(转)Camera构架分析
JosonChou 2012-09-24
一.Camera构架分析
Android的Camera包含取景（preview）和拍摄照片（takepicture）的功能。目前Android发布版的Camera程序虽然功能比较简单，但是其程序的架构分成客户端和服务器两个部分，它们建立在Android的进程间通讯Binder的结构上。Android中Camera模块同样遵循Andorid的框架，如下图所示
CameraArchitecture
Camera模块主要包含了libandroid_runtime.so、libui.so和libcameraservice.so等几个库文件，它们之间的调用关系如下所示：
在Camera模块的各个库中，libui.so位于核心的位置，它对上层的提供的接口主要是Camera类。
libcameraservice.so是Camera的server程序，它通过继承libui.so中的类实现server的功能，并且与libui.so中的另外一部分内容通过进程间通讯（即Binder机制）的方式进行通讯。
libandroid_runtime.so和libui.so两个库是公用的,其中除了Camera还有其他方面的功能。整个Camera在运行的时候，可以大致上分成Client和Server两个部分，它们分别在两个进程中运行，它们之间使用Binder机制实现进程间通讯。这样在client调用接口，功能则在server中实现，但是在client中调用就好像直接调用server中的功能，进程间通讯的部分对上层程序不可见。
从框架结构上来看，源码中ICameraService.h、ICameraClient.h和ICamera.h三个类定义了MeidaPlayer的接口和架构，ICameraService.cpp和Camera.cpp两个文件则用于Camera架构的实现，Camera的具体功能在下层调用硬件相关的接口来实现。
从Camera的整体结构上，类Camera是整个系统核心，ICamera类提供了Camera主要功能的接口，在客户端方面调用；CameraService是Camera服务，它通过调用实际的Camera硬件接口来实现功能。事实上，图中红色虚线框的部分都是Camera程序的框架部分，它主要利用了Android的系统的Binder机制来完成通讯。蓝色的部分通过调用Camera硬件相关的接口完成具体的Camera服务功能，其它的部分是为上层的JAVA程序提供JNI接口。在整体结构上，左边可以视为一个客户端，右边是一个可以视为服务器，二者通过Android的Bimder来实现进程间的通讯。
二．Camera工作流程概述
1.CameraService的启动
①．App_mainprocess:进程通过AndroidRuntime调用register_jni_procs向JNI注册模块的native函数供JVM调用。
AndroidRuntime::registerNativeMethods(env,"android/hardware/Camera",
camMethods,NELEM(camMethods));
其中camMethods定义如下:
staticJNINativeMethodcamMethods[]={
{"native_setup",
"(Ljava/lang/Object;)V",
(void*)android_hardware_Camera_native_setup},
{"native_release",
"()V",
(void*)android_hardware_Camera_release},
{"setPreviewDisplay",
"(Landroid/view/Surface;)V",
(void*)android_hardware_Camera_setPreviewDisplay},
{"startPreview",
"()V",
(void*)android_hardware_Camera_startPreview},
{"stopPreview",
"()V",
(void*)android_hardware_Camera_stopPreview},
{"previewEnabled",
"()Z",
(void*)android_hardware_Camera_previewEnabled},
{"setHasPreviewCallback",
"(ZZ)V",
(void*)android_hardware_Camera_setHasPreviewCallback},
{"native_autoFocus",
"()V",
(void*)android_hardware_Camera_autoFocus},
{"native_takePicture",
"()V",
(void*)android_hardware_Camera_takePicture},
{"native_setParameters",
"(Ljava/lang/String;)V",
(void*)android_hardware_Camera_setParameters},
{"native_getParameters",
"()Ljava/lang/String;",
(void*)android_hardware_Camera_getParameters},
{"reconnect",
"()V",
(void*)android_hardware_Camera_reconnect},
{"lock",
"()I",
(void*)android_hardware_Camera_lock},
{"unlock",
"()I",
(void*)android_hardware_Camera_unlock},
};
JNINativeMethod的第一个成员是一个字符串，表示了JAVA本地调用方法的名称，这个名称是在JAVA程序中调用的名称；第二个成员也是一个字符串，表示JAVA本地调用方法的参数和返回值；第三个成员是JAVA本地调用方法对应的C语言函数。
②．Mediaserverproces：进程注册了以下几个server:AudioFlinger、MediaPlayerServer、CameraService.
