HIDL

HAL 接口定义语言(简称 HIDL,发音为“hide-l”)是用于指定 HAL 和其用户之间的接口的一种接口描述语言 (IDL)。HIDL 允许指定收集到接口和软件包的类型和方法调用。从更广泛的意义上来说,HIDL 是用于在可以独立编译的代码库之间进行通信的系统。

HIDL 旨在用于进程间通信 (IPC)。进程之间的通信采用 Binder 机制。对于必须与进程相关联的代码库,还可以使用直通模式(在 Java 中不受支持)。

HIDL 可指定数据结构和方法签名,系统会将这些内容整理归类到接口(与类相似)中,而将接口汇集到软件包中。尽管 HIDL 具有一系列不同的关键字,但 C++ 和 Java 程序员对 HIDL 的语法并不陌生。此外,HIDL 还使用 Java 样式的注释。

HIDL 设计

HIDL 的目标是,可以在无需重新构建 HAL 的情况下替换框架。HAL 将由供应商或 SOC 制造商构建,并放置在设备的 /vendor 分区中,这样一来,就可以在其自己的分区中通过 OTA 替换框架,而无需重新编译 HAL。

HIDL 设计在以下方面之间保持了平衡:

  • 互操作性。在可以使用各种架构、工具链和构建配置来编译的进程之间创建可互操作的可靠接口。HIDL 接口带有版本编号,发布后无法再进行更改。
  • 效率。HIDL 会尝试尽可能减少复制操作的次数。HIDL 定义的数据以 C++ 标准布局数据结构传递至 C++ 代码,无需解压,可直接使用。此外,HIDL 还提供共享内存接口;由于 RPC 本身有点慢,因此 HIDL 支持两种无需使用 RPC 调用的数据传输方法:共享内存和快速消息队列 (FMQ)。
  • 直观。通过仅针对 RPC 使用 in 参数,HIDL 避开了内存所有权这一棘手问题(请参阅 Android 接口定义语言 (AIDL));无法通过相应方法高效返回的值将通过回调函数返回。无论是将数据传递到 HIDL 中以进行传输,还是从 HIDL 接收数据,都不会改变数据的所有权,也就是说,数据所有权始终属于调用函数。数据仅需要在函数被调用期间保留,并且可在被调用的函数返回数据后立即清除。

使用直通模式

要将运行早期版本的 Android 的设备更新为使用 Android O,您可以将传统(和旧版)HAL 封装在一个新 HIDL 接口中,该接口将在绑定式模式和同进程(直通)模式下提供 HAL。这种封装对于 HAL 和 Android 框架来说都是透明的。

直通模式仅适用于 C++ 客户端和实现。运行早期版本的 Android 的设备没有用 Java 编写的 HAL,因此 Java HAL 本质上经过 Binder 化。

编译 .hal 文件时,除用于 Binder 通信的头文件之外,hidl-gen 还会生成一个额外的直通式头文件 BsFoo.h;此头文件定义了要执行 dlopen 操作的函数。由于直通式 HAL 会在调用它们的同一进程中运行,因此在大多数情况下,直通方法由直接函数调用(同一线程)调用。oneway 方法在自身的线程中运行,因为它们不需要等待 HAL 来处理它们(这意味着,在直通模式下使用 oneway 方法的所有 HAL 必须满足线程安全要求)。

如果有一个 IFoo.halBsFoo.h 会封装 HIDL 生成的方法,以提供额外的功能(例如使 oneway 事务在其他线程中运行)。该文件类似于 BpFoo.h,但是,所需函数是直接调用的,而不是使用 Binder 传递来调用 IPC。未来,HAL 的实现可能会提供多种实现结果,例如 FooFast HAL 和 FooAccurate HAL。在这种情况下,系统会针对每种额外的实现结果创建一个文件(例如 PTFooFast.cppPTFooAccurate.cpp)。

Binder 化直通式 HAL

您可以将支持直通模式的 HAL 实现 Binder 化。如果有一个 HAL 接口 a.b.c.d@M.N::IFoo,系统会创建两个软件包:

  • a.b.c.d@M.N::IFoo-impl。该软件包包含 HAL 的实现,并提供函数 IFoo* HIDL_FETCH_IFoo(const char* name)。在旧版设备上,此软件包经过 dlopen 处理,且实现使用 HIDL_FETCH_IFoo 进行了实例化。您可以使用 hidl-gen-Lc++-impl-Landroidbp-impl 生成基础代码。
  • a.b.c.d@M.N::IFoo-service。打开直通式 HAL,并将其自身注册为 Binder 化服务,从而使同一 HAL 实现能够同时以直通模式和 Binder 化模式使用。

如果有一个类型 IFoo,您可以调用 sp<IFoo> IFoo::getService(string name, bool getStub),以获取对 IFoo 实例的访问权限。如果 getStub 为 True,则 getService 会尝试仅在直通模式下打开 HAL。如果 getStub 为 False,则 getService 会尝试查找 Binder 化服务;如果未找到,则它会尝试查找直通式服务。除了在 defaultPassthroughServiceImplementation 中,其余情况一律不得使用 getStub 参数。(搭载 Android O 的设备是完全 Binder 化的设备,因此不得在直通模式下打开服务。)

