架构

Android 系统架构包含以下组件:

图 1. Android 系统架构
  • 应用框架。应用框架最常被应用开发者使用。作为硬件开发者,您应该非常了解开发者 API,因为很多此类 API 都可以直接映射到底层 HAL 接口,并可提供与实现驱动程序相关的实用信息。
  • Binder IPC。Binder 进程间通信 (IPC) 机制允许应用框架跨越进程边界并调用 Android 系统服务代码,这使得高级框架 API 能与 Android 系统服务进行交互。在应用框架级别,开发者无法看到此类通信的过程,但一切似乎都在“按部就班地运行”。
  • 系统服务。系统服务是专注于特定功能的模块化组件,例如窗口管理器、搜索服务或通知管理器。 应用框架 API 所提供的功能可与系统服务通信,以访问底层硬件。Android 包含两组服务:“系统”(诸如窗口管理器和通知管理器之类的服务)和“媒体”(与播放和录制媒体相关的服务)。
  • 硬件抽象层 (HAL)。HAL 可定义一个标准接口以供硬件供应商实现,这可让 Android 忽略较低级别的驱动程序实现。借助 HAL,您可以顺利实现相关功能,而不会影响或更改更高级别的系统。HAL 实现会被封装成模块,并会由 Android 系统适时地加载。有关详情,请参阅硬件抽象层 (HAL) 一文。
  • Linux 内核。开发设备驱动程序与开发典型的 Linux 设备驱动程序类似。Android 使用的 Linux 内核版本包含几个特殊的补充功能,例如:Low Memory Killer(一种内存管理系统,可更主动地保留内存)、唤醒锁定(一种 PowerManager 系统服务)、Binder IPC 驱动程序以及对移动嵌入式平台来说非常重要的其他功能。这些补充功能主要用于增强系统功能,不会影响驱动程序开发。您可以使用任意版本的内核,只要它支持所需功能(如 Binder 驱动程序)即可。不过,我们建议您使用 Android 内核的最新版本。有关详情,请参阅编译内核一文。

HAL 接口定义语言 (HIDL)

Android 8.0 重新设计了 Android 操作系统框架(在一个名为“Treble”的项目中),以便让制造商能够以更低的成本更轻松、更快速地将设备更新到新版 Android 系统。在这种新架构中,HAL 接口定义语言(HIDL,发音为“hide-l”)指定了 HAL 和其用户之间的接口,让用户能够替换 Android 框架,而无需重新编译 HAL。

利用新的供应商接口,HIDL 将供应商实现(由芯片制造商编写的设备专属底层软件)与 Android 操作系统框架分离开来。供应商或 SOC 制造商构建一次 HAL,并将其放置在设备的 /vendor 分区中;框架可以在自己的分区中通过无线下载 (OTA) 更新进行替换,而无需重新编译 HAL。

旧版 Android 架构与当前基于 HIDL 的架构的区别在于对供应商接口的使用:

  • Android 7.x 及更早版本中没有正式的供应商接口,因此设备制造商必须更新大量 Android 代码才能将设备更新到新版 Android 系统:

    图 2. 旧版 Android 更新环境
  • Android 8.0 及更高版本提供了一个稳定的新供应商接口,因此设备制造商可以访问 Android 代码中特定于硬件的部分,这样一来,设备制造商只需更新 Android 操作系统框架,即可跳过芯片制造商直接提供新的 Android 版本:

    图 3. 当前 Android 更新环境

所有搭载 Android 8.0 及更高版本的新设备都可以利用这种新架构。为了确保供应商实现的前向兼容性,供应商接口会由供应商测试套件 (VTS) 进行验证,该套件类似于兼容性测试套件 (CTS)。您可以使用 VTS 在旧版 Android 架构和当前 Android 架构中自动执行 HAL 和操作系统内核测试。

架构资源

要详细了解 Android 架构,请参阅以下部分:

  • HAL 类型:提供了关于绑定式 HAL、直通 HAL、Same-Process (SP) HAL 和旧版 HAL 的说明。
  • HIDL(一般信息):包含与 HAL 和其用户之间的接口有关的一般信息。
  • HIDL (C++):包含关于为 HIDL 接口创建 C++ 实现的详情。
  • HIDL (Java):包含关于 HIDL 接口的 Java 前端的详情。
  • ConfigStore HAL:提供了关于可供访问用于配置 Android 框架的只读配置项的 API 的说明。
  • 设备树叠加层:提供了关于在 Android 中使用设备树叠加层 (DTO) 的详情。
  • 供应商原生开发套件 (VNDK):提供了关于一组可供实现供应商 HAL 的供应商专用库的说明。
  • 供应商接口对象 (VINTF):提供了关于收集设备的相关信息并通过可查询 API 提供这些信息的对象的说明。
  • SELinux for Android 8.0:提供了关于 SELinux 变更和自定义的详情。