Android底層接口與驅(qū)動(dòng)開發(fā)技術(shù)詳解

第1篇 基礎(chǔ)知識(shí)篇
第 1章 Android驅(qū)動(dòng)開發(fā)基礎(chǔ)
1.1 認(rèn)識(shí)什么是驅(qū)動(dòng) 1
1.1.1 驅(qū)動(dòng)程序的作用 1
1.1.2 PC中的驅(qū)動(dòng) 2
1.1.3 手機(jī)中的驅(qū)動(dòng)程序 2
1.2 開源還是不開源 2
1.2.1 霧里看花的開源 3
1.2.2 從為什么選擇Java談為什么不開源驅(qū)動(dòng)程序 3
1.2.3 對(duì)驅(qū)動(dòng)開發(fā)者來說是一把雙刃劍 4
1.3 Linux開發(fā)基礎(chǔ) 4
1.3.1 Linux歷史簡(jiǎn)介 4
1.3.2 主要版本 5
1.3.3 Linux的巨大前景 5
1.4 Android和Linux的關(guān)系 6
1.4.1 Android繼承于Linux 6
1.4.2 Android和Linux內(nèi)核的區(qū)別 6
1.5 簡(jiǎn)析Linux內(nèi)核 8
1.5.1 Linux內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu) 8
1.5.2 和Android密切相關(guān)的Linux內(nèi)核知識(shí) 10
1.6 分析Linux內(nèi)核源碼 14
1.6.1 源碼目錄結(jié)構(gòu) 14
1.6.2 瀏覽源碼的工具 16
1.6.3 Linux內(nèi)核的顯著特性 18
1.6.4 學(xué)習(xí)Linux內(nèi)核的方法 24
第 2章 獲取并編譯Android源碼
2.1 獲取Android源碼 29
2.1.1 在Linux系統(tǒng)獲取Android源碼 29
2.1.2 在Windows平臺(tái)獲取Android源碼 30
2.2 分析Android源碼結(jié)構(gòu) 36
2.3 編譯Android源碼 37
2.3.1 搭建編譯環(huán)境 38
2.3.2 開始編譯 39
2.3.3 在模擬器中運(yùn)行 40
2.3.4 常見的錯(cuò)誤分析 40
2.3.5 實(shí)踐演練——演示兩種編譯Android程序的方法 41
2.4 編譯Android Kernel 44
2.4.1 獲取Goldfish內(nèi)核代碼 45
2.4.2 獲取MSM內(nèi)核代碼 47
2.4.3 獲取OMAP內(nèi)核代碼 47
2.4.4 編譯Android的Linux內(nèi)核 48
第 3章 Android驅(qū)動(dòng)移植基礎(chǔ)
3.1 驅(qū)動(dòng)開發(fā)需要做的工作 50
3.2 Android移植基礎(chǔ) 52
3.2.1 移植的任務(wù) 52
3.2.2 需要移植的內(nèi)容 53
3.2.3 驅(qū)動(dòng)開發(fā)需要做的工作 54
3.3 Android對(duì)Linux的改造 55
3.3.1 Android的獨(dú)有驅(qū)動(dòng) 55
3.3.2 Android的核心驅(qū)動(dòng) 55
3.3.3 Android對(duì)Linux內(nèi)核文件的改動(dòng) 57
3.3.4 為Android構(gòu)建 Linux的操作系統(tǒng) 58
3.4 內(nèi)核空間和用戶空間之間接口 59
3.4.1 內(nèi)核空間和用戶空間的相互作用 59
3.4.2 系統(tǒng)和硬件之間的交互 59
3.4.3 使用Relay實(shí)現(xiàn)內(nèi)核到用戶空間的數(shù)據(jù)傳輸 61
3.5 三類驅(qū)動(dòng)程序 65
3.5.1 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng) 65
3.5.2 塊設(shè)備驅(qū)動(dòng) 72
3.5.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng) 75

第 4章 分析三大內(nèi)核系統(tǒng)
4.1 Goldfish內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)解析 77
4.1.1 Goldfish基礎(chǔ) 78
4.1.2 Android專用驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介 79
4.1.3 Ashmem驅(qū)動(dòng)介紹 82
4.1.4 Pmem驅(qū)動(dòng)介紹 82
4.1.5 Alarm驅(qū)動(dòng)程序 83
4.1.6 USB Gadget驅(qū)動(dòng)程序 83
4.1.7 Paranoid驅(qū)動(dòng)介紹 84
4.1.8 Goldfish的設(shè)備驅(qū)動(dòng) 85
