Android RIL使用詳解
前言
Android作為一個通用的移動平臺，其首要的功能就是通話、短信以及上網(wǎng)等通信功能。那么，從系統(tǒng)的角度來看，Android究竟是怎么實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的交互的了？ 這篇文章里，就來看一看Android中負(fù)責(zé)通信功能的Telephony中間層，通常也被稱之為RIL(Radio Interface Layer)的具體實(shí)現(xiàn)原理與架構(gòu)。
Android手機(jī)要實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)端的通信，需要跨越兩個層：
RIL Java(RILJ)：負(fù)責(zé)將上層APP的通信請求發(fā)送給HAL層；RIL C++(RILD)： 系統(tǒng)守護(hù)進(jìn)程，負(fù)責(zé)將RILJ的請求命令發(fā)送給CP(Communication Processor)
什么是RIL
簡單的說，RIL(Radio Interface Layer)，就是將應(yīng)用程序的通信請求發(fā)送給CP的中間層，其包括兩個部分，一個是Java層RILJ,一個是C++層（不妨看作是CP對應(yīng)的HAL層）RILD。
RILJ屬于系統(tǒng)Phone進(jìn)程的一部分，隨Phone進(jìn)程啟動而加載；而RILD守護(hù)進(jìn)程是通過Android的Init進(jìn)程進(jìn)行加載的。
RIL結(jié)構(gòu)
下圖是一個Android RIL的一個結(jié)構(gòu)圖。整個通信過程有四個層：
- 最上層的是應(yīng)用程序，如通話，短信以及SIM卡管理，它們主要負(fù)責(zé)將用戶的指令發(fā)送到RIL Framework(以后統(tǒng)稱RILJ）；
- RILJ為上層提供了通用的API，如TelephonyManager(包括通話，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)； SubscriptionManager(卡狀態(tài)）以及SmsManager等，同時RILJ還負(fù)責(zé)維持與RILD的通信，并將上層的請求發(fā)送給RILD；
- RILD是系統(tǒng)的守護(hù)進(jìn)程，對于支持通話功能的移動平臺是必不可少的。RILD的功能主要功能是將RILJ發(fā)送過來的請求繼續(xù)傳遞給CP，同時會及時將CP的狀態(tài)變化發(fā)送給RILJ；
- Linux驅(qū)動層：kernel驅(qū)動層接受到數(shù)據(jù)后，將指令傳給CP，最后由CP發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)端，等網(wǎng)絡(luò)返回結(jié)果后，CP將傳回給RILD；
RILJ與RILD（RILD與CP的通信）都是通過一個個消息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。消息主要分兩種：一種是RILJ主動發(fā)送的請求（solicited），常見的有RIL_REQUEST_GET_SIM_STATUS(獲取SIM卡狀態(tài)），RIL_REQUEST_DIAL(撥打電話），RIL_REQUEST_SEND_SMS（發(fā)送短信），RIL_REQUEST_GET_CURRENT_CALLS（獲取當(dāng)前通話狀態(tài)），RIL_REQUEST_VOICE_REGISTRATION_STATE（獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)）； 另一種則是從CP主動上報給RIL的消息（unsolicited)，如網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時，CP會上報RIL_UNSOL_RESPONSE_VOICE_NETWORK_STATE_CHANGED，有新短信時，會上報RIL_UNSOL_RESPONSE_NEW_SMS，有來電時會上報RIL_UNSOL_CALL_RING。
RIL相關(guān)的請求命令與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都定義在/android/hardware/ril/include/telephony/ril.h
在整個過程中，有幾個關(guān)鍵問題：
- 上層是如何得知RILJ狀態(tài)變化的；
- RILJ與RILD是怎么進(jìn)行通信的？
- RILJD與CP又是如何進(jìn)行通信的？
圍繞這三個問題點(diǎn)，我們來看一下具體的細(xì)節(jié)。
上層如何得知RILJ狀態(tài)變化
為方便上層實(shí)時監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、通話狀態(tài)以及CP的狀態(tài)變化，RIL提供了一個專門的監(jiān)聽接口IPhoneStateListener.aidl，上層需要監(jiān)聽上述狀態(tài)變化時，只需要實(shí)現(xiàn)上述接口,并在Android系統(tǒng)服務(wù)TelephonyRegistry中對上述接口實(shí)現(xiàn)進(jìn)行注冊：
public void listen(String pkgForDebug, IPhoneStateListener callback, int events, boolean notifyNow);
另外，也可以在TelephonyManager中對RIL狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)聽：
public void listen(PhoneStateListener listener, int events)
源代碼:/android/frameworks/base/telephony/java/com/android/internal/telephony/IPhoneStateListener.aidl
oneway interface IPhoneStateListener {
void onServiceStateChanged(in ServiceState serviceState);
