Android硬件访问服务-Service

Android有四大组件：
一、Activity
二、Service
三、Broadcast Receiver
四、Content Provider

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Service是Android中一个类，它是Android四大组件之一，使用Service可以在后台执行长时间的操作（ perform long-running operations in the background ），Service并不与用户产生UI交互。其他的应用组件可以启动Service，即便用户切换了其他应用，启动的Service仍可在后台运行。一个组件可以与Service绑定并与之交互，甚至是跨进程通信（IPC）。例如，一个Service可以在后台执行网络请求、播放音乐、执行文件读写操作或者与 content provider交互 等。

由于上一章JNI直接访问硬件可能导致多个应用同时访问一个驱动，就可能导致驱动出现问题，所以我们可以只让一个应用程序来访问硬件，这个应用程序成为“SystemServer”，APP有应用请求统一发给它，由它统一管理所有的service。而我们这章的目的也是建立一个led service。

SystemServer使用java写的，访问硬件只能用C，所以中间也需要使用JNI。
SystemServer的源码在android目录下：
frameworks\base\services\java\com\android\server\SystemServer.java

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这里先概述一下SystemServer的过程：

1. 通过LoadLibrary来加载C库,
2. C库的JNI_Onload函数里面注册本地方法，分别调用各个硬件的函数来注册本地方法，比如LED、振动器、串口等等
3. SystemServer：对每个硬件addService(Server里面有很多个Service，由Server提供Service)，每个硬件都需构造Service(即注册本地方法)
4. APP使用：
   首先获得服务：get Service
   然后使用服务：执行Service方法

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SystemServer源码解析：
文件：SystemServer.java
SystemServer在源码中是一个类，里面实现了很多类方法，以Vibrator这个service作为参考例子，模仿写一个led service，我们从main这个方法开始解析

• Main()
  – SystemServer().run()
  -----System.loadLibrary(“android_servers”)—>初始化native service，即加载C库，对应文件是 onload.cpp,里面有JNI_OnLoad,用于注册本地方法
  --------Register_android_server_VibratorService(env)—>对应com_ android_server_VibratorService(对应文件名),里面负责实现native方法
  -----StartOtherServices()—>里面定义了各种service—>new VibratorService—>addService

想要APP能使用service需要注册添加各种service进service_manager.c，然后通过getService来获取接口，自己添加的驱动就需要在这里面addService，最上面那副图中的几个进程都会涉及到Binder driver，这个驱动程序并不是内核自带的，而是google公司对linux内核做的修改，添加的一个驱动程序，它可以实现更加高效的进程间通信。

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接下来以代码的形式描述一下上面的整个过程，从APP—>server—>service—>JNI（其实应该还有个HAL，但这章主要描述service的建立过程，HAL放到下一章讲）。

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整个过程文字描述如下：

1. 实现一个aidl(Android接口定义语言)文件，写出这个文件后用Android系统里面的编译命令让它帮我们自动生成那个ILedService.java(接口)文件，怎么写参考源码目录framework里面的振动器代码(IVibratorService.aidl，位于frameworks目录)，这个aidl文件位于源码目录下的frameworks/base/core/java/android/os，然后修改它的Android.mk (位于frameworks/base/)，vi Android.mk，全局搜索关键字“Virbrator”可以找到相应的aidl文件定义，添加上我们自己的Led(core/ java/android/os /ILedService.aidl)文件即可，修改完后在目录(frameworks/base/)下执行mmm .(mmm <目录名>)命令，可能会遇到报错(mmm: command not found)，在android源码目录下执行“. build/envsetup.sh”即可解决，执行mmm .后系统会帮我们自动生成ILedService.java文件。编译成功后在out目录下搜索“find –name “ILedService.java””可以找到相应生成的java接口文件

2. 实现LedService.java
   里面主要实现调用我们定义的本地方法然后修改SystemServer.java把这个service添加进去，之后APP就可以通过getService获得LedService从而操作LED了