4.2 MSM內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)解析 87
4.2.1 MSM基礎(chǔ) 87
4.2.2 移植MSM內(nèi)核簡(jiǎn)介 90
4.2.3 移植MSM 91
4.3 OMAP內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)解析 98
4.3.1 OMAP基礎(chǔ) 98
4.3.2 OMAP內(nèi)核 100
4.3.3 移植OMAP體系結(jié)構(gòu) 101
4.3.4 移植Android專用驅(qū)動(dòng)和組件 108
4.3.5 OMAP的設(shè)備驅(qū)動(dòng) 109
第2篇 專用驅(qū)動(dòng)篇
第 5章 分析JNI
5.1 JNI的本質(zhì) 114
5.2 分析Java層 116
5.2.1 加載JNI庫 116
5.2.2 實(shí)現(xiàn)掃描工作 118
5.2.3 讀取并保存信息 119
5.2.4 刪除不是SD卡中的文件信息 121
5.2.5 processDirectory 121
5.2.6 掃描函數(shù)scanFile() 122
5.2.7 JNI中的異常處理 122
5.3 分析JNI層 123
5.3.1 將Native對(duì)象的指針保存到Java對(duì)象 123
5.3.2 創(chuàng)建Native層的MediaScanner對(duì)象 124
5.4 Native（本地）層 124
5.4.1 注冊(cè)JNI函數(shù) 124
5.4.2 完成注冊(cè)工作 126
5.4.3 動(dòng)態(tài)注冊(cè) 128
5.4.4 處理路徑參數(shù) 130
5.4.5 掃描文件 130
5.4.6 添加TAG信息 131
5.4.7 總結(jié)函數(shù)JNI_OnLoad()與函數(shù)JNI_OnUnload()的用途 131
5.4.8 Java與JNI基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換 132
5.4.9 JNIEnv接口 133
5.4.10 JNI中的環(huán)境變量 135
5.5 Camera模塊的JNI實(shí)例分析 135
5.5.1 Java層預(yù)覽接口 135
5.5.2 注冊(cè)預(yù)覽的JNI函數(shù) 137
5.5.3 C/C++層的預(yù)覽函數(shù) 140
5.6 開發(fā)自己的JNI程序 140
第 6章 硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
6.1 初識(shí)HAL層 143
6.1.1 HAL層簡(jiǎn)介 144
6.1.2 HAL_legacy和HAL的對(duì)比 145
6.2 分析HAL層源碼 145
6.2.1 分析HAL moudle 146
6.2.2 文件hardware.h 146
6.2.3 文件hardware.c 148
6.3 分析硬件抽象層的加載過程 151
6.4 分析硬件訪問服務(wù) 153
6.4.1 定義硬件訪問服務(wù)接口 153
6.4.2 實(shí)現(xiàn)硬件訪問服務(wù) 154
6.5 分析mokoid工程 155
6.5.1 直接調(diào)用service方法的實(shí)現(xiàn)代碼 156
6.5.2 通過Manager調(diào)用service的實(shí)現(xiàn)代碼 160
6.6 分析Sensor（傳感器）在HAL層的實(shí)現(xiàn) 163
6.6.1 HAL層的Sensor代碼 163
6.6.2 Sensor編程的流程 165
6.7 HAL和系統(tǒng)移植 166
6.7.1 移植各個(gè)Android部件的方式 166
6.7.2 輔助工作 166
第 7章 Binder驅(qū)動(dòng)程序
7.1 引出Binder機(jī)制 172
7.2 Binder機(jī)制概述 173
7.3 分析Binder驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 175
7.4 設(shè)備初始化 185
7.5 打開Binder設(shè)備文件 186
7.6 實(shí)現(xiàn)內(nèi)存映射 188
7.6.1 分析流程 188
7.6.2 分析具體代碼 188
7.7 釋放物理頁面 193
7.8 處理內(nèi)核緩沖區(qū) 193
7.8.1 分配內(nèi)核緩沖區(qū)函數(shù) 193
7.8.2 添加到紅黑樹 195
7.8.3 釋放內(nèi)核緩沖區(qū) 196
7.8.4 查詢內(nèi)核緩沖區(qū) 198
7.9 Binder封裝庫 198
7.9.1 類BBinder 199
7.9.2 類BpRefBase 202
