則是通過dlopen()方式和HAL層的動態(tài)庫關聯(lián)起來(camera.xxx.so), 因此HAL層和CameraService實際是通過dlopen()方式建立聯(lián)系的, 注意, 上面講的實例化CameraModuel流程是在開機的時候進行的, 上面的圖片中流程中onFirstRef()就是在開機時候調(diào)用的.

Client和Service連接過程

Client和Service連接過程是我個人認為整個流程中最難理解的部分, 之所以難, 是因為對C++方式實現(xiàn)進程間通信流程不熟悉造成了, 下面就來看下連接過程:

1.首先在Camera.cpp中調(diào)用CameraBase.cpp的connect()函數(shù)

sp<Camera> Camera::connect(int cameraId, const String16& clientPackageName,int clientUid, int clientPid){return CameraBaseT::connect(cameraId, clientPackageName, clientUid, clientPid);}

2.CameraBase.cpp connect()代碼

template <typename TCam, typename TCamTraits>sp<TCam> CameraBase<TCam, TCamTraits>::connect(int cameraId,   const String16& clientPackageName,   int clientUid, int clientPid){ALOGV("%s: connect", __FUNCTION__);sp<TCam> c = new TCam(cameraId);sp<TCamCallbacks> cl = c;const sp<::android::hardware::ICameraService>& cs = getCameraService();binder::Status ret;if (cs != nullptr) {TCamConnectService fnConnectService = TCamTraits::fnConnectService;ret = (cs.get()->*fnConnectService)(cl, cameraId, clientPackageName, clientUid,   clientPid, /*out*/ &c->mCamera);}if (ret.isOk() && c->mCamera != nullptr) {IInterface::asBinder(c->mCamera)->linkToDeath(c);c->mStatus = NO_ERROR;} else {ALOGW("An error occurred while connecting to camera %d: %s", cameraId,(cs != nullptr) ? "Service not available" : ret.toString8().string());c.clear();}return c;}

此部分代碼中要注意兩點:
1). TCamTraits::fnConnectService就是ICameraService類中的connect()函數(shù)的函數(shù)指針, 因為在Camera.cpp中, 其定義如下:

CameraTraits<Camera>::TCamConnectService CameraTraits<Camera>::fnConnectService =&::android::hardware::ICameraService::connect;

所以(cs.get()->*fnConnectService)(....)就是在調(diào)用CameraService的connect()函數(shù),
這部分調(diào)用也是通過Binder進行的, 流程圖如下:

Camera Connect 過程

上面connect過程使用的Binder接口是ICameraService, Connect過程是為了得到ICamera在Client端的BpCamera實例, ICamera接口定義的方法才是具體對Camera進行操作的.

需要特別注意的是, 在Android 7.1的源碼中你是找不到ICameraService.cpp源碼的, 但在Android 4.4.4中是存在的(framework/av/camera/下面), 這是因為Android 7.1中通過定義了ICameraService.aidl后, 編譯過程中會自動生成ICameraService.cpp文件, 生成的文件在Android編譯的out目錄下:

out/target/product/xxx/obj/SHARED_LIBRARIES/libcamera_client_intermediates/aidl-generated/src/aidl/android/hardware/ICameraService.cpp

注: xxx表示你lunch時選擇的product

2). 經(jīng)過第一步連接過后, 得到了一個ICamera對象指針 mCamera(實際代表BpCamera, 即客戶端的接口), 后續(xù)我們調(diào)用Camera的其他方法, 比如startPreview(), 都是通過mCamera進行調(diào)用的.

Client和Service調(diào)用流程

connect完成后, 后續(xù)對camera的調(diào)用也是通過Binder進行, 接口定義在ICamera.h, 調(diào)用流程和第一步連接的過程一致, 就是Android IPC的基本操作 簡而言之 就是 Camera.cpp -> ICamera.cpp(BpCamera) -> ICamera.cpp(BnCamera) -> CameraClient.cpp

這里需要注意的是, CameraClient.cpp是繼承自BnCamera的, 這也是為什么在CameraService中的connect()函數(shù)中, 可以直接將CameraClient賦值給ICamera
一些繼承關系如下:

// CameraService.h 中, Client繼承自BnCamera
 class Client : public hardware::BnCamera, public BasicClient {...};

// CameraClient.h 中, CameraClient繼承自Clientclass CameraClient : public CameraService::Client {...};

Status CameraService::connect(const sp<ICameraClient>& cameraClient,int cameraId,const String16& clientPackageName,int clientUid,int clientPid,/*out*/sp<ICamera>* device) {//部分代碼省略sp<Client> client = nullptr;ret = connectHelper<ICameraClient,Client>(cameraClient, id,CAMERA_HAL_API_VERSION_UNSPECIFIED, clientPackageName, clientUid, clientPid, API_1,/*legacyMode*/ false, /*shimUpdateOnly*/ false,/*out*/client);//部分代碼省略/*client代表BnCamera, BpCamera中通過transact調(diào)到BnCamera,
       然后再調(diào)用Client中定義的方法  */*device = client;return ret;}

可以看到, 整個過程中主要涉及到兩個Binder接口, ICamera和ICameraService, ICamera中的接口用于控制Camera具體操作, 比如設置參數(shù), 打開/關閉預覽等等, 而ICameraService中的接口負責連接Camera, 查詢Camera信息(getNumberOfCameras() getCameraInfo()).

CameraService啟動

上面的流程沒有說明CameraService是怎么啟動的, 我們都知道Android系統(tǒng)的服務都是通過init.rc啟動的, CameraService也不例外, 相關代碼路徑如下:
frameworks/av/camera/cameraserver/
路徑下有個cameraserver.rc, 內(nèi)容如下:

service cameraserver /system/bin/cameraserver
class main
user cameraserver
group audio camera input drmrpc
ioprio rt 4writepid /dev/cpuset/camera-daemon/tasks /dev/stune/top-app/tasks

可見啟動的是可執(zhí)行文件cameraserver, 這部分代碼就在main_cameraserver.cpp

int main(int argc __unused, char** argv __unused){signal(SIGPIPE, SIG_IGN);sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();ALOGI("ServiceManager: %p", sm.get());CameraService::instantiate();ProcessState::self()->startThreadPool();IPCThreadState::self()->joinThreadPool();}

很簡單, 就是通過系統(tǒng)接口添加一個Service

整體架構(gòu)總結(jié)

從上面分析流程可以看出, Camera的整體代碼分為一下幾個部分:

1. Java API, 提供給App調(diào)用的接口

2. JNI, 因為底層和硬件打交道的都是C/C++, 所以JNI必不可少

3. Camera Client, 此Client通過Binder連接到CameraService

4. CameraService, 獨立的進程, 單獨存在, 開機就會啟動

5. CameraService 端的Client, 此Client中通過 CameraHardwareInterface 調(diào)用到HAL層

6. HAL層, 芯片廠實現(xiàn)的部分代碼

7. 驅(qū)動部分, 包含芯片廠的一些代碼和kernel代碼

Android中還有很多類似的硬件都是用的這樣的架構(gòu), 基本是 Java -> JNI -> Service -> HAL -> 驅(qū)動, 在閱讀源碼過程中, 對流程有疑問的時候, 最好的方法是在關鍵函數(shù)打印一些Log, 實際跑下流程, 看看整體架構(gòu)的調(diào)用流程, 了解大體流程后, 根據(jù)需要再去摳一些細節(jié), 這樣效率會高一些.

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