AndroidCamera架构分析

1、Android的Camera架构一AndroidCamera框架要了解AndroidCamera架构，还是得先从Android本身的架构说起。ApplicationDialer灯AlnriMeHcfrDidMkdiqPiy针PhfftcAlbtrnOo6cApplicaiidnFrameworkActtvryMimgcrW;ndcwMxruq尸CsmTntProwlden储SyitBTSN5dficixionManserIclcjhofijfM争的，广k.t*4urc«Mart岑Lecitbnh.LiRRAIFSAndroidRuntime即ArMMLbnritq力E臼岛第Hardw

2、areA日stracti口7LhAyerG"dpliikiAudkfCdJiFn1BluwdiQFjfRFL)W行LinuxKernelDpayDffverCameriDriverBuecoodiDrawerShRirdMwflryDhintrBrdarflPC)DrMrA.dknPaWEfIJDrrerKeypadDtkfWifiDiri*EirDwers图1AndroidArchitecture从Android框架看，分为四层：应用层、应用框架层、库层、内核层。应用层主要工作在AndroidSDK之上，利用Android提供的API进行开发，生成APK包。应用框架层整合了Andr

3、oid自带各种控件和类，为应用开发提供高效、方便的API接口。这个对上实现统一的接口，对下也提供统一的标准方便各种库的移入。库层是Android与底层硬件通信接口，它封装底层硬件接口实现该模块的具体逻辑，并以服务的形式通过Binder通讯机制暴露给应用框架。内核层则是直接与硬件联系的一层，可以理解为设备驱动。通过对上面框架的简要说明，我们大致明白一个应用自上而下的各个层起什么作用，这样有助于我们对代码的理解和修改。如果要彳基于Androidporting工作，就要明白在哪个层次的porting,怎么porting。Android的Camera包含取景器(viewfinder)和拍摄照片(tak

4、epicture)的功能。目前Android原生的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中的Camera模块同样遵循Android的框架，如下图所示。jndriid-hurdn/科(通incT专AdHTu*i.ihJh.atFJpjkf'JmVT(jHHnjMrfllibindroklFrameworksruiiriinK'.MiLlflerlihhnnm-qnmc-ra-lut-wIJbrariesApplicationKernel图2CameraArchitect

5、ure二AndroidCamera架构分层及代码结构以开源的Android为例，Camera架构主要分为以下几个层次2.1 应用层Camera的JAVA应用程序的路径：packages/apps/Camera/src/com/android/camera/在其中Camera.java是主要实现的文件2.2 JNI层（Camera的JAW本地调用部分）：frameworks/base/core/java/android/hardware/Camera.java这个类是和JNI中定义的类是同一个，有些native方法通过JNI的方式调用Native代码实现具体的功能，比如startPreview、

6、autoFocus、takePicture等。2.3 Cameraclient层：头文件分布以下的目录中：frameworks/base/include/camera/Camera底层库在以下的目录中：frameworks/base/libs/camera/这部分的内容被编译成库libcamera_client.so（或者libui.so）,主要实现了以下几个类：Camera>Camera.cpp/Camera.hCameraParameters>CameraParameters.cpp/CameraParameters.hICamera->ICamera.cpp/ICame

7、ra.hICameraClient>ICameraClient.cpp/ICameraClient.hICameraService->ICameraService.cpp/ICameraService.hICamera、ICameraClient、ICameraServide三个类是按照BinderIPC通信要求的框架实现的，用来与service端通信。类CameraParameters接收Framework层的android.hardware.camera:Parameters类为参数，解析与格式化所有的参数配置。Camera是个很重要的类，它与CameraService端通过B

8、inderIPC机制交互来实现具体功能。Cametra继承自BnCameraClient,并最终继承自ICameraClient.2.4 CameraService层文件分布在frameworks/base/camera/libcameraservice/这部分内容被编译成库libcameraservice.so,libcameraservice.so是Camera的服务器程序，它通过继承libcamera_client.so的类实现服务器的功能，并且与libcamera_client.so中的另外一部分内容则通过进程间通讯（即Binder机制）的方式进行通讯。里面主要实现了两个类：Camer

9、aService>BnCameraService>ICameraServiceCameraService:Client>BnCamera>ICameraCameraService：:Client通过调用CameraHAL层来实现具体的功能。2.5 HAL层Libcameraservice.so:CameraService:Client类调用CameraHAL的代码实现具体的功能，CameraHAL一般实现为一个动态库libcamera.so(动态库的名字可以修改，只需要与android.mk一致即可)。所有java应用层中camera的功能最终会调用到HAL层这里，Ca

