Friday, August 11, 2023

AOSPでHAL用のAIDLを理解する：概念から実践まで
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第1章：AOSP、HAL、AIDLの概要

この章では、AOSP、HAL、AIDLの基本概念を検討します。これらの3つのコンポーネントは、Androidシステム内で連携し、より良い理解を提供します。

AOSP（Android Open Source Project）

AOSPは、Androidオペレーティングシステムのオープンソースプロジェクトで、世界中の開発者がソースコードに貢献できます。このプロジェクトの目的は、Androidプラットフォームの継続的な改善を可能にすることです。ただし、利用できる機能はバージョンによって異なる場合があるため、異なるAOSPバージョンを比較して、最も適したものを選択して作業することが重要です。

HAL（Hardware Abstraction Layer）

ハードウェア抽象レイヤ（HAL）は、Androidシステムでハードウェアを抽象化および 実装するソフトウェアレイヤです。デバイスドライバとフレームワークの間に位置し、異なるハードウェア構成で同じフレームワークコードを使用できるようにする標準インターフェースを提供します。HALを使用することで、開発者はハードウェアと直接インタラクションせずに、ソフトウェアを通じてハードウェアを制御し、効率的で安定したAndroidシステムを構築できます。

AIDL（Android Interface Definition Language）

AIDLは、インタープロセス通信（IPC）を容易にするAndroidのインターフェース定義言語です。IPCは、異なるプロセスで実行されているサービスが効率的に相互作用できるようにする重要なメカニズムで、Androidシステムで広く使用されています。AIDLは、オブジェクトを他のプロセスに送信できるデータストリームに変換することで、IPCの実装を達成します。AIDLを使用して、プロセス間のデータ転送に必要なインターフェースを定義および実装することで、Androidシステムの安定性と効率を向上させることができます。

これで、AOSP内のHALでAIDLがどのように機能するかをもっと学びたい場合は、 「AOSPでのHALのAIDLの原理の理解」という次の章を読み進めてください。

第2章：AOSPでのHAL用AIDLの原理を理解する

この章では、AOSP内のHALでAIDLがどのように機能するかを説明し、Androidシステムアーキテクチャ内のHALサービスとAIDLインターフェースの相互作用を検討します。

Androidシステムアーキテクチャ

Androidシステムアーキテクチャは、主に以下の4つの層に分かれています。

  1. アプリケーション層：ユーザーと対話するアプリがある場所です。
  2. アプリケーションフレームワーク層：Androidシステムの主要機能を提供するサービスとフレームワークが含まれています。
  3. ライブラリおよびHAL層：ハードウェア機能の抽象化と必要なライブラリが配置されています。
  4. Linuxカーネル層：Linuxカーネルが直接ハードウェアを制御し、オペレーティングシステムのサービスを提供する最下層です。

HALサービスは、ライブラリおよびHAL層に位置し、AOSP内で定義されたAIDLインターフェースを介してフレームワーク内の他のサービスと通信します。

HALサービスとAIDLインターフェイスの相互作用

Androidシステムでは、HALサービスとフレームワークがAIDLインターフェースを通じて効率的に相互作用します。AIDLインターフェイスは、プロセスの境界を越えてさまざまなオブジェクトを渡します。この相互作用は以下のプロセスを経由して行われます。

  1. クライアントプロセスがAIDLインターフェイスを介して、サーバープロセス内のHALサービスを呼び出します。
  2. 呼び出されるデータは、マーシャリングと呼ばれるプロセスで相互に理解可能な形式に変換され、転送されます。
  3. サーバープロセスは、転送されたデータを元の形式に戻し、アンマーシャリングと呼ばれるプロセスで使用します。
  4. サーバープロセスが処理した結果をクライアントプロセスに返します。

このように、AIDLインターフェイスは、クライアントプロセスとサーバープロセス間のスムーズな通信を促進します。

この章では、AOSPでのHAL用AIDLの原理を説明し、AIDLインターフェイスがどのように相互作用するかを検討しました。次の章「AIDLインターフェイスの定義と実装」では、AIDLインターフェスの定義と実装方法について詳しく説明します。

