gsensor架構和原理分析 .

本文主要描述了在android2.3平台G-sensor相關軟硬體的體系架構和實作原理，按照Applications、Framework、HAL、Driver和Hardware五大層次分别介紹。

1.系統架構 (Architecture)

1.1 Android體系架構圖

1.2 Sensor子系統架構圖

· Application Framework

Sensor應用程式通過Sensor應用架構來擷取sensor資料，應用架構層的Sensor Manager通過JNI與C++層進行通信。

· Sensor Libraries

Sensor中間層主要由Sensor Manager、Sensor service和Sensor硬體抽象層組成。

· Input Subsystem

通用的Linux輸入架構專為與鍵盤、滑鼠和觸摸屏等輸入裝置而設計，并定義了一套标準事件集合。Sensor輸入子系統采用采用了通用的Linux輸入架構，它通過/sys/class/input節點和使用者空間進行互動。

· Event Dev

Evdev提供了一種通路/dev/input/eventX輸入裝置事件的通用方法。

· AccelerometerDriver

此驅動通過SIRQ和I2C總線與MMA7660模組進行通信。SIRQ用來産生傳感器事件中斷。

2 應用 (Applications)

2.1 應用開發五步曲

（1）擷取傳感器管理器對象；

mSensorManager =(SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

（2）擷取傳感器對象；

mSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);

（3）定義事件監聽器；

mEventListener =new SensorEventListener() {

[java] view plaincopyprint?

@Override
publicvoid onSensorChanged(SensorEvent event) {
float[] values = event.values;
mTextView.setText("Accelerometer:" + values[0] +", "
+ values[1] +", " + values[2]);
}
publicvoidonAccuracyChanged(Sensor sensor,int accuracy) {

          
           @Override
           publicvoid onSensorChanged(SensorEvent event) {
              float[] values = event.values;
              mTextView.setText("Accelerometer:" + values[0] +", "
                     + values[1] +", " + values[2]);
           }
 
           @Override
           publicvoidonAccuracyChanged(Sensor sensor,int accuracy) {
           }
       };

（4）注冊事件監聽器；

protectedvoid onResume() {

super.onResume();
mSensorManager.registerListener(mEventListener, mSensor,
SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

       super.onResume();
      
       mSensorManager.registerListener(mEventListener, mSensor,
              SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
    }

（5）解除安裝事件監聽器；

protectedvoid onPause() {

super.onPause();
mSensorManager.unregisterListener(mEventListener);

       super.onPause();
      
       mSensorManager.unregisterListener(mEventListener);
    }

3 架構 (Framework)

3.1 工作模型

3.1.1 SensorManager的建立

nativeClassInit(): 初始化Native類資訊；

sensors_module_init(): 建立Native SensorManager執行個體，從SensorService讀取Sensor裝置清單；

sensors_module_get_next_sensor(): 從SensorService讀取下一個Sensor裝置；

3.1.2 SensorThread資料接收處理

sensors_create_queue(): 建立和SensorService共享的消息隊列；

sensors_data_poll(): 從消息隊列中讀取SensorService發過來的消息；

3.1.3 SensorService的工作原理

SensorDevice::poll(): 調用HAL接口讀取資料；

SensorEventConnection::sendEvents(): 往消息隊列中寫入消息，SensorThread後續會讀取該消息；

3.1.4 SensorDevice對HAL的通路

4 硬體抽象層 (HAL)

在linux作業系統中，應用同硬體之間的互動都是通過裝置驅動來實作，Android系統為了降低應用開發人員開發難度，屏蔽硬體差異，定義出硬體抽象層，為開發人員提供擷取各種裝置相關的資訊的接口。

4.1 Sensors HAL關鍵流程

4.1.1 打開Sensor裝置

SensorBase ::openInput() : 打開input子系統的sensor消息檔案句柄；

ioctl(EVIOCGABS(...)) : 擷取ABS_X/ABS_Y/ABS_Z的加速度；

4.1.2 輪循Sensor事件

InputEventCircularReader::fill(): 調用read()從input子系統中讀取事件放入環形緩沖區；

InputEventCircularReader::readEvent(): 從環形緩沖區中讀取事件；

InputEventCircularReader::next(): 移動環形緩沖區目前指針；

5.2 Sensors HAL關鍵資料結構

5.2.1 sensors_module_t

[cpp] view plaincopyprint?

struct sensors_module_t {
struct hw_module_t common;
/**
* Enumerate all available sensors. The list is returned in "list".
* @return number of sensors in the list
*/
int (*get_sensors_list)(struct sensors_module_t* module,
struct sensor_t const** list);
};

struct sensors_module_t {
    struct hw_module_t common;

    /**
     * Enumerate all available sensors. The list is returned in "list".
     * @return number of sensors in the list
     */
    int (*get_sensors_list)(struct sensors_module_t* module,
            struct sensor_t const** list);
};

hw_get_module()會加載HAL子產品，并傳回HAL入口資料結構(hw_module_t)。HAL_MODULE_INFO_SYM預設是“HAL”，在hw_get_module中用dlsym擷取。

const struct sensors_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
.common = {
.tag = HARDWARE_MODULE_TAG,
.version_major = 1,
.version_minor = 0,
.id = SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID,
.name = "MMA7660 Sensors Module",
.author = "The Android Open Source Project",
.methods = &sensors_module_methods,
},
.get_sensors_list = sensors__get_sensors_list

const struct sensors_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
    .common = {
        .tag = HARDWARE_MODULE_TAG,
        .version_major = 1,
        .version_minor = 0,
        .id = SENSORS_HARDWARE_MODULE_ID,
        .name = "MMA7660 Sensors Module",
        .author = "The Android Open Source Project",
        .methods = &sensors_module_methods,
    },
    .get_sensors_list = sensors__get_sensors_list
};

