【Android车载系列】第2章车载系统启动与CarService

2023-09-08 16:02

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1 车载启动流程

车载Android启动流程基本是在Android系统的启动流程中，多了Car相关服务。其他流程基本一致，下面我们来看一下Android系统的启动流程。

1.1 Android系统启动流程

Android系统的启动，从设备的开机键长按开始到Android桌面展示，这个完整流程就是Android系统启动的流程。从系统层次角度可分为Linux 系统层、Android 系统服务层、Zygote进程模型三个阶段；从开机到启动Android桌面完成具体细节可分为Android系统启动的七个步骤。下面我们来分析一下：

1.1.1 启动电源启动系统

触当电源按下时引导芯片从预定义的地方（固化在ROM）开始执行。加载引导程序BootLoader到RAM中，然后执行。

1.1.2 启动BootLoader引导程序

引导程序BootLoader是在Android操作系统开始运行前的一个小程序，它的主要作用是将AndroidOS拉起来。

1.1.3 启动linux内核

当内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表、加载驱动。当内核完成系统设置后，它首先会在系统文件中寻找init.rc文件，并启动init.rc进程。

1.1.4 启动init进程

init进程启动做了很多工作，但是总的来说主要就是做了一下三件事：

（1）创建和挂载启动所需文件目录。

（2）初始化和启动系统属性服务。

（3）解析init.rc配置文件并启动Zygote进程。

1.1.5 启动zygote进程孵化器

程序上app_process进程启动zygote进程。zygote主要创建Java虚拟机并为Java虚拟机注册JNI方法；创建服务端Socket；预加载类和资源；启动SystemServer进程；等待AMS请求创建新的应用进程。

1.1.6 启动systemServer进程

创建并启动Binder线程池，这样可以和其他进程进行通信。

创建SystemServiceManager，其用于对系统的服务进行创建、启动和生命周期的管理。

启动系统中的各种服务。包括我们熟悉的AMS、PMS、WMS。

1.1.7 启动Launcher

被SystemServer启动的AMS会启动Launcher，Launcher启动后会将已安装应用的图标显示在桌面上。

1.2 车载Android启动的区别

车载Android启动是在前面1.1Android系统启动流程中SystemServer开始，有区别。车载Android在SystemServer中启动独有的CarService。下图虚线部分：

2 车载CarService启动

CarService是车载Android系统的核心服务之一，所有应用都需要通过CarService来查询、控制整车的状态。不仅仅是车辆控制，实际上CarService几乎就是整个车载Framework最核心的组件。提供了一系列的服务与HAL层的VehicleHAL通信，进而通过车载总线(例如CAN总线)与车身进行通讯，同时它们还为应用层的APP提供接口，从而让APP能够实现对车身的控制与状态的显示。

CarService启动流程和汽车相关的服务的启动主要依靠一个系统服务CarServiceHelperService开机时在SystemServer中启动。

2.1 CarServiceHelperService启动

SystemServer进程启动后会调用main()->run()->startOtherService()方法，通过判断当前系统是否是车载分支的版本，是则创建CarServiceHelperService。

package com.android.server;// ...public final class SystemServer {// ...        private void startOtherServices() {    // ...        if (mPackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_AUTOMOTIVE)) {            traceBeginAndSlog("StartCarServiceHelperService");            mSystemServiceManager.startService(CAR_SERVICE_HELPER_SERVICE_CLASS);            traceEnd();        }    // ...    }// ...}

SystemServer中使用Service管理代理SystemServiceManager的startService方法通过反射构建com.android.internal.car.CarServiceHelperService。CarServiceHelperService也是继承自SystemService，初始化成功后调用onStart()方法启动。

public class SystemServiceManager { // ...        @SuppressWarnings("unchecked")    public SystemService startService(String className) {        final Class serviceClass;        try {            serviceClass = (Class)Class.forName(className);        } catch (ClassNotFoundException ex) {            Slog.i(TAG, "Starting " + className);            throw new RuntimeException("Failed to create service " + className                    + ": service class not found, usually indicates that the caller should "                    + "have called PackageManager.hasSystemFeature() to check whether the "                    + "feature is available on this device before trying to start the "                    + "services that implement it", ex);        }        return startService(serviceClass);    }    public  T startService(Class serviceClass) {        try {            // ...            startService(service);            return service;        } finally {            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);        }    }    public void startService(@NonNull final SystemService service) {        // Register it.        mServices.add(service);        // Start it.        long time = SystemClock.elapsedRealtime();        try {            service.onStart();        } catch (RuntimeException ex) {            throw new RuntimeException("Failed to start service " + service.getClass().getName()                    + ": onStart threw an exception", ex);        }        warnIfTooLong(SystemClock.elapsedRealtime() - time, service, "onStart");    }// ...}