第3章：AIDLインターフェイスの定義と実装

この章では、AIDLインターフェイスの定義と実装方法を説明し、例示的なコードを通じてプロセスを検討します。

AIDLインターフェイスの定義

AIDLインターフェイスファイルは.aidl拡張子で定義されます。インターフェイスコンポーネントには、メソッド、パラメータ、および戻り値が含まれます。データ型は、基本データ型またはAndroidフレームワークでサポートされる特定のデータ型になります。例えば、インターフェイスは次のように定義できます。

<path>/IExampleService.aidl

interface IExampleService {
  int getExampleValue();
  void setExampleValue(int value);
}

AIDLインターフェイスの実装

AIDLインターフェイスを実装するには、サービスから継承するStubオブジェクトを実装する必要があります。Stubオブジェクトには、AIDLインターフェイスファイルで宣言されたメソッドが含まれます。サービスでStubを使用するには、サービスクラスでonBindメソッドをオーバーライドし、クライアントがサービスに接続できるようにします。例えば：

public class ExampleService extends Service {
  private final IExampleService.Stub mBinder = new IExampleService.Stub(){
    private int mValue = 0;

    @Override
    public int getExampleValue() {
      return mValue;
    }

    @Override
    public void setExampleValue(int value) {
      mValue = value;
    }
  };
  
  @Override
  public IBinder onBind(Intent intent) {
    // Stubオブジェクトを返す
    return mBinder;
  }
}

サービス内でAIDLインタフェースを定義および実装することにより、クライアントはサービスと通信できます。

この章では、AIDLインタフェースの定義と実装方法を説明し、簡単な例示コードを詳しく見てきました。「実用例を用いたAIDLを使ったHALサービスの実装」の次の章では、実際の例を使用して、より複雑なAndroidハードウェア抽象化のためのAIDLインターフェイスを実装する方法を説明します。

第4章：実用例を用いたAIDLを使ったHALサービスの実装

この章では、AIDLを使用してHALサービスを実装する方法を実用的な例から説明します。この例では、簡単なセンサーデータを提供する仮想センサーHALサービスを作成します。

1. AIDLインターフェイスの定義

まず、仮想センサーデータをやり取りするためのインターフェイスを定義します。

<path>/IVirtualSensorService.aidl

interface IVirtualSensorService {
  int getSensorValue();
  void setSensorValue(int value);
}

2. HALサービスの実装

AIDLインターフェイスを実装するHALサービスを作成します。Stubオブジェクトを継承してインターフェイスのメソッドを実装し、onBindメソッドをオーバーライドしてStubオブジェクトを返します。

public class VirtualSensorService extends Service {
  private final IVirtualSensorService.Stub mBinder = new IVirtualSensorService.Stub() {
    private int mSensorValue = 0;

    @Override
    public int getSensorValue() {
      return mSensorValue;
    }

    @Override
    public void setSensorValue(int value) {
      mSensorValue = value;
    }
  };

  @Override
  public IBinder onBind(Intent intent) {
    // Stubオブジェクトを返す
    return mBinder;
  }
}

3. サービスの登録

Androidマニフェストに仮想センサーHALサービスを登録します。

<manifest ...>
  <application ...>
    <service
      android:name=".VirtualSensorService"
      android:exported="false" />
    ...
  </application>
</manifest>

4. クライアントでのHALサービスの利用

アプリケーションで仮想センサーHALサービスを使用するには、ServiceConnectionを使用してサービスに接続し、IVirtualSensorServiceインタフェースのメソッドを呼び出してデータをやり取りします。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
  private IVirtualSensorService mService = null;

  private ServiceConnection mConnection = new ServiceConnection() {
    @Override
    public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder binder) {
      mService = IVirtualSensorService.Stub.asInterface(binder);
    }

    @Override
    public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
      mService = null;
    }
  };

  @Override
  protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);

    Intent intent = new Intent(this, VirtualSensorService.class);
    bindService(intent, mConnection, BIND_AUTO_CREATE);
  }

  @Override
  protected void onDestroy() {
    unbindService(mConnection);
    super.onDestroy();
  }
}

この章では、実用的な例を用いてAIDLを使用して仮想HALサービスの実装方法を説明しました。このようなAIDLの使用により、さまざまなAndroidハードウェアの構成と効果的に相互作用し、安定したシステムを開発できます。


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