Android 上Camera分析

http://blog.csdn.net/u010503912/article/details/52315721

Android Camera 系统架构源码分析(1)---->Camera的初始化  http://blog.csdn.net/shell812/article/details/49424857

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1.总体介绍
  Android Camera框架从整体上看是一个client/service架构。有两个进程，一个是client进程，可以看成AP端
，主要包括Java代码和一些native层的c/c++代码；另一个是service进程，属于服务端，是native c/c++代码，
主要负责和linux kernel中的camera driver交互，搜集linux kernel中driver层传上来的数据，并交给显示系统（surface）显示。client 和 service 进程通过Binder机制进行通信，client端通过调用service端的接口实现各个具体的功能。
  对于preview数据不会通过Binder机制从service端copy 到client端，但会通过回调函数与消息机制将preview数据的buffer地址传到client端，最终可在Java ap中操作处理preview数据。

2.调用层次划分

Package -> Framework -> JNI ->Camera.cpp -- (binder) ->CameraService ->Camera HAL -> Qcom ->Camera Driver

client端：
Package 中的 camera.java 调用Framework中的 camera.java（framework/base/core/java/android/hardware).
Framework中的 camera.java 调用 JNI层的native 函数。JNI层的调用实现在android_hardware_camera.cpp（framework/base/core/jni文件下的文件都被 编译进libandroid_runtime.so）文件中，android_hardware_camera.cpp文件中的 register_android_hardware_camera(JNIEnv *env)函数会将native函数注册到虚拟机中，以供framework层的JAVA代码调用，这些native函数通过调用 libcamera_client.so中的camera类实现具体功能。

  核心的libcamera_client.so动态库源代码位于：framework/base/core/av中，其中 Icamera,IcameraClient,IcameraService三个类按照Binder IPC通信要求的框架实现的，用来与service端通信。CameraParameters类接受framework层的 android.hardware.camera::Parameters类为参数。

service端:
service端的实现在动态库libcameraservice.so中，源代码位于:frameworks/av/services/camera。
CameraService:Client类通过调用Camera HAL层来实现具体的功能。

Camera Service 在系统启动时new了一个实例额，以“media.camera”注册到servicemanager中。在init.rc中启动多媒体服务进程。

CameraHAL层：
libcameraservice.so::CameraService::Client类调用camera HAL 的代码实现具体功能。
JAVA Ap中的功能调用最终会调用到HAL层，HAL层通过startpreview 掉到hardware/qcom/camera中的start_preview.然后就是高通这一层对底层驱动上来的数据做一些处理。从linux kernel中的camera driver得到preview数据。然后交个surface显示或者保存到文件。

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一.Camera构架分析
Android 的Camera包含取景（preview）和拍摄照片（take picture）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

Camera Architecture
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。蓝色虚线框的部分通过调用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.Camera Service的启动

①．App_main process: 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:

1. static JNINativeMethod camMethods[] = {
2. { "native_setup",
3. "(Ljava/lang/Object;)V",
4. (void*)android_hardware_Camera_native_setup },
5. { "native_release",
6. "()V",
7. (void*)android_hardware_Camera_release },
8. { "setPreviewDisplay",
9. "(Landroid/view/Surface;)V",
10. (void *)android_hardware_Camera_setPreviewDisplay },
11. { "startPreview",
12. "()V",
13. (void *)android_hardware_Camera_startPreview },
14. { "stopPreview",
15. "()V",
16. (void *)android_hardware_Camera_stopPreview },
17. { "previewEnabled",
18. "()Z",
19. (void *)android_hardware_Camera_previewEnabled },
20. { "setHasPreviewCallback",
21. "(ZZ)V",
22. (void *)android_hardware_Camera_setHasPreviewCallback },
23. { "native_autoFocus",
24. "()V",
25. (void *)android_hardware_Camera_autoFocus },
26. { "native_takePicture",
27. "()V",
28. (void *)android_hardware_Camera_takePicture },
29. { "native_setParameters",
30. "(Ljava/lang/String;)V",
31. (void *)android_hardware_Camera_setParameters },
32. { "native_getParameters",
33. "()Ljava/lang/String;",
34. (void *)android_hardware_Camera_getParameters },
35. { "reconnect",
36. "()V",
37. (void*)android_hardware_Camera_reconnect },
38. { "lock",
39. "()I",
40. (void*)android_hardware_Camera_lock },
41. { "unlock",
42. "()I",
43. (void*)android_hardware_Camera_unlock },
44. };

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．Mediaserver proces：进程注册了以下几个server: AudioFlinger、 MediaPlayerServer、CameraService.

