Android telephony整体结构_android telephony架构

1.整体介绍

1.1 基础概念

1、通信整体构成
首先从硬件层面上来说，手机的设计都是手机芯片+信号处理模块，信号处理模块可以处理modem(调制解调器)+RF(射频)+UICC(通用集成电路卡，即电话卡) 。

2、AP和BP
其中Android系统、UI和应用程序运行在手机芯片上，我们称之为AP端
手机视频通讯控制运行在信号处理模块上的芯片上，我们称之为BP端
这么设计核心优势主要是不管操作系统怎么变，通信模块都是相同的。数据都不会出错，增加稳定性

1.2 相关代码

1、大部分源码aosp都有，由于各个厂商定制的不同，在芯片厂商提供给手机厂商的原始代码和aosp的路径还是有部分差异和定制。以下代码路径以MTK方案举例。MTK部分型号芯片也在vendor路径下单独提供了实现的代码。但这不影响我们学习通信模块。这部分表格中我就没有列出来了。

1.3 软件结构

1、功能说明
由于BP的设计都是这样，于是不管你是ios还是安卓或是塞班还是老人机，通信模块提供给我们的功能就这么五个部分：UICC、ServiceState、DataConnect、Call、SMS

2、简单的画了一张Android通信模块的架构图，功能设计完全按照Android分层而来

 通信模块架构图

软件架构图中其他几个功能点简单介绍

2.RIL详细介绍

2.1 phone进程

packages\services\Telephony
phone进程是各个功能详细模块framework开始的地方
1、自启动

 <application android:name="PhoneApp"
            android:persistent="true"

在elephony#AndroidManifest.xml中有persistent标记。有此标记AMS会持续保证进程(com.android.phone)存活，意外挂掉也会自动重启。所以PhoneApp(telephony的Application)就是最初的代码入口

public class PhoneApp extends Application {
    public void onCreate() {
        mPhoneGlobals = new PhoneGlobals(this);
        mPhoneGlobals.onCreate();
        mTelephonyGlobals = new TelephonyGlobals(this);
        mTelephonyGlobals.onCreate();

2、PhoneGlobals#onCreate
在PhoneGlobals的构造函数里，开始了Phone对象的创建(makeDefaultPhones).

public void onCreate() {
        PhoneFactory.makeDefaultPhones(this);
    }

public static void makeDefaultPhone(Context context) {
    //有几张卡创建几个Phone对象
    sPhones = new Phone[numPhones];
    //创建RILJ对象
    sCommandsInterfaces = new RIL[numPhones];

2.2 RIL

在Android8.0之前，RILJ和modem通信时通过socket连接发送AT指令来进行通信。现在的版本已经改用HIDL通信的方式。HIDL和AIDL很类似。可以简单的理解为绑定底层的服务来作用到对应的功能上。

2.2.1 RILJ

基本代码结构

public class RIL extends BaseCommands implements CommandsInterface
public abstract class BaseCommands implements CommandsInterface 
public interface CommandsInterface 

这里的RIL类就是我们口中的RILJ，采用依赖倒转原则，定义功能。
<1>、 CommandsInterface接口中定义一些常量表示状态，再抽象一些方法。
<2>、抽象类实现方法，观察者模式 register、unregister注册监听。留空一些方法具体实现在RIL类中实现
<3>、RIL类则是具体的功能实现。
<4>、在BaseCommands中定义了大量RegistrantList和Registrant对象，这两个对象是对handler消息的封装，结合register注册的监听，就能把从RILD发送上来的消息传递给监听的对象
<5>、RILJ消息的下发和接收都是通过HIDL拿到radio service，间接通过hidl service来操作和modem之间消息的上传和下发。
获得radio hidl service
RIL.java中RIL#getRadioProxy

public IRadio getRadioProxy(Message result) {
        ...
        try {
            mRadioProxy = IRadio.getService(HIDL_SERVICE_NAME[mPhoneId == null ? 0 : mPhoneId],true);   // mPhoneId sim卡id，一张卡一个service
             if (mRadioProxy != null) {
                mRadioProxy.linkToDeath(mRadioProxyDeathRecipient,
                        mRadioProxyCookie.incrementAndGet());
                mRadioProxy.setResponseFunctions(mRadioResponse, mRadioIndication);
            } else {
                riljLoge("getRadioProxy: mRadioProxy == null");
            }
        ...
        return mRadioProxy;
    }

下发

@Override
    public void getIccCardStatus(Message result) {
        IRadio radioProxy = getRadioProxy(result);
        if (radioProxy != null) {
             // 封装要发送的数据
            RILRequest rr = obtainRequest(RIL_REQUEST_GET_SIM_STATUS, result,
                    mRILDefaultWorkSource);
      
            if (RILJ_LOGD) riljLog(rr.serialString() + "> " + requestToString(rr.mRequest));
 
            try {
                // 调用到HIDL 提供的radioservice
                radioProxy.getIccCardStatus(rr.mSerial);
            } catch (RemoteException | RuntimeException e) {
                handleRadioProxyExceptionForRR(rr, "getIccCardStatus", e);
            }
        }
    }