intmain(intargc,char**argv)
{
sp<ProcessState>proc(ProcessState::self());
sp<IServiceManager>sm=defaultServiceManager();
LOGI("ServiceManager:%p",sm.get());
AudioFlinger::instantiate();
MediaPlayerService::instantiate();
CameraService::instantiate();
ProcessState::self()->startThreadPool();
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}
当向ServiceManager注册了CameraService服务后就可以响应client的请求了
2.client端向service发送请求
①.在java应用层调用onCreate()函数得到一个上层的Camera对象
publicvoidonCreate(Bundleicicle){
super.onCreate(icicle);
ThreadopenCameraThread=newThread(
newRunnable(){
publicvoidrun(){
mCameraDevice=android.hardware.Camera.open();
}
}
);
………………………
}
②．通过Camera对象的调用成员函数，而这些成员函数会调用已向JNI注册过的native函数来调用ICamera接口的成员函数向BinderKernelDriver发送服务请求。
③.BinderKernelDriver接收到client的请求后，通过唤醒service的进程来处理client的请求，处理完后通过回调函数传回数据并通知上层处理已完成。
三．Camera库文件分析
上面已提到Camera模块主要包含libandroid_runtime.so、libui.so、libcameraservice.so和一个与Camera硬件相关的底层库。其中libandroid_runtime.so、libui.so是与Android系统构架相关的不需要对其进行修改，libcameraservice.so和Camera硬件相关的底层库则是和硬件设备相关联的，而Canera硬件相关的底层库实际上就是设备的Linux驱动，所以Camera设备的系统集成主要通过移植CameraLinux驱动和修改libcameraservice.so库来完成。
libcameraservice.so库通过以下规则来构建：
LOCAL_PATH:=$(callmy-dir)
#
#SetUSE_CAMERA_STUBfornon-emulatorandnon-simulatorbuilds,ifyouwant
#thecameraservicetousethefakecamera.Foremulatororsimulatorbuilds,
#wealwaysusethefakecamera.
ifeq($(USE_CAMERA_STUB),)
USE_CAMERA_STUB:=false
ifneq($(filtersoonergenericsim,$(TARGET_DEVICE)),)
USE_CAMERA_STUB:=true
endif#libcamerastub
endif
ifeq($(USE_CAMERA_STUB),true)
#
#libcamerastub
#
include$(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES:=\
CameraHardwareStub.cpp\
FakeCamera.cpp
LOCAL_MODULE:=libcamerastub
LOCAL_SHARED_LIBRARIES:=libui
include$(BUILD_STATIC_LIBRARY)
endif#USE_CAMERA_STUB
#
#libcameraservice
#
include$(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES:=\
CameraService.cpp
LOCAL_SHARED_LIBRARIES:=\
libui\
libutils\
libcutils\
libmedia
LOCAL_MODULE:=libcameraservice
LOCAL_CFLAGS+=-DLOG_TAG=\"CameraService\"
ifeq($(USE_CAMERA_STUB),true)
LOCAL_STATIC_LIBRARIES+=libcamerastub
LOCAL_CFLAGS+=-includeCameraHardwareStub.h
else
LOCAL_SHARED_LIBRARIES+=libcamera
endif
include$(BUILD_SHARED_LIBRARY)
在上面的构建规则中可以看到使用了宏USE_CAMERA_STUB决定是否使用真的Camera，如果宏为真，则使用CameraHardwareStub.cpp和FakeCamera.cpp构造一个假的Camera，如果为假则使用libcamera来构造一个实际上的Camera服务。