7.9.3 類IPCThreadState 203
第 8章 Logger日志驅(qū)動(dòng)
8.1 Logger系統(tǒng)基礎(chǔ) 207
8.2 分析Logger驅(qū)動(dòng)程序 207
8.2.1 分析文件logger.h 208
8.2.2 分析文件logger.c 209
8.3 日志庫liblog 223
8.4 分析日志寫入接口 227
8.4.1 分析C/C++層的寫入接口 228
8.4.2 分析Java層的寫入接口 229
第 9章 內(nèi)存系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)
9.1 分析Android的進(jìn)程通信機(jī)制 238
9.1.1 Android的進(jìn)程間通信（IPC）機(jī)制Binder 238
9.1.2 Service Manager是Binder機(jī)制的上下文管理者 240
9.2 分析Ashmem驅(qū)動(dòng)程序 241
9.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 241
9.2.2 初始化處理 242
9.2.3 打開匿名共享內(nèi)存設(shè)備文件 244
9.2.4 內(nèi)存映射 246
9.2.5 讀/寫操作 247
9.2.6 鎖定和解鎖 249
9.2.7 回收內(nèi)存塊 254
9.3 分析C++訪問接口層 255
9.3.1 接口MemoryBase 255
9.3.2 接口MemoryBase 264
9.4 分析Java訪問接口層 267
第 10章 分析電源管理模塊
10.1 Android Power Management基礎(chǔ) 271
10.2 Framework層分析 272
10.2.1 文件PowerManager.java 272
10.2.2 文件PowerManagerService.java 273
10.3 JNI層分析 294
10.3.1 文件android_os_Power.cpp 294
10.3.2 文件power.c 295
10.4 Kernel（內(nèi)核）層分析 296
10.4.1 文件power.c 296
10.4.2 文件earlysuspend.c 298
10.4.3 文件wakelock.c 299
10.4.4 文件resume.c 301
10.4.5 文件suspend.c 301
10.4.6 文件main.c 302
10.4.7 proc文件 303
10.5 wakelock和early_suspend 303
10.5.1 wake lock的原理 303
10.5.2 early_suspend的原理 304
10.5.3 Android休眠 305
10.5.4 Android喚醒 307
第 11章 分析低內(nèi)存管理模塊
11.1 分析OOM機(jī)制 308
11.1.1 OOM機(jī)制基礎(chǔ) 308
11.1.2 分析OOM機(jī)制的具體實(shí)現(xiàn) 309
11.2 分析Low Memory Killer的原理和機(jī)制 315
11.3 分析Low Memory Killer驅(qū)動(dòng) 316
11.3.1 Low Memory Killer驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ) 316
11.3.2 分析核心功能 317
11.3.3 設(shè)置用戶接口 320
第 12章 分析物理內(nèi)存驅(qū)動(dòng)
12.1 PMEM基礎(chǔ) 323
12.1.1 PMEM概述 323
12.1.2 Platform設(shè)備基礎(chǔ) 324
12.1.3 PMEM與Ashmem的區(qū)別 325
12.2 分析PMEM系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序 325
12.2.1 分析設(shè)備實(shí)現(xiàn) 325
12.2.2 分析驅(qū)動(dòng)的具體實(shí)現(xiàn) 327
12.2.3 總結(jié)PMEM驅(qū)動(dòng)的調(diào)用流程 350
12.3 分析用戶接口空間 350
12.3.1 釋放位圖內(nèi)存 351
12.3.2 釋放位圖內(nèi)存空間 351
12.3.3 獲取位圖占用內(nèi)存 352
第 13章 分析Time Device驅(qū)動(dòng)
13.1 分析Timed Output驅(qū)動(dòng)程序 354
13.1.1 設(shè)備類 354
13.1.2 分析Timed Output驅(qū)動(dòng)的具體實(shí)現(xiàn) 359
13.1.3 實(shí)現(xiàn)timed_output_dev設(shè)備的讀寫操作 361
13.2 分析Timed Gpio驅(qū)動(dòng)程序 362