1. int main(int argc, char** argv)
2. {
3. sp proc(ProcessState::self());
4. sp sm = defaultServiceManager();
5. LOGI("ServiceManager: %p", sm.get());
6. AudioFlinger::instantiate();
7. MediaPlayerService::instantiate();
8. CameraService::instantiate();
9. ProcessState::self()->startThreadPool();
10. IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
11. }

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

1. public void onCreate(Bundle icicle) {
2. super.onCreate(icicle);
3. Thread openCameraThread = new Thread(
4. new Runnable() {
5. public void run() {
6. mCameraDevice = android.hardware.Camera.open();
7. }
8. }
9. );
10. ………………………
11. }

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Binder Kernel Driver发送服务请求。

③. Binder Kernel Driver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Camera Linux驱动和修改libcameraservice.so库来完成。

libcameraservice.so库通过以下规则来构建：

1. LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
2. #
3. # Set USE_CAMERA_STUB for non-emulator and non-simulator builds, if you want
4. # the camera service to use the fake camera.  For emulator or simulator builds,
5. # we always use the fake camera.
6. ifeq ($(USE_CAMERA_STUB),)
7. USE_CAMERA_STUB:=false
8. ifneq ($(filter sooner generic sim,$(TARGET_DEVICE)),)
9. USE_CAMERA_STUB:=true
10. endif #libcamerastub
11. endif ifeq ($(USE_CAMERA_STUB),true)
12. #
13. # libcamerastub
14. #
15. include $(CLEAR_VARS)
16. LOCAL_SRC_FILES:=               \
17. CameraHardwareStub.cpp      \
18. FakeCamera.cpp
19. LOCAL_MODULE:= libcamerastub
20. LOCAL_SHARED_LIBRARIES:= libui
21. include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)
22. endif # USE_CAMERA_STUB
23. #
24. # libcameraservice
25. #
26. include $(CLEAR_VARS)
27. LOCAL_SRC_FILES:=               \
28. CameraService.cpp
29. LOCAL_SHARED_LIBRARIES:= \
30. libui \
31. libutils \
32. libcutils \
33. libmedia
34. LOCAL_MODULE:= libcameraservice
35. LOCAL_CFLAGS+=-DLOG_TAG=\"CameraService\"
36. ifeq ($(USE_CAMERA_STUB), true)
37. LOCAL_STATIC_LIBRARIES += libcamerastub
38. LOCAL_CFLAGS += -include CameraHardwareStub.h
39. else
40. LOCAL_SHARED_LIBRARIES += libcamera
41. endif
42. 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” ）;

1. class CameraHardwareInterface : public virtual RefBase {
2. public:
3. virtual ~CameraHardwareInterface() { }
4. virtual sp         getPreviewHeap() const;
5. virtual sp         getRawHeap() const;
6. virtual status_t    startPreview(preview_callback cb, void* user);
7. virtual bool useOverlay() {return false;}
8. virtual status_t setOverlay(const sp &overlay) {return BAD_VALUE;}
9. virtual void        stopPreview();
10. virtual bool        previewEnabled();
11. virtual status_t    startRecording(recording_callback cb, void* user);
12. virtual void        stopRecording();
13. virtual bool        recordingEnabled();
14. virtual void        releaseRecordingFrame(const sp& mem);
15. virtual status_t    autoFocus(autofocus_callback,
16. void* user);
17. virtual status_t    takePicture(shutter_callback,
18. raw_callback,
19. jpeg_callback,
20. void* user);
21. virtual status_t    cancelPicture(bool cancel_shutter,
22. bool cancel_raw,
23. bool cancel_jpeg);
24. virtual status_t    setParameters(const CameraParameters& params);
25. virtual CameraParameters  getParameters() const;
26. virtual void release();
27. virtual status_t dump(int fd, const Vector& args) const ;
28. };

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：

1. extern "C" sp openCameraHardware()
2. {
3. CameraHardwareInterface realCamera;
4. return &realCamera;
5. }

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

1. LOCAL_PATH := $(call my-dir)
2. include $(CLEAR_VARS)
3. LOCAL_MODULE := libcamera
4. LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \
5. libutils \
6. librpc \
7. liblog
8. LOCAL_SRC_FILES += MyCameraHardware.cpp
9. LOCAL_CFLAGS +=
10. LOCAL_C_INCLUDES +=
11. LOCAL_STATIC_LIBRARIES += \
12. libcamera-common \
13. libclock-rpc \
14. libcommondefs-rpc
15. 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。