void onSignalStrengthChanged(int asu);
void onMessageWaitingIndicatorChanged(boolean mwi);
void onCallForwardingIndicatorChanged(boolean cfi);
// we use bundle here instead of CellLocation so it can get the right subclass
void onCellLocationChanged(in Bundle location);
void onCallStateChanged(int state, String incomingNumber);
void onDataConnectionStateChanged(int state, int networkType);
void onDataActivity(int direction);
void onSignalStrengthsChanged(in SignalStrength signalStrength);
void onOtaspChanged(in int otaspMode);
void onCellInfoChanged(in List<CellInfo> cellInfo);
void onPreciseCallStateChanged(in PreciseCallState callState);
void onPreciseDataConnectionStateChanged(in PreciseDataConnectionState dataConnectionState);
void onDataConnectionRealTimeInfoChanged(in DataConnectionRealTimeInfo dcRtInfo);
void onVoLteServiceStateChanged(in VoLteServiceState lteState);
void onOemHookRawEvent(in byte[] rawData);
void onCarrierNetworkChange(in boolean active);
void onFdnUpdated();
void onVoiceRadioBearerHoStateChanged(int state);
}
RILJ與RILD如何通信
RILJ在創(chuàng)建過程中，會啟動兩個線程：RILSender和RILReceiver,RILSender負(fù)責(zé)將指令發(fā)送給RILD,而RILReceiver則負(fù)責(zé)從讀取從RILD發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。RILJ與RILD的通信通道就是在RILReceiver中建立起來的。
我們來看一看RILReciver的代碼：
class RILReceiver implements Runnable {
byte[] buffer;
RILReceiver() {
...
@Override
public void
run() {
int retryCount = 0;
String rilSocket = "rild";
// 嘗試與RILD建立連接
try {for (;;) {
LocalSocket s = null;
LocalSocketAddress l;
if (mInstanceId == null || mInstanceId == 0 ) {
rilSocket = SOCKET_NAME_RIL[0];
} else {
rilSocket = SOCKET_NAME_RIL[mInstanceId];
}
try {
s = new LocalSocket();
l = new LocalSocketAddress(rilSocket,
LocalSocketAddress.Namespace.RESERVED);
s.connect(l);
} catch (IOException ex){
...
// don't print an error message after the the first time
// or after the 8th time
if (retryCount == 8) {
Rlog.e (RILJ_LOG_TAG,
"Couldn't find '" + rilSocket
+ "' socket after " + retryCount
+ " times, continuing to retry silently");
} else if (retryCount >= 0 && retryCount < 8) {
Rlog.i (RILJ_LOG_TAG,
"Couldn't find '" + rilSocket
+ "' socket; retrying after timeout");
}
...
retryCount++;
continue;
}
retryCount = 0;
mSocket = s;
// 從socket讀取數(shù)據(jù)
int length = 0;
try {
InputStream is = mSocket.getInputStream();
for (;;) {
Parcel p;
length = readRilMessage(is, buffer);
if (length < 0) {
// End-of-stream reached
break;
}
p = Parcel.obtain();
p.unmarshall(buffer, 0, length);
p.setDataPosition(0);
processResponse(p);
p.recycle();
}
} catch (java.io.IOException ex) {
Rlog.i(RILJ_LOG_TAG, "'" + rilSocket + "' socket closed",
ex);
} catch (Throwable tr) {
Rlog.e(RILJ_LOG_TAG, "Uncaught exception read length=" + length +
"Exception:" + tr.toString());
}
//無法讀取數(shù)據(jù)，將CP狀態(tài)設(shè)置為不可用
setRadioState (RadioState.RADIO_UNAVAILABLE);
...