上传
在获得hw aodio service的时候，setResponseFunctions(mRadioResponse, mRadioIndication)传入了两个对象，他们负责消息的接收和监听。
这里随便复制了一个状态改变的回调：RadioIndication#radioStateChanged

public void radioStateChanged(int indicationType, int radioState) {
        mRil.processIndication(indicationType);
 
        CommandsInterface.RadioState newState = getRadioStateFromInt(radioState);
        if (RIL.RILJ_LOGD) {
            mRil.unsljLogMore(RIL_UNSOL_RESPONSE_RADIO_STATE_CHANGED, "radioStateChanged: " +
                    newState);
        }
 
        mRil.setRadioState(newState);
    }

2.2.2 RILD

RILD程序架构图清晰的表示了RILD的一个初始化过程。归纳为如下四点
1、ril.cpp来统管功能，具体实现在ril_event,reference_ril,atchanel,ril_service里
2、第一个流程：startEventLoop开启loop循环
3、第二个流程：rilInit初始化，打开AT通道流程
4、第三个流程: 注册回调函数，ril管理

2.2.2.1、loop循环简要说明

第一个流程开启loop循环后，按流程图走到ril_event#ril_event_loop方法，这里和handler原理中loop循环类似，无限循环查找处理三个链表中的event，下面截取最后循环的代码和链表结构体

static struct ril_event * watch_table[MAX_FD_EVENTS];
static struct ril_event timer_list;
static struct ril_event pending_list;
 
struct ril_event {
    struct ril_event *next;
    struct ril_event *prev;
 
    int fd;
    int index;
    bool persist;
    struct timeval timeout;
    ril_event_cb func;
    void *param;
};
 
void ril_event_loop()
{
    for (;;) {
        // Check for timeouts
        processTimeouts();
        // Check for read-ready
        processReadReadies(&rfds, n);
        // Fire away
        firePending();
    }
}

2.2.2.2、打开AT通道简要说明

打开AT通道，按代码流程rilInit走到at_open时，主要执行了readerLoop，在readerLoop中，此时AT通道有消息就会被处理。分别由s_unsolHandler 处理主动上报的消息(比如有短消息)，processLine经过上层请求过后的需要回复到上层的消息，比如请求sim卡信息

static void *readerLoop(void *arg __unused)
{
    for (;;) {
            line1 = strdup(line);
            line2 = readline();
            if (s_unsolHandler != NULL) {
                s_unsolHandler (line1, line2);
            }
        } else {
            processLine(line);
        }
}

s_unsolHandler上报到RILJ

// ril.cpp
void RIL_onUnsolicitedResponse(int unsolResponse, const void *data,
                                size_t datalen) {
    ret = s_unsolResponses[unsolResponseIndex].responseFunction(
            (int) soc_id, responseType, 0, RIL_E_SUCCESS, const_cast<void*>(data),
            datalen);
 
static UnsolResponseInfo s_unsolResponses[] = {
#include "ril_unsol_commands.h"
};
 
//ril_unsol_commands.h
    {RIL_UNSOL_RESPONSE_RADIO_STATE_CHANGED, radio::radioStateChangedInd, WAKE_PARTIAL},
    {RIL_UNSOL_RESPONSE_CALL_STATE_CHANGED, radio::callStateChangedInd, WAKE_PARTIAL},
    {RIL_UNSOL_RESPONSE_VOICE_NETWORK_STATE_CHANGED, radio::networkStateChangedInd, WAKE_PARTIAL},
    ...
 
// ril_service.cpp
int radio::radioStateChangedInd(int slotId,
        Return<void> retStatus = radioService[slotId]->mRadioIndication->radioStateChanged(
                convertIntToRadioIndicationType(indicationType), radioState);
        radioService[slotId]->checkReturnStatus(retStatus);
    }
    return 0;
}
sp<RadioImpl> radioService[SIM_COUNT];
struct RadioImpl : public V1_1::IRadio {
    int32_t mSlotId;
    sp<IRadioResponse> mRadioResponse;
    sp<IRadioIndication> mRadioIndication;