在CameraHardwareStub.cpp中定义了CameraHardwareStub类，它继承并实现了抽象类CameraHardwareInterface中定义的真正操作Camera设备的所有的纯虚函数。通过openCameraHardware（）将返回一个CameraHardwareInterface类的对象，但由于CameraHardwareInterface类是抽象类所以它并不能创建对象，而它的派生类CameraHardwareStub完全实现了其父类的纯虚函数所以openCameraHardware（）返回一个指向派生类对象的基类指针用于底层设备的操作。由于CameraHardwareStub类定义的函数是去操作一个假的Camera，故通过openCameraHardware返回的指针主要用于仿真环境对Camera的模拟操作，要想通过openCameraHardware返回的指针操作真正的硬件设备则需完成以下步骤：
1.将CameraHardwareInterface类中的所有纯虚函数的声明改为虚函数的声明（即去掉虚函数声明后的“=0”）;
classCameraHardwareInterface:publicvirtualRefBase{
public:
virtual~CameraHardwareInterface(){}
virtualsp<IMemoryHeap>getPreviewHeap()const;
virtualsp<IMemoryHeap>getRawHeap()const;
virtualstatus_tstartPreview(preview_callbackcb,void*user);
virtualbooluseOverlay(){returnfalse;}
virtualstatus_tsetOverlay(constsp<Overlay>&overlay){returnBAD_VALUE;}
virtualvoidstopPreview();
virtualboolpreviewEnabled();
virtualstatus_tstartRecording(recording_callbackcb,void*user);
virtualvoidstopRecording();
virtualboolrecordingEnabled();
virtualvoidreleaseRecordingFrame(constsp<IMemory>&mem);
virtualstatus_tautoFocus(autofocus_callback,
void*user);
virtualstatus_ttakePicture(shutter_callback,
raw_callback,
jpeg_callback,
void*user);
virtualstatus_tcancelPicture(boolcancel_shutter,
boolcancel_raw,
boolcancel_jpeg);
virtualstatus_tsetParameters(constCameraParameters¶ms);
virtualCameraParametersgetParameters()const;
virtualvoidrelease();
virtualstatus_tdump(intfd,constVector<String16>&args)const;
};
2.编写一个源文件去定义CameraHardwareInterface类中声明的所有虚函数，并实现openCameraHardware()函数让该函数返回一个CameraHardwareInterface类对象的指针;例如：
extern"C"sp<CameraHardwareInterface>openCameraHardware()
{
CameraHardwareInterfacerealCamera;
return&realCamera;
}
3.仿照其他.mk文件编写Android.mk文件用于生成一个包含步骤2编写的源文件和其他相关文件的libcamera.so文件;例如
LOCAL_PATH:=$(callmy-dir)
include$(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE:=libcamera
LOCAL_SHARED_LIBRARIES:=\
libutils\
librpc\
liblog
LOCAL_SRC_FILES+=MyCameraHardware.cpp
LOCAL_CFLAGS+=
LOCAL_C_INCLUDES+=
LOCAL_STATIC_LIBRARIES+=\
libcamera-common\
libclock-rpc\
libcommondefs-rpc
include$(BUILD_SHARED_LIBRARY)
4.将宏USE_CAMERA_STUB改成false，这样生成libcameraservice.so时就会包含libcamera.so库。（注：如果CameraHardwareInterface类的成员函数并没有直接操作硬件而是调用Camera的linux驱动来间接对硬件操作，那么包含这样的CameraHardwareInterface类的libcamera.so库就相当于一个HAL）
上面左图中libcamera.so库直接操作Camera设备，这样相对于右图来说就相当于libcamera.so库包含了Camera驱动,而右图则将驱动从库中分离出来并形成一层HAL这样做的好处是：移植不同型号或不同厂商的同类设备时只需修改HAL中很少代码即可。