2.2 车载CarService进程启动

onStart()方法中使用AIDL启动CarService（新的进程），并加载jni库为CarService提供必要的API。CarServiceHelperService重写后的onStart()需要重点看一下：

package com.android.internal.car;// ...public class CarServiceHelperService extends SystemService {// ...     private static final String CAR_SERVICE_INTERFACE = "android.car.ICar";    @Override    public void onStart() {        Intent intent = new Intent();        intent.setPackage("com.android.car");        intent.setAction(CAR_SERVICE_INTERFACE);        if (!getContext().bindServiceAsUser(intent, mCarServiceConnection,Context.BIND_AUTO_CREATE,UserHandle.SYSTEM)) {            Slog.wtf(TAG, "cannot start car service");        }        System.loadLibrary("car-framework-service-jni");    }// ...}

2.3 CarServer启动图

大致流程分为以下几步：

1.SystemServer初始化时候调用startOtherService()。

2.startOtherService()方法通过SystemServerManager对象的startService()启动CarServiceHelperService，并调用其onStart()方法。

3.CarServiceHelperService通过bindServiceAsUser()方法启动CarService

4.CarService被创建后，onCreate方法调用进行初始化当前对象。

3 车载CarService内部实现

CarService进入启动时序后，onCreate()方法中进行一系列的自身的初始化操作，步骤如下：

1）通过HIDL接口获取到HAL层的IHwBinder对象-IVehicle，与AIDL的用法类似，必须持有IHwBinder对象我们才可以与Vehicle HAL层进行通信。

2）创建ICarImpl对象，并调用init方法，它就是ICar.aidl接口的实现类，我们需要通过它才能拿到其他的Service的IBinder对象。

3）将ICar.aidl的实现类添加到ServiceManager中。

4）设定SystemProperty，将CarService设定为创建完成状态，只有包含CarService在内的所有的核心Service都完成初始化，才能结束开机动画并发送开机广播。

@Overridepublic void onCreate() {    Log.i(CarLog.TAG_SERVICE, "Service onCreate");    mCanBusErrorNotifier = new CanBusErrorNotifier(this  );    mVehicle = getVehicle();    EventLog.writeEvent(EventLogTags.CAR_SERVICE_CREATE, mVehicle == null ? 0 : 1);    if (mVehicle == null) {        throw new IllegalStateException("Vehicle HAL service is not available.");    }    try {        mVehicleInterfaceName = mVehicle.interfaceDescriptor();    } catch (RemoteException e) {        throw new IllegalStateException("Unable to get Vehicle HAL interface descriptor", e);    }    Log.i(CarLog.TAG_SERVICE, "Connected to " + mVehicleInterfaceName);    EventLog.writeEvent(EventLogTags.CAR_SERVICE_CONNECTED, mVehicleInterfaceName);    mICarImpl = new ICarImpl(this,            mVehicle,            SystemInterface.Builder.defaultSystemInterface(this).build(),            mCanBusErrorNotifier,            mVehicleInterfaceName);    mICarImpl.init();    // 处理 HIDL 连接linkToDeath(mVehicle, mVehicleDeathRecipient);    ServiceManager.addService("car_service", mICarImpl);    SystemProperties.set("boot.car_service_created", "1");    super.onCreate();}

3.1 IVehicle对象创建

通过HIDL接口获取到HAL层的IHwBinder对象-IVehicle，与AIDL的用法类似，必须持有IHwBinder对象我们才可以与Vehicle HAL层进行通信。