10、meraHAL层的实现依赖于硬件，一般通过V4L2command从linuxkernel中的cameradriver获彳导preview数据，然后交给surface(overlay)显示或者保存为文件。在HAL层需要打开对应的设备文件，并通过ioctrl访问cameradriveroAndroid通过这个HAL层来保证底层硬件(驱动)改变，只需修改对应的HAL层代码，FrameWork层与JAVAAP层都不用改变。2.6 Camera库文件分析前面已提至UCamera模块主要包含libandroid_runtime.so、libcamera_client.s0(libui.so)、libcam

11、eraservice.so和一个与Camera硬件相关的硬件库libcamera.so。其中libandroid_runtime.so、libcamera_client.s0(libui.so)是与android系统构架相关的，不需要对进行其彳改，libameraservice.s。和libcamera.so则是和硬件设备相关联的，而cameralib.s。实际上就是设备的linxu驱动，所以Camera设备的系统继承主要是通过移植CameraLinux驱动和修改libcameraservice.so库来完成。Libcameraservice.so构建规则中使用宏USE_CAMERA_STUB

12、决定是否使用真的Camera,如果宏为真，贝U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()将返回个CameraHardwareInterface类的对象，但由于CameraHardwareInterface类是抽象类所

13、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) 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”);(2编写一个源文件

14、去定义CameraHardwareInterface类中声明的所有虚函数；编写Android.mk文件用于生成一个包含步骤编写的源文件和其他相关文件的libcamera.so文件;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，那么包含这样的类的libcamera.so库就相当于一个HAL)。三Camera的架构和代码分析3.1 Camera的整体框架图Camera的各个

15、库之间的结构可以用下图的表示:IIHr.III'：|."I.LMJ!k'tI(IMF堆力Wirw*vvv-v.图3库结构图在Camera系统的各个库中，libui.so位于核心的位置，它对上层的提供的接口主要是Camera类，类libandroid_runtime.so通过调用Camera类提供对JAVA的接口，并且实现了android.hardware.camera类。libcameraservice.so是Camera的服务器程序，它通过继承libcamera_client.so(libui.so)的类实现服务器的功能，并且与libcamera_client.so

16、(libui.so)中的另外一部分内容则通过进程间通讯(即Binder机制)的方式进行通讯。libandroid_runtime.so和libcamera_client.so(libui.so)两个库是公用的，其中除了Camera还有其他方面的功能。Camera部分的头文件在frameworks/base/include/ui/目录中，这个目录是和libmedia.so库源文件的目录frameworks/base/libs/ui/相对应的。Camera主要的头文件有以下几个：ICameraClient.hCamera.hICamera.hICameraService.hCameraHardwa

17、relnterface.h'<i!Z.jfriMvnClientServer图4Camera类图在这些头文件Camera.h提供了对上层的接口，而其他的几个头文件都是提供一些接口类（即包含了纯虚函数的类），这些接口类必须被实现类继承才能够使用。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。这样在客户端调用接口，功能则在服务器中实现，但是在客户端中调用就好像直接调用服务器中的功能，进程间通讯的部分对上层程序不可见。从框架结构上来看，ICameraService.h、ICamera

18、Client.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Came

19、ra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Android的整体结构上，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Binder来实现进程间的通讯。3.2 头文件ICameraClient.hICameraClient.h用于描述一个Camera客户端的接口，定义如下所示：classICameraClient:publicIlnterface(public:DECLARE_META_INTERFACE(CameraClient);virtualvoidshutterCallback()=0;virtualvoidrawCal

20、lback(constsp<IMemory>&picture)=0;virtualvoidjpegCallback(constsp<IMemory>&picture)=0;virtualvoidframeCallback(constsp<IMemory>&frame)=0;virtualvoiderrorCallback(status_terror)=0;virtualvoidautoFocusCallback(boolfocused)=0;classBnCameraClient:publicBnInterface<ICamer

21、aClient>(public:virtualstatus_tonTransact(uint32_tcode,constParcel&data,Parcel*reply,uint32_tflags=0);在定义中，ICameraClient类继承IInterface,并定义了一个Camera客户端的接口，BnCameraClient继承了BnInterface<ICameraClient>,这是为基于Android的基础类Binder机制实现在进程通讯而构建的。根据BnInterface类模版的定义BnInterface<ICameraClient>类相当