13.2.1 Timed Gpio驅(qū)動(dòng)的基本原理 363
13.2.2 分析Timed Gpio驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)文件 363
第 14章 分析調(diào)試機(jī)制驅(qū)動(dòng)Ram Console
14.1 Ram Console基礎(chǔ) 368
14.2 分析Ram Console的具體實(shí)現(xiàn) 369
14.2.1 分析文件ram_console.h 369
14.2.2 分析文件ram_console.c 369
第 15章 分析時(shí)鐘系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)Alarm
15.1 Alarm系統(tǒng)基礎(chǔ) 379
15.1.1 Alarm層次結(jié)構(gòu)介紹 379
15.1.2 需要移植的內(nèi)容 381
15.2 分析RTC驅(qū)動(dòng)程序 381
15.3 分析Alarm驅(qū)動(dòng)程序 381
15.3.1 分析文件android_alarm.h 382
15.3.2 分析文件alarm.c 383
15.3.3 分析文件alarm-dev.c 394
15.4 分析JNI層 402
15.5 分析Java層 403
15.5.1 分析AlarmManagerService類 404
15.5.2 分析AlarmManager類 412
15.6 模擬器環(huán)境的具體實(shí)現(xiàn) 413
第 16章 分析USB Gadget驅(qū)動(dòng)
16.1 分析Linux內(nèi)核的USB驅(qū)動(dòng)程序 415
16.1.1 USB設(shè)備基礎(chǔ) 415
16.1.2 分析USB 和sysfs的聯(lián)系 419
16.1.3 分析urb通信方式 422
16.1.4 分析USB驅(qū)動(dòng)的例程 427
16.2 分析USB Gadget驅(qū)動(dòng) 438
16.2.1 分析軟件結(jié)構(gòu) 438
16.2.2 層次整合 447
16.2.3 USB設(shè)備枚舉 457
第3篇 設(shè)備驅(qū)動(dòng)篇
第 17章 FrameBuffer顯示系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)
17.1 顯示系統(tǒng)介紹 473
17.2 分析內(nèi)核層 474
17.2.1 分析接口文件fb.h 474
17.2.2 分析內(nèi)核實(shí)現(xiàn)文件fbmem.c 477
17.3 分析硬件抽象層 499
17.3.1 分析頭文件 500
17.3.2 分析硬件幀緩沖區(qū) 501
17.3.3 實(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)的分配 503
17.3.4 顯示緩沖映射 504
17.3.5 分析管理庫文件LayerBuffer.cpp 505
第 18章 輸入系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用
18.1 輸入系統(tǒng)介紹 507
18.1.1 Android輸入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)元素介紹 507
18.1.2 移植工作 509
18.2 分析Input（輸入）系統(tǒng)驅(qū)動(dòng) 509
18.2.1 分析頭文件 510
18.2.2 分析核心文件input.c 513
18.2.3 分析event機(jī)制 527
18.3 分析硬件抽象層 530
18.3.1 分析文件KeycodeLabels.h 530
18.3.2 分析文件KeyCharacterMap.h 534
18.3.3 分析Kl格式文件 535
18.3.4 分析KCM格式文件 536
18.3.5 分析文件EventHub.cpp 536
第 19章 音頻系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)
19.1 音頻系統(tǒng)基礎(chǔ) 541
19.2 分析音頻系統(tǒng)的層次 542
19.2.1 層次說明 543
19.2.2 Media庫中的Audio框架 543
19.2.3 本地代碼 545
19.2.4 分析JNI代碼 548
19.2.5 Java層代碼簡(jiǎn)介 549
19.3 移植Audio系統(tǒng)的工作 549
19.3.1 我們的工作 549
19.3.2 分析硬件抽象層 550
19.3.3 分析AudioFlinger中的Audio硬件抽象層的實(shí)現(xiàn) 551
19.3.4 真正實(shí)現(xiàn)Audio硬件抽象層 556