5.2.2 hw_module_methods_t

static struct hw_module_methods_t sensors_module_methods = {

.open = open_sensors

    .open = open_sensors
};

5.2.3 sensors_poll_context_t

struct sensors_poll_context_t {
struct sensors_poll_device_t device; // must be first
sensors_poll_context_t();
~sensors_poll_context_t();
int activate(int handle, int enabled);
int setDelay(int handle, int64_t ns);
int pollEvents(sensors_event_t* data, int count);
int handleToDriver(int handle);

struct sensors_poll_context_t {
    struct sensors_poll_device_t device; // must be first
    sensors_poll_context_t();
    ~sensors_poll_context_t();
    int activate(int handle, int enabled);
    int setDelay(int handle, int64_t ns);
    int pollEvents(sensors_event_t* data, int count);
    int handleToDriver(int handle);
};

5.2.4 sensors_poll_device_t

struct sensors_poll_device_t {
struct hw_device_t common;
int (*activate)(struct sensors_poll_device_t *dev,
int handle, int enabled);
int (*setDelay)(struct sensors_poll_device_t *dev,
int handle, int64_t ns);
int (*poll)(struct sensors_poll_device_t *dev,
sensors_event_t* data, int count);

struct sensors_poll_device_t {
struct hw_device_t common;

    int (*activate)(struct sensors_poll_device_t *dev,
            int handle, int enabled);

    int (*setDelay)(struct sensors_poll_device_t *dev,
            int handle, int64_t ns);

    int (*poll)(struct sensors_poll_device_t *dev,
            sensors_event_t* data, int count);
};

5.2.5 sensor_t

定義傳感器的基本參數。

static const struct sensor_t sSensorList[] = {
{ "MMA7660 3-axis Accelerometer",
"Freescale Semiconductor",
1, SENSORS_HANDLE_BASE+ID_A,
SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER, 3.0f*9.81f, (3.0f*9.81f)/64.0f, 0.35f, 0, { } },

static const struct sensor_t sSensorList[] = {
        { "MMA7660 3-axis Accelerometer",
                "Freescale Semiconductor",
                1, SENSORS_HANDLE_BASE+ID_A,
                SENSOR_TYPE_ACCELEROMETER, 3.0f*9.81f, (3.0f*9.81f)/64.0f, 0.35f, 0, { } },
};

struct sensor_t {
const char* name;
const char* vendor;
int version;
int handle;
int type;
float maxRange;
float resolution;
float power;
int32_t minDelay;
void* reserved[8];

struct sensor_t {
    const char*     name;
    const char*     vendor; 
    int             version;
    int             handle;
    int             type;
    float           maxRange;
    float           resolution;
    float           power;
    int32_t         minDelay;
    void*           reserved[8];
};

6 驅動 (driver)

6.1 mma7660驅動架構

mma7660與主機通信是通過I2C接口，是以mma7660驅動程式采用Linux系統的I2C子系統架構來實作，主要由3部分組成：

(1) I2C核心

I2C核心提供了I2C總線驅動和裝置驅動的注冊、登出方法，I2C通信方法(即“algorithm”)上層的、與具體擴充卡無關的代碼以及探測裝置、檢測裝置位址的上層代碼等。這部分是與平台無關的。

此部分在Linux核心的I2C驅動中實作，mma7660驅動使用其提供的功能接口來注冊裝置驅動。

(2) I2C總線驅動

I2C總線驅動是對I2C硬體體系結構中擴充卡端的實作。I2C總線驅動主要包含了I2C擴充卡資料結構i2c_adapter、I2C擴充卡的algorithm資料結構i2c_algorithm和控制I2C擴充卡産生通信信号的函數。經由I2C總線驅動的代碼，我們可以控制I2C擴充卡以主要方式産生開始位、停止位、讀寫周期，以及以從裝置方式被讀寫、産生ACK等。不同的CPU平台對應着不同的I2C總線驅動。

此部分在Linux核心的I2C驅動中實作，mma7660驅動直接擷取其提供的adapter，并調用I2C核心的接口來注冊。

(3) I2C裝置驅動

I2C裝置驅動是對I2C硬體體系結構中裝置端的實作。裝置一般挂接在受CPU控制的I2C擴充卡上，通過I2C擴充卡與CPU交換資料。I2C裝置驅動主要包含了資料結構i2c_driver和i2c_client，mma7660驅動需要實作其中的成員函數。

在Linux核心源代碼中的drivers目錄下的i2c_dev.c檔案，實作了I2C擴充卡裝置檔案的功能，應用程式通過“i2c-%d”檔案名并使用檔案操作接口open()、write()、read()、ioctl()和close()等來通路這個裝置。應用層可以借用這些接口通路挂接在擴充卡上的I2C裝置的存儲空間或寄存器并控制I2C裝置的工作方式。

6.2 mma7660操作流程

6.2.1 初始化