android開發中Fingerprint模組淺析
一、Fingerprint上層總體架構
Fingerprint模組架構圖如下，這裡分為application，framework，fingerprintd和FingerprintHal這幾個部分,不涉及指紋的IC庫和驅動這部分,這部分邏輯由指紋廠商來實現，目前瞭解的並不多。
二、Fingerprint framework初始化流程
在系統開機的時候，會啟動各種Service，包括FingerprintService。從下圖的開機log（sys_log.boot）中可以看出：
FingerprintService的啟動在SystemServer.java的startOtherService方法中：
/** * Starts a miscellaneous grab bag of stuff that has yet to be refactored * and organized. */ private void startOtherServices() { final Context context = mSystemContext; VibratorService vibrator = null; IMountService mountService = null; ....... //啟動FingerprintService if (mPackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_FINGERPRINT)) { mSystemServiceManager.startService(FingerprintService.class); } ......
這裡會通過PackageManager來判斷是否支援指紋功能，這個判斷是N新加的，如果支援的話，需要在framework/native/data/ect/目錄下新增android.hardware.fingerprint.xml來支援該功能，這樣才能啟動FingerprintService。
這裡啟動的時候，會將FingerprintService新增到ServiceManager中去，如下圖：
將FingerprintService新增到ServiceManager中後，在SystemServiceRegistry.java中靜態程式碼塊中註冊服務的時候，可以從ServiceManager中獲取FingerprintService的Binder物件，從而可以構造出FingerprintManager物件，這樣app端就可以通過Context來獲取FingerprintManager物件。
這樣，app端通過Context獲取FingerprintManager，通過呼叫FingerprintManager的介面來實現相應的功能，FingerprintManager轉調FingerprintService中方法，FingerprintService負責管理整個註冊，識別、刪除指紋、檢查許可權等流程的邏輯，FingerprintService呼叫fingerprintd的介面，通過fingerprintd和FingerprintHal層進行通訊。
在FingerprintService的getFingerprintDaemon方法中有如下步驟：
//①獲取fingerprintd
//②向fingerprintd註冊回撥函式mDaemonCallback
//③呼叫獲取fingerprintd的openhal函式
//④建立fingerprint檔案系統節點，設定節點訪問許可權，呼叫fingerprintd的setActiveGroup，將路徑傳下去。此路徑一半用來儲存指紋模板的圖片等
public IFingerprintDaemon getFingerprintDaemon() {
if (mDaemon == null) {
//①獲取fingerprintd
mDaemon = IFingerprintDaemon.Stub.asInterface(ServiceManager.getService(FINGERPRINTD));
if (mDaemon != null) {
try {
mDaemon.asBinder().linkToDeath(this, 0);
//②向fingerprintd註冊回撥函式mDaemonCallback
mDaemon.init(mDaemonCallback);
//③呼叫獲取fingerprintd的openhal函式
mHalDeviceId = mDaemon.openHal();
/*④建立fingerprint檔案系統節點，設定節點訪問許可權，
呼叫fingerprintd的setActiveGroup，
將路徑傳下去。此路徑一半用來儲存指紋模板的圖片等*/
if (mHalDeviceId != 0) {
updateActiveGroup(ActivityManager.getCurrentUser());
} else {
Slog.w(TAG, "Failed to open Fingerprint HAL!");
mDaemon = null;
}
} catch (RemoteException e) {
Slog.e(TAG, "Failed to open fingeprintd HAL", e);
mDaemon = null; // try again later!
}
} else {
Slog.w(TAG, "fingerprint service not available");
}
}
return mDaemon;
}
1 FingerprintService在framework模組負責指紋的大部分邏輯，FingerprintService會在開機的時候初始化；
2 application呼叫framework通過FingerprintManager介面即可實現；
3 framework中FingerManager和FingerprintService的通訊使用Binder機制實現，表現即使用aidl這個介面定義語言實現
4 framework調往fingerprintd的同樣屬於Binder通訊，兩者分屬於不同的程序。不過這部分跟java層Binder處理有點不一樣，是java層往native層的呼叫。
三、fingerprintd 部分的初始化
在system/core/fingerprintd目錄下,有如下檔案：
fingerprintd如果劃分的比較細的話，可以分為四個部分：
1.fingerprintd.cpp "負責將fingerprintd加入到ServiceManager中，以便FingerprintService能夠獲取"
2.IFingerprintDaemon.h/IFingerprintDaemon.cpp "負責java層到fingerprintd的Binder通訊"
3.FingerprintDaemonProxy.h/FingerprintDaemonProxy.cpp "負責fingerprintd和Fignerprint hal層的通訊"
4.IFingerprintDaemonCallback.h/IFingerprintDaemonCallback.cpp "負責將指紋的回撥結果傳給java層"
fingerprintd在init.rc有相應的開機啟動指令碼，所以一開機就會跑它的main函式。fingerprintd作為一個獨立的程序執行，負責將Framework和Hal層的通訊連線起來。
fingerprintd 的main函式就是將fingerprintd新增到servicemanager中管理。然後開了一個執行緒，等待binder訊息。
四、接下來簡單介紹下IFingerprintDaemon是如何跟framework通訊的。
來看下IFingerprintDaemon.h檔案：
17#ifndef IFINGERPRINT_DAEMON_H_
18#define IFINGERPRINT_DAEMON_H_
19
20#include <binder/IInterface.h>
21#include <binder/Parcel.h>
22
23namespace android {
24
25class IFingerprintDaemonCallback;
26
27/*
28* Abstract base class for native implementation of FingerprintService.