<1>处理先也是流程化传递，先是ril.cpp的RIL_onUnsolicitedResponse然后通过结构体传递到ril_unsol_commands.h里声明的radio::radioStateChangedInd等方法
<2>radio::radioStateChangedInd等方法的具体实现在ril_service.cpp中
<3>ril_service在实现的时候，上报就交给了ril_service中RadioImpl结构体里的mRadioResponse和mRadioIndication。这两个对象就是2.2.1、RILJ小结获得hw radio service的时候传进来的两个对象。
<4>总结一下就是rild初始化打开AT通道后，从AT通道中读到要上报的消息时，交给mRadioResponse和mRadioIndication来上报。RILJ拿到的hw radio service 就是ril_service
<5>RadioImpl 这个将在第三部分讲，可以简单理解它为ril_service的代理。
processLine上报
这种上报也有几种类型

static void processLine(const char *line)
{
 if (sp_response == NULL) {
        /* no command pending */  
        handleUnsolicited(line); //  1、主动上报
    } else if (isFinalResponseSuccess(line)) {
        sp_response->success = 1;
        handleFinalResponse(line); // 2、成功,标准响应
    } else if (isFinalResponseError(line)) {
        sp_response->success = 0;
        handleFinalResponse(line);  // 3、失败，标准响应
    }  else if (s_smsPDU != NULL && 0 == strcmp(line, "> ")) {
        // See eg. TS 27.005 4.3
        // Commands like AT+CMGS have a "> " prompt
        writeCtrlZ(s_smsPDU);   // 4、收到>符号，发送sms数据再继续等待响应
        s_smsPDU = NULL;
    }  else switch (s_type) {   // 5、命令有具体的响应信息需要对应分析
        // case中省略了处理方法
        case NO_RESULT:
        case NUMERIC:
        case SINGLELINE:
        case MULTILINE:
        break;
 
// 这里以handleFinalResponse举例
static void handleFinalResponse(const char *line)
{
    // 把消息返回RILJ
    sp_response->finalResponse = strdup(line);
    //s_commandcond脱离阻塞状态 
    pthread_cond_signal(&s_commandcond);
}
 
static int at_send_command_full_nolock (const char *command, ATCommandType type,
                    const char *responsePrefix, const char *smspdu,
                    long long timeoutMsec, ATResponse **pp_outResponse)
{
    while (sp_response->finalResponse == NULL && s_readerClosed == 0) {
        if (timeoutMsec != 0) {
            err = pthread_cond_timedwait(&s_commandcond, &s_commandmutex, &ts);
        } else {
            err = pthread_cond_wait(&s_commandcond, &s_commandmutex);
        }
 
    if (pp_outResponse == NULL) {
        at_response_free(sp_response);
    } else {
        /* line reader stores intermediate responses in reverse order */
        reverseIntermediates(sp_response);
        *pp_outResponse = sp_response;
    }
 
int at_send_command (const char *command, ATResponse **pp_outResponse) {
    err = at_send_command_full (command, NO_RESULT, NULL,
                                    NULL, 0, pp_outResponse);
}
 
//ril_service.cpp
static void onRequest (int request, void *data, size_t datalen, RIL_Token t) {
            err = at_send_command_numeric("AT+CIMI", &p_response);

<1>processLine处理也有5种类型，流程上都类似。以handleFinalResponse普通流程举例
<2>从handleFinalResponse线程锁跟踪到at_send_command_full_nolock，线程解锁被再次唤醒过后把结果传给了函数参数*pp_outResponse。
<3>再跟踪at_send_command_full_nolock方法的调用流程，来自at_send_command 方法。而这个pp_outResponse就是这样传过来的。
<4>最后截取了ril_service.cpp中一次包含response的请求代码片段
<5>所以AT请求下发也是ril_service.cpp中众多方法间接调用at_send_command传递即可。

2.2.2.3、注册回调函数，ril管理说明

RIL_register (const RIL_RadioFunctions *callbacks) {
    radio::registerService(&s_callbacks, s_commands);
}
//ril_service.cpp
void radio::registerService(RIL_RadioFunctions *callbacks, CommandInfo *commands) {
    s_vendorFunctions = callbacks;
    s_commands = commands;
    for (int i = 0; i < simCount; i++) {
        radioService[i] = new RadioImpl;
}

<1>注册函数就简单了，注册时把callback传进来还为每一张SIM卡创建了一个RadioImpl对象
<2>radioService这里就对RIL进行收发管理。

2.2.2.4、RILD小结

<1>RILJ层通过HIDL拿到reference-ril.c提供的radio service，通过service来下发和上传回调
<2>ril.cpp通过三大流程调用，来实现rild的功能。
<3>radio service下发是调用atchannel.c中at_send_command来给modem发送at指令
<4>radio service上传是通过set的两个回调接口向RILJ传递信息。或者通过at_send_command传递的response回传消息

三、写在最后

对于Android通信模块来说，主要学习的是流程跟踪。从调用栈来讲，不管是读取SIM卡信息or状态，还是上网、拨号、发短信。都是通过RIL层来转发AT指令。通过对RIL的了解以达到了解整个通信模块咋个工作的目的。如果要具体的去修改或者维护telephony模块，还需要对具体功能的流程进行分析掌握，才能游刃有余。

read the fucking source code!