HIDL 语法

根据设计,HIDL 语言与 C 语言类似(但前者不使用 C 预处理器)。下面未描述的所有标点符号(用途明显的 =| 除外)都是语法的一部分。

注意:有关 HIDL 代码样式的详细信息,请参阅代码样式指南

  • /** */ 表示文档注释。此样式只能应用于类型、方法、字段和枚举值声明。
  • /* */ 表示多行注释。
  • // 表示注释一直持续到行尾。除 // 之外,换行符与任何其他空格一样。
  • 在以下示例语法中,从 // 到行尾的文本不是语法的一部分,而是对语法的注释。
  • [empty] 表示该字词可能为空。
  • ? 跟在文本或字词后,表示它是可选的。
  • ... 表示包含零个或多个项、使用指定的分隔符号分隔的序列。HIDL 中不含可变参数。
  • 逗号用于分隔序列元素。
  • 分号用于终止各个元素,包括最后的元素。
  • 大写字母是非终止符。
  • italics 是一个令牌系列,如 integeridentifier(标准 C 解析规则)。
  • constexpr 是 C 样式的常量表达式(例如 1 + 11L << 3)。
  • import_name 是软件包或接口名称,按 HIDL 版本编号中所述的方式加以限定。
  • 小写 words 是文本令牌。

例如:

    ROOT =
        PACKAGE IMPORTS PREAMBLE { ITEM ITEM ... }  // not for types.hal
      | PACKAGE IMPORTS ITEM ITEM...  // only for types.hal; no method definitions

    ITEM =
        ANNOTATIONS? oneway? identifier(FIELD, FIELD ...) GENERATES?;
      |  safe_union identifier { UFIELD; UFIELD; ...};
      |  struct identifier { SFIELD; SFIELD; ...};  // Note - no forward declarations
      |  union identifier { UFIELD; UFIELD; ...};
      |  enum identifier: TYPE { ENUM_ENTRY, ENUM_ENTRY ... }; // TYPE = enum or scalar
      |  typedef TYPE identifier;

    VERSION = integer.integer;

    PACKAGE = package android.hardware.identifier[.identifier[...]]@VERSION;

    PREAMBLE = interface identifier EXTENDS

    EXTENDS = <empty> | extends import_name  // must be interface, not package

    GENERATES = generates (FIELD, FIELD ...)

    // allows the Binder interface to be used as a type
    // (similar to typedef'ing the final identifier)
    IMPORTS =
       [empty]
      |  IMPORTS import import_name;

    TYPE =
      uint8_t | int8_t | uint16_t | int16_t | uint32_t | int32_t | uint64_t | int64_t |
     float | double | bool | string
    |  identifier  // must be defined as a typedef, struct, union, enum or import
                   // including those defined later in the file
    |  memory
    |  pointer
    |  vec<TYPE>
    |  bitfield<TYPE>  // TYPE is user-defined enum
    |  fmq_sync<TYPE>
    |  fmq_unsync<TYPE>
    |  TYPE[SIZE]

    FIELD =
       TYPE identifier

    UFIELD =
       TYPE identifier
      |  safe_union identifier { FIELD; FIELD; ...} identifier;
      |  struct identifier { FIELD; FIELD; ...} identifier;
      |  union identifier { FIELD; FIELD; ...} identifier;

    SFIELD =
       TYPE identifier
      |  safe_union identifier { FIELD; FIELD; ...};
      |  struct identifier { FIELD; FIELD; ...};
      |  union identifier { FIELD; FIELD; ...};
      |  safe_union identifier { FIELD; FIELD; ...} identifier;
      |  struct identifier { FIELD; FIELD; ...} identifier;
      |  union identifier { FIELD; FIELD; ...} identifier;

    SIZE =  // Must be greater than zero
         constexpr

    ANNOTATIONS =
         [empty]
      |  ANNOTATIONS ANNOTATION

    ANNOTATION =
      |  @identifier
      |  @identifier(VALUE)
      |  @identifier(ANNO_ENTRY, ANNO_ENTRY  ...)

    ANNO_ENTRY =
         identifier=VALUE

    VALUE =
         "any text including \" and other escapes"
      |  constexpr
      |  {VALUE, VALUE ...}  // only in annotations

    ENUM_ENTRY =
         identifier
      |  identifier = constexpr
    

术语

本部分使用的 HIDL 相关术语如下:

Binder 化 表示 HIDL 用于进程之间的远程过程调用,并通过类似 Binder 的机制来实现。另请参阅“直通式”。
异步回调 由 HAL 用户提供、传递给 HAL(通过 HIDL 方法)并由 HAL 调用以随时返回数据的接口。
同步回调 将数据从服务器的 HIDL 方法实现返回客户端。不用于返回无效值或单个原始值的方法。
客户端 调用特定接口的方法的进程。HAL 进程或框架进程可以是一个接口的客户端和另一个接口的服务器。另请参阅“直通式”。
扩展 表示向另一个接口添加方法和/或类型的接口。一个接口只能扩展另一个接口。可用于具有相同软件包名称的次要版本递增,也可用于在旧软件包的基础上构建的新软件包(例如,供应商扩展)。
生成 表示将值返回客户端的接口方法。要返回一个非原始值或多个值,则会生成同步回调函数。
接口 方法和类型的集合。可转换为 C++ 或 Java 中的类。接口中的所有方法均按同一方向调用:客户端进程会调用由服务器进程实现的方法。
单向 应用于 HIDL 方法时,表示该方法既不返回任何值也不会造成阻塞。
软件包 共用一个版本的接口和数据类型的集合。
直通式 HIDL 的一种模式,使用这种模式时,服务器是共享库,由客户端进行 dlopen 处理。在直通模式下,客户端和服务器是相同的进程,但代码库不同。此模式仅用于将旧版代码库并入 HIDL 模型。另请参阅“Binder 化”。
服务器 实现接口的方法的进程。另请参阅“直通式”。
传输 在服务器和客户端之间移动数据的 HIDL 基础架构。
版本 软件包的版本。由两个整数组成:主要版本和次要版本。次要版本递增可以添加(但不会更改)类型和方法。