@Nullableprivate static IVehicle getVehicle() {    final String instanceName = SystemProperties.get("ro.vehicle.hal", "default");    try {        return android.hardware.automotive.vehicle.V2_0.IVehicle.getService(instanceName);    } catch (RemoteException e) {        Log.e(CarLog.TAG_SERVICE, "Failed to get IVehicle/" + instanceName + " service", e);    } catch (NoSuchElementException e) {        Log.e(CarLog.TAG_SERVICE, "IVehicle/" + instanceName + " service not registered yet");    }    return null;}

3.2 实现Service服务，ICarImpl实现

接着我们再来看ICarImpl的实现，如下所示：

3.2.1 创建各个核心服务对象。

3.2.2 把服务对象缓存到CarLocalServices中，主要为了方便Service之间的相互访问。

ICarImpl(Context serviceContext, IVehicle vehicle, SystemInterface systemInterface,         CanBusErrorNotifier errorNotifier, String vehicleInterfaceName,         @Nullable CarUserService carUserService,         @Nullable CarWatchdogService carWatchdogService) {    ...    // 创建 核心服务对象mCarPowerManagementService = new CarPowerManagementService(mContext, mHal.getPowerHal(),            systemInterface, mCarUserService);    ...    // 将重要的服务缓存到 CarLocalServicesCarLocalServices.addService(CarPowerManagementService.class, mCarPowerManagementService);    CarLocalServices.addService(CarPropertyService.class, mCarPropertyService);    CarLocalServices.addService(CarUserService.class, mCarUserService);    CarLocalServices.addService(CarTrustedDeviceService.class, mCarTrustedDeviceService);    CarLocalServices.addService(CarUserNoticeService.class, mCarUserNoticeService);    CarLocalServices.addService(SystemInterface.class, mSystemInterface);    CarLocalServices.addService(CarDrivingStateService.class, mCarDrivingStateService);    CarLocalServices.addService(PerUserCarServiceHelper.class, mPerUserCarServiceHelper);    CarLocalServices.addService(FixedActivityService.class, mFixedActivityService);    CarLocalServices.addService(VmsBrokerService.class, mVmsBrokerService);    CarLocalServices.addService(CarOccupantZoneService.class, mCarOccupantZoneService);    CarLocalServices.addService(AppFocusService.class, mAppFocusService);    // 将创建的服务对象依次添加到一个list中保存起来List allServices = new ArrayList<>();    allServices.add(mFeatureController);    allServices.add(mCarUserService);    ...    allServices.add(mCarWatchdogService);    // Always put mCarExperimentalFeatureServiceController in last.addServiceIfNonNull(allServices, mCarExperimentalFeatureServiceController);    mAllServices = allServices.toArray(new CarServiceBase[allServices.size()]);}

3.2.3 将服务对象放置一个list中。这样init方法中就可以以循环的形式直接调用服务对象的init，而不需要一个个调用。VechicleHAL的程序也会在这里完成初始化。

@MainThreadvoid init() {    mBootTiming = new TimingsTraceLog(VHAL_TIMING_TAG, Trace.TRACE_TAG_HAL);    traceBegin("VehicleHal.init");    // 初始化 Vechicle HAL    mHal.init();        traceEnd();    traceBegin("CarService.initAllServices");    // 初始化所有服务    for (CarServiceBase service : mAllServices) {        service.init();    }    traceEnd();}

3.2.4 最后实现ICar.aidl中定义的各个接口就可以了

@Overridepublic IBinder getCarService(String serviceName) {    if (!mFeatureController.isFeatureEnabled(serviceName)) {        Log.w(CarLog.TAG_SERVICE, "getCarService for disabled service:" + serviceName);        return null;    }    switch (serviceName) {        case Car.AUDIO_SERVICE:            return mCarAudioService;        case Car.APP_FOCUS_SERVICE:            return mAppFocusService;        case Car.PACKAGE_SERVICE:            return mCarPackageManagerService;       ...        default:            IBinder service = null;            if (mCarExperimentalFeatureServiceController != null) {                service = mCarExperimentalFeatureServiceController.getCarService(serviceName);            }            if (service == null) {                Log.w(CarLog.TAG_SERVICE, "getCarService for unknown service:"                        + serviceName);            }            return service;    }}