3. 实现com_android_server_LedService.cpp
   上面LedService.java的方法都是由这个文件来实现的，即JNI的相关代码，主要将数组里面的方法注册到LedService这个方法里面，并修改Onload.cpp将这个注册函数添加进去

4. APP使用
   ILedService iLedService;
   iLedService = ILedService.Stub.asInterface(ServiceManager.getService(“led”));
   iLedService.ledCtrl(0, 1);

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整个过程代码描述如下：

（1） AIDL

1. 把 ILedService.aidl 放入 frameworks/base/core/java/android/os
aidl代码如下：	

package android.os;
	
	/** {@hide} */
	interface ILedService
	{
		int ledCtrl(int which, int status);
	}

2. 修改 frameworks/base/Android.mk  添加一行
         core/java/android/os/IVibratorService.aidl \
+        core/java/android/os/ILedService.aidl \

3. mmm frameworks/base(这里需要在源码根目录先运行. build/envsetup.sh)

4. 它会生成: ./out/target/common/obj/JAVA_LIBRARIES/framework_intermediates/src/core/java/android/os/ILedService.java

5. ILedService.java里面定义了ledCtrl，我们需要去实现这个方法

（2） Server

实现：LedService.java

非常简单，就是提供native方法，这些方法最后需要我们写JNI代码去实现，代码如下：

package com.android.server;

import android.os.ILedService;


/* defind a LedService class */
public class LedService extends ILedService.Stub {
    private static final String TAG = "LedService";

	/* call native c function to access hardware */
	public int ledCtrl(int which, int status) throws android.os.RemoteException
	{
		return native_ledCtrl(which, status);/* this is a native method */

	}

	public LedService(){
		native_ledOpen();
		
	}
	
	public static native int native_ledCtrl(int which, int status);
	
	public static native int native_ledOpen();
	
	public static native void native_ledClose();
}

把写好的service上传到服务器编译，上传到目录：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/LedService.java

由于添加了新的service，所以我们需要去修改下SystemServer.java，参考vibrator的这个service写即可，添加如下代码到startOtherServices：

Slog.i(TAG, "Led Service");
			ServiceManager.addService("led", new LedService());//The 'new' can call LedService Constructor

修改完后重新上传至：
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

这里我们不需要去修改 frameworks/base/services/core/Android.mk
因为它的内容里已经把该目录下所有JAVA文件自动包含进去了，后面编译会自动重新加载这两个java文件：

LOCAL_SRC_FILES += \
    $(call all-java-files-under,java)

（3） JNI

实现：com_android_server_LedService.cpp

上面LedService.java的方法都是由这个文件来实现的，即JNI的相关代码，主要将数组里面的方法注册到LedService这个方法里面，并修改Onload.cpp将这个注册函数添加进去，代码如下：

#define LOG_TAG "LedService"

#include "jni.h"
#include "JNIHelp.h"
#include "android_runtime/AndroidRuntime.h"

#include <utils/misc.h>
#include <utils/Log.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>


namespace android
{
	static jint fd;

	jint ledOpen(JNIEnv *env, jobject cls)
	{
		fd = open("/dev/leds_node", O_RDWR);//打开设备LED节点
		ALOGI("native ledOpen : %d", fd);
		if (fd >= 0)
			return 0;
		else
			return -1;
	}
	
	   
	void ledClose(JNIEnv *env, jobject cls)
	{
	  ALOGI("native ledClose ...");
	  close(fd);
	}

	jint ledCtrl(JNIEnv *env, jobject cls, jint which, jint status)
	{
		int ret = ioctl(fd, which, status);//给设备节点传输控制信息
		ALOGI("native ledCtrl : %d, %d, %d", which, status, ret);
		return ret;
	}