22、于双继承了BnInterface和ICameraClient。IcameraClient这个类的主要接口是几个回调函数shutterCallback、rawCallback和jpegCallback等，它们在相应动作发生的时候被调用。作为Camera的客户端”，需要自己实现几个回调函数，让服务器程序去间接地”调用它们。3.3 头文件Camera.hCamera.h是Camera对外的接口头文件，它被实现CameraJNI的文件android_hardware_Camera.cpp所调用。Camera.h最主要是定义了一个Camera类：classCamera:publicBnCameraCli

23、ent,publicIBinder:DeathRecipientpublic:staticsp<Camera>connect。;Camera();voiddisconnect。;statustgetStatus()returnmStatus;statustsetPreviewDisplay(constsp<Surface>&surface);statuststartPreview();voidstopPreview();statustautoFocus();statusttakePicture();statustsetParameters(constString

24、8&params);voidString8voidvoidvoidvoidvoidgetParameters()const;setShutterCallback(shutter_callbackcb,void*cookie);setRawCallback(frame_callbackcb,void*cookie);setJpegCallback(frame_callbackcb,void*cookie);setFrameCallback(frame_callbackcb,void*cookie);setErrorCallback(error_callbackcb,void*cookie

25、);setAutoFocusCallback(autofocus_callbackcb,void*cookie);/ICameraClientinterfacevirtualvoidshutterCallback();virtualvoidrawCallback(constsp<IMemory>&picture);virtualvoidjpegCallback(constsp<IMemory>&picture);virtualvoidframeCallback(constsp<IMemory>&frame);virtualvoider

26、rorCallback(status_terror);virtualvoidautoFocusCallback(boolfocused);/)从接口中可以看出Camera类刚好实现了一个Camera的基本操作，例如播放(startPreview)、停止(stopPreview)、暂停(takePicture)等。在Camera类中connect。是一个静态函数，它用于得到一个Camera的实例。在这个类中，具有设置回调函数的几个函数：setShutterCallback、setRawCallback和setJpegCallback等，这几个函数是为了提供给上层使用，上层利用这几个设置回调函数，

27、这些回调函数在相应的回调函数中调用，例如使用setShutterCallback设置的回调函数指针被shutterCallback所调用。在定义中，ICameraClient类双继承了IInterface和IBinder:DeathRecipient,并定义了一个Camera客户端的接口，BnCameraClient继承了BnInterface<ICameraClient>,这是为基于Android的基础类Binder机制实现在进程通讯而构建的。事实上，根据BnInterface类模版的定义BnInterface<ICameraClient>类相当于双继承了BnInte

28、rface和ICameraClient。这是Android一种常用的定义方式。继承了DeathNotifier类之后，这样当这个类作为IBinder使用的时候，当这个BinderIP将Died的时候被调用其中的binderDied函数。继承这个类基本上实现了一个回调函数的功3.4 头文件ICamera.hICamera.h描述的内容是一个实现Camera功能的接口，其定义如下所示:classICamera:publicIInterfacepublic:DECLARE_META_INTERFACE(Camera);virtualvoiddisconnect()=0;virtualstatusts

29、etPreviewDisplay(constsp<ISurface>&surface)=0;virtualvoidsetHasFrameCallback(boolinstalled)=0;virtualstatuststartPreview()=0;virtualvoidstopPreview()=0;virtualstatustautoFocus()=0;virtualstatusttakePicture()=0;virtualstatustvirtualString8setParameters(constString8&params)=0;getParamete

30、rs()const=0;);classBnCamera:publicBnInterface<ICamera>(public:virtualstatus_tonTransact(uint32_tcode,constParcel&data,Parcel*reply,uint32_tflags=0););ICamera.h描述的内容是一个实现Camera功能的接口，其定义如下所示：值得注在camera类中，主要定义Camera的功能接口，这个类必须被继承才能够使用。意的是，这些接口和Camera类的接口有些类似，但是它们并没有直接的关系。事实上，在Camera类的各种实现中，一般

31、都会通过调用ICamera类的实现类来完成。3.5 头文件ICameraService.hICameraService.h用于描述一个Camera的服务，定义方式如下所示：classICameraService:publicIInterface(public:DECLARE_META_INTERFACE(CameraService);virtualsp<ICamera>connect(constsp<ICameraClient>&cameraClient)=0;);classBnCameraService:publicBnInterface<ICameraService>(public:virtualstatus_tonTransact(uint32_tcode,constParcel&data,Parcel*reply,uint32_tflags=0););由于具有纯虚函数，ICameraService以及BnCameraService必须被继承实现才能够使用，在ICameraService只定义了一个connect。接口，它的返回值的类型是sp<ICamera>