29*
30* Note: This must be kept manually in sync with IFingerprintDaemon.aidl
31*/
32class IFingerprintDaemon : public IInterface, public IBinder::DeathRecipient {
33 public:
34 enum {
35 AUTHENTICATE = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 0,
36 CANCEL_AUTHENTICATION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 1,
37 ENROLL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 2,
38 CANCEL_ENROLLMENT = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 3,
39 PRE_ENROLL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 4,
40 REMOVE = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 5,
41 GET_AUTHENTICATOR_ID = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 6,
42 SET_ACTIVE_GROUP = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 7,
43 OPEN_HAL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 8,
44 CLOSE_HAL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 9,
45 INIT = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 10,
46 POST_ENROLL = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 11,
47 ENUMERATE = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION + 12,
48 };
49
50 IFingerprintDaemon() { }
51 virtual ~IFingerprintDaemon() { }
52 virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const;
53
54 // Binder interface methods
55 virtual void init(const sp<IFingerprintDaemonCallback>& callback) = 0;
56 virtual int32_t enroll(const uint8_t* token, ssize_t tokenLength, int32_t groupId,
57 int32_t timeout) = 0;
58 virtual uint64_t preEnroll() = 0;
59 virtual int32_t postEnroll() = 0;
60 virtual int32_t stopEnrollment() = 0;
61 virtual int32_t authenticate(uint64_t sessionId, uint32_t groupId) = 0;
62 virtual int32_t stopAuthentication() = 0;
63 virtual int32_t remove(int32_t fingerId, int32_t groupId) = 0;
64 virtual int32_t enumerate() = 0;
65 virtual uint64_t getAuthenticatorId() = 0;
66 virtual int32_t setActiveGroup(int32_t groupId, const uint8_t* path, ssize_t pathLen) = 0;
67 virtual int64_t openHal() = 0;
68 virtual int32_t closeHal() = 0;
69
70 // DECLARE_META_INTERFACE - C++ client interface not needed
71 static const android::String16 descriptor;
72 static void hal_notify_callback(const fingerprint_msg_t *msg);
73};
74
75// ----------------------------------------------------------------------------
76
77class BnFingerprintDaemon: public BnInterface<IFingerprintDaemon> {
78 public:
79 virtual status_t onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply,
80 uint32_t flags = 0);
81 private:
82 bool checkPermission(const String16& permission);
83};
84
85} // namespace android
86
87#endif // IFINGERPRINT_DAEMON_H_
java層到fingerprintd的通訊這裡同樣是採用binder方式，注意到上面IFingerprintDaemon.h第30行的NOTE，需要手動保證IFingerprintDaemon.h檔案與IFingerprintDaemon.aidl檔案一致，由於java層aidl檔案編譯時會自動編譯成IFingerprintDaemon.java檔案。
當新增介面來呼叫指紋底層暴露的介面，在IFingerprintDaemon.h檔案中新增類似上面35行到68行的列舉，列舉的值需要與java層aidl自動生成的java檔案中的列舉保持一致。另外還需要在上面68行處加上描述這些介面的純虛擬函式（c++中的純虛擬函式類似java的抽象方法，用於定義介面的規範，在C++中，一個具有純虛擬函式的基類被稱為抽象類）。
如下面截圖對比，我們發現IFingerprintDaemon.cpp和java層aidl生成的IFingerprintDaemon.java在onTransact是基本一致的。這樣我們也就明白了為什麼上面說需要手動和IFingerprintDaemon.aidl保持同步了，這樣方式類似我們平時在三方應用使用aidl檔案，需要保持client端和server端aidl檔案一致。
可以看到onTransact有四個引數
code ， data ，replay ， flags
code 是一個整形的唯一標識，用於區分執行哪個方法，客戶端會傳遞此引數，告訴服務端執行哪個方法
data客戶端傳遞過來的引數
replay伺服器返回回去的值
flags標明是否有返回值，0為有（雙向），1為沒有（單向）
IFingerprintDaemon.aidl檔案生成的IFingerprintDaemon.java檔案
接著介紹下fingerprintd程序是如何和Fingerprint Hal層是如何傳遞資料的。
說到Hal層，即硬體抽象層，Android系統為HAL層中的模組介面定義了規範，所有工作於HAL的模組必須按照這個規範來編寫模組介面，否則將無法正常訪問硬體。
指紋的HAL層規範fingerprint.h在/hardware/libhardware/include/hardware/下可以看到。
我們注意到在fingerprint.h中定義了兩個結構體，分別是fingerprint_device_t和fingerprint_module_t,如下圖。
fingerprint_device_t結構體，用於描述指紋硬體裝置；fingerprint_module_t結構體，用於描述指紋硬體模組。在FingerprintDaemonProxy.cpp就是通過拿到fingerprint_device_t這個結構體來和Fingerprint HAL層通訊的。
當需要新增介面呼叫指紋底層時，在這個fingerprint.h中同樣需要新增函式指標，然後通過FingerprintDaemonProxy.cpp中拿到這個fingerprint_device_t來呼叫fingerprint.h中定義的函式指標，也就相當於呼叫指紋HAL層。
我們重點看一下它的openHal（）函式。
openHal的方法這裡主要看上面三個部分：
- ①根據名稱獲取指紋hal層模組。hw_module這個一般由指紋晶片廠商根據 fingerprint.h實現，hw_get_module是由HAL框架提供的一個公用的函式，這個函式的主要功能是根據模組ID(module_id)去查詢註冊在當前系統中與id對應的硬體物件，然後載入(load)其相應的HAL層驅動模組的*so檔案。
- ②呼叫fingerprint_module_t的open函式
- ③向hal層註冊訊息回撥函式，主要回調 註冊指紋進度，識別結果，錯誤資訊等等
- ④判斷向hal層註冊訊息回撥是否註冊成功
目前關於指紋的上層流程大致就到這兒，指紋底層就不怎麼介紹了，術業有專攻，和專業做指紋的還是有不少差距。
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