	/* 定义JNI字段描述符 */
	static const JNINativeMethod methods[] = {//定义一个映射数组
		{"native_ledOpen", "()I", (void *)ledOpen},//对应c语言的ledOpen,这个函数没有参数,返回值是int类型
		{"native_ledClose", "()V", (void *)ledClose},//对应c语言的ledClose,这个函数没有参数,返回值是void类型
		{"native_ledCtrl", "(II)I", (void *)ledCtrl},//对应c语言的ledCtrl,这个函数有两个int参数,返回值是int类型
	};
		
	int register_android_server_LedService(JNIEnv *env)
	{
		//注册方法
		return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/LedService",
				methods, NELEM(methods));
	}
}

onload.cpp添加如下代码：

namespace android {
	........
	int register_android_server_LedService(JNIEnv* env);
}
extern "C" jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
	........
	register_android_server_LedService(env);
}

把新文件上传到服务器, 所在目录:
frameworks/base/services/core/jni/onload.cpp
frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_LedService.cpp

修改 frameworks/base/services/core/jni/Android.mk :

• $(LOCAL_REL_DIR)/com_android_server_LedService.cpp

编译：
mmm frameworks/base/services
make snod

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修改APP使用Service(此APP基于上一章“Android硬件访问服务-JNI”)

原来我们使用HardConrtol这个在JNI里面定义的类来访问，现在我们可以直接使用service来访问
首先在工程的MainActivity.java里面导入：

import android.os.ILedService;
import android.os.ServiceManger;

在MainActivity这个类里面添加如下：

/* 定义一个Service成员 */
private ILedService iLedService = null;

在OnCreate函数里面给service赋值，并且去掉之前的HardControl.ledopen()函数

/* 给service赋值*/
iLedService = ILedService.Stub.asInterface(ServiceManager.getService(“led”));

Ctrl+R将所有的hardcontrol替换为ILedService

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工程中需要包含什么：
在linux系统下Android源码目录使用指令：mmm frameworks/base show commands > log.txt 2>&1可以看到aidl文件修改后会涉及哪些文件，从这个文件里面我们可以看出最后会生成一个framework.jar文件，由于我们的ledservice是一个隐藏类(使用/** {@hide} */关键字描述的部分)，所以我们是不是需要导入这个framework.jar呢？经搜索后发现我们应该导入classes.jar文件，因为framework.jar文件是dex格式文件，我们的android运行的程序并不是原原本本的java程序，它是把这些java目标文件转换为了dex格式的文件，dex文件是对java文件做了一些优化
jar文件目录：out/target/common/obj/JAVA_LIBRARIES/framework_intermediates/classes.jar

Android studio软件打开File->Project Structure ->左上角的’+’号添加->import .JAR->找到classed.jar文件导入->打开Modules下app的Dependencies->右边‘+’号添加classes即可，如下图

在build.gradle(Module.app)里面添加如下几项：

android {
.......
	defaultConfig {
		....
        multiDexEnabled true
    }
    dexOptions{
        javaMaxHeapSize "4g"
    }
.......
}

dependencies {
	....
    compile project(':classes')
}

在AndroidManifest.xml文件里面的“application”添加如下

<manifest .....>

    <application
        android:name = "android.support.multidex.MultiDexApplication"
        ......
    </application>

</manifest>

解决以上编译错误的参考文章如下(大部分网址需要翻墙访问)：

How do I build the Android SDK with hidden and internal APIs available?
http://stackoverflow.com/questions/7888191/how-do-i-build-the-android-sdk-with-hidden-and-internal-apis-available

Creating a module library and adding it to module dependencies
https://www.jetbrains.com/idea/help/configuring-module-dependencies-and-libraries.html

java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
Android Studio Google jar causing GC overhead limit exceeded error
http://stackoverflow.com/questions/25013638/android-studio-google-jar-causing-gc-overhead-limit-exceeded-error

Too many field references
Building Apps with Over 65K Methods
https://developer.android.com/tools/building/multidex.html