mSocket = null;
RILRequest.resetSerial();
// Clear request list on close
clearRequestList(RADIO_NOT_AVAILABLE, false);
}} catch (Throwable tr) {
Rlog.e(RILJ_LOG_TAG,"Uncaught exception", tr);
}
}
}
RILReceiver啟動時，會建立一個UNIX Domain socket(LocalSocket，kernel層對應(yīng)/dev/socket/rild)，與RILD進(jìn)行通信，然后一直從socket中讀取數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳給上層。連接成功后，RILD會發(fā)送一個消息給RILJ，表示連接成功了，這樣RILJ就可以將請求數(shù)據(jù)發(fā)送給RILD，進(jìn)行通信了。
RILD與CP如何進(jìn)行通信
RILD與CP（可以看做是兩個運(yùn)行在不同CPU上的進(jìn)程通信）交換數(shù)據(jù)方式一般有兩種情況。如果AP與CP集中在一個芯片上，如高通的平臺就是將AP與CP集中在一塊芯片上，這時通常采用共享內(nèi)存的方式實(shí)現(xiàn)跨進(jìn)程通信；而如果不是在同一塊芯片，而是AP與CP分別采用不同廠商的平臺，則一般采用字符設(shè)備(character devices) 進(jìn)行通信?？偟恼f來，共享內(nèi)存的方式在速度上要優(yōu)于字符設(shè)備。
接下來，主要介紹下RILJ部分的代碼結(jié)構(gòu)。
RILJ代碼結(jié)構(gòu)
RIL Framework (RILJ)的代碼按照功能來劃分的話，主要有以下幾個組成部分：
- 管理網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)（信號強(qiáng)度，網(wǎng)絡(luò)注冊狀態(tài)等）:ServiceStateTracker等；
- 通話管理（撥號，接聽，呼叫等待等）：CallManager,GsmCallTracker等
- SMS短信接收發(fā)送：InboundSMSHandler,SmsDispater等
- SIM卡管理：UiccController,SubscriptionsController等
- 數(shù)據(jù)鏈接管理：DcTracker,DctController等
- Telephony 大管家：PhoneBase,GsmPhone,PhoneProxy等
以上代碼主要位于兩個目錄：
- /android/frameworks/opt/telephony/（負(fù)責(zé)與RILD交互）
- /android/frameworks/base/telephony/（對上層提供接口）
下面，以撥打電話的流程作為示例看一看RIL是如何發(fā)揮作用的。
示例：CALL流程
下圖是一個MO(Mobile Originated) 通話流程簡圖：
- APP向TelecomManager發(fā)送撥號請求（關(guān)于TelecomManager可以參考另一篇文章Android Telecom系統(tǒng)服務(wù)）；
- TelecomManager將通話請求發(fā)送給GsmPhone；
- GsmPhone繼續(xù)將指令傳遞給GsmCallTracker；
- GsmCallTracker調(diào)用RILJ，RILJ將通話請求發(fā)送給RILD；
- RILD接收到通話指令時，發(fā)送給CP；
- CP發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)，MT(Mobile Terminal)收到通話后，告知網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)將該信息傳遞給MO已將通話信息發(fā)送給MT了（就是手機(jī)發(fā)出嘟嘟聲音的時候）：通話狀態(tài)由DIALING –> ALERTING；
- RILD收到通話狀態(tài)變化的消息后，發(fā)送一個UNSOL_RESPONSE_CALL_STATE_CHANGED的消息給RILJ；
- RILJ通知GsmCallTracker通話狀態(tài)變化了；
- GsmCallTracker主動查詢CALL狀態(tài)：pollCallWhenSafe()，確保得到的信息是對的，沒有發(fā)生變化；
- RILJ給RILD發(fā)送getCurrentCalls()的請求；
- RILD獲取到CALL狀態(tài)后，上報給RILJ，再由RILJ返回結(jié)果給GsmCallTracker
- GsmCallTracker得到確定的CALL狀態(tài)后，通知GsmPhone：notifyPreciseCallStateChanged();
- GsmPhone將CALL狀態(tài)變化的消息告知Telecom系統(tǒng)服務(wù)；
- 最后，Telecom系統(tǒng)服務(wù)發(fā)送CALL狀態(tài)變化的廣播給上層APP
到這一步后，通話并沒有開始，如果MT接聽了電話，則MO會收到CALL狀態(tài)變化的信息，然后，才真正開始建立通話鏈接。
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