19.4 在MSM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)Audio驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 557
19.4.1 實(shí)現(xiàn)Audio驅(qū)動(dòng)程序 557
19.4.2 實(shí)現(xiàn)硬件抽象層 558
第 20章 視頻輸出系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)
20.1 視頻輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 562
20.2 需要移植的部分 564
20.3 分析硬件抽象層 564
20.3.1 Overlay系統(tǒng)硬件抽象層的接口 564
20.3.2 實(shí)現(xiàn)Overlay系統(tǒng)的硬件抽象層 566
20.3.3 實(shí)現(xiàn)接口 567
20.4 實(shí)現(xiàn)Overlay硬件抽象層 568
第 21章 振動(dòng)器系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)
21.1 振動(dòng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 571
21.2 分析硬件抽象層 572
21.3 分析JNI層部分 574
21.4 分析Java層部分 575
21.5 實(shí)現(xiàn)移植工作 578
21.5.1 移植振動(dòng)器驅(qū)動(dòng)程序 578
21.5.2 實(shí)現(xiàn)硬件抽象層 579
21.6 在MSM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)器驅(qū)動(dòng) 580
第 22章 傳感器系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)
22.1 傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 583
22.2 分析需要移植的內(nèi)容 585
22.2.1 移植驅(qū)動(dòng)程序 585
22.2.2 移植硬件抽象層 586
22.2.3 實(shí)現(xiàn)上層部分 587
22.3 在模擬器中實(shí)現(xiàn)傳感器驅(qū)動(dòng) 591
第 23章 照相機(jī)系統(tǒng)
23.1 Camera系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 596
23.2 分析需要移植的內(nèi)容 598
23.3 移植和調(diào)試 599
23.3.1 V4L2驅(qū)動(dòng)程序 599
23.3.2 硬件抽象層 605
23.4 實(shí)現(xiàn)Camera系統(tǒng)的硬件抽象層 609
23.4.1 Java程序部分 609
23.4.2 Camera的Java本地調(diào)用部分 610
23.4.3 Camera的本地庫libui.so 610
23.4.4 Camera服務(wù)libcameraservice.so 611
第 24章 Wi-Fi系統(tǒng)、藍(lán)牙系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)
24.1 Wi-Fi系統(tǒng) 616
24.1.1 Wi-Fi系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 616
24.1.2 分析需要移植的內(nèi)容 618
24.1.3 分析本地實(shí)現(xiàn) 618
24.1.4 分析JNI層 621
24.1.5 分析Java FrameWork層 623
24.1.6 分析Setting中的Wi-Fi設(shè)置 624
24.2 藍(lán)牙系統(tǒng) 625
24.2.1 藍(lán)牙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 625
24.2.2 分析需要移植的內(nèi)容 627
24.2.3 分析驅(qū)動(dòng)程序 628
24.2.4 分析本地代碼 628
24.2.5 在MSM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 630
24.3 定位系統(tǒng) 631
24.3.1 分析定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 631
24.3.2 分析需要移植的內(nèi)容 633
24.3.3 分析驅(qū)動(dòng)程序 633
24.3.4 分析硬件抽象層 633
24.3.5 分析上層應(yīng)用部分 635