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Android 车载应用开发指南 - CarService 详解（下）

article 2024/11/15 11:09:10

车载应用正在改变人们的出行体验。从导航到娱乐、从安全到信息服务，车载应用的开发已成为汽车智能化发展的重要组成部分。而对于开发者来说，如何将自己的应用程序无缝集成到车载系统中，利用汽车的硬件和服务能力，是一个极具挑战性的话题

那么，在Android平台上开发车载应用时，CarService究竟扮演了什么样的角色？它的功能和使用方法有哪些关键点？

随着车联网技术的普及，车载应用的种类和功能也在迅速增加，从简单的导航和音乐播放，到智能语音助手、驾驶行为分析等多样化的服务。CarService作为Android车载应用开发的基础组件，为开发者提供了与车辆深度交互的能力。在未来，车载应用的智能化、个性化将进一步提升驾驶体验，并成为汽车产品竞争的重要元素。

03 CarService 实现原理

想要弄清楚CarService实现方式，首先需要搞明白CarService的启动流程。

CarService 启动流程主要分为以下四个步骤：

  1. SystemServer 启动 CarServiceHelperService 服务

  2. 在调用 startService() 后，CarServiceHelperService 的onStart() 方法通过 bindService 的方式启动 CarService（一个系统级别的 APK，位于 system/priv-app）

  3. 启动 CarService 后首先调用 onCreate()，创建 ICarImpl 对象并初始化，在此时创建了一系列 Car 相关的核心服务，并遍历 init 初始化

  4. 然后调用 onBind 将该 ICarImpl 对象返回给CarServiceHelperService，CarServiceHelperService 在内部的一个 Binder 对象 ICarServiceHelperImpl传递给 CarService，建立双向跨进程

3.1 启动 CarServiceHelperService 服务

SystemServer会在startOtherServices()方法中让SystemServiceManager先通过反射的形式创建出StartCarServiceHelperService对象。

  • 源码路径：frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

 private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {     ...     // 仅在 automotive 中启动     if (mPackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_AUTOMOTIVE)) {         t.traceBegin("StartCarServiceHelperService");         final SystemService cshs = mSystemServiceManager             .startService(CAR_SERVICE_HELPER_SERVICE_CLASS);         if (cshs instanceof Dumpable) {             mDumper.addDumpable((Dumpable) cshs);         }         if (cshs instanceof DevicePolicySafetyChecker) {             dpms.setDevicePolicySafetyChecker((DevicePolicySafetyChecker) cshs);         }         t.traceEnd();     }     ... }

然后在SystemServiceManager中调用StartCarServiceHelperService的onStart()方法。

CarServiceHelperService是CarService的 SystemService 端的配套服务。

  • 源码路径： 

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/SystemServiceManager.java​​​​​​​

 public SystemService startService(String className) {     final Class<SystemService> serviceClass = loadClassFromLoader(className,             this.getClass().getClassLoader());     return startService(serviceClass); }  public void startService(@NonNull final SystemService service) {     // Register it. mServices.add(service);     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"); } 

3.2 绑定 CarService 服务

  • 源码路径：frameworks/opt/car/services/src/com/android/internal/car/CarServiceHelperService.java​​​​​​​

     private static final String CAR_SERVICE_INTERFACE = "android.car.ICar";      @Override     public void onStart() {         EventLog.writeEvent(EventLogTags.CAR_HELPER_START);          IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_REBOOT);         filter.addAction(Intent.ACTION_SHUTDOWN);         mContext.registerReceiverForAllUsers(mShutdownEventReceiver, filter, null, null);         mCarWatchdogDaemonHelper.addOnConnectionChangeListener(mConnectionListener);         mCarWatchdogDaemonHelper.connect();         Intent intent = new Intent();         intent.setPackage("com.android.car");  // 绑定包名，设置广播仅对该包有效         intent.setAction(CAR_SERVICE_INTERFACE);  // 绑定 action，表明想要启动能够响应设置的这个 action 的活动，并在清单文件 AndroidManifest.xml 中设置 action 属性         // 绑定后回调         if (!mContext.bindServiceAsUser(intent, mCarServiceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE,                 mHandler, UserHandle.SYSTEM)) {             Slogf.wtf(TAG, "cannot start car service");         }         loadNativeLibrary();     }

  • 源码路径：packages/services/Car/service/AndroidManifest.xml

sharedUserId 是系统级别的，类似 SystemUI，它编译出来同样是一个 APK 文件

  • 设备文件路径：/system/priv-app/CarService/CarService.apk

 <manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"         xmlns:androidprv="http://schemas.android.com/apk/prv/res/android"         package="com.android.car"         coreApp="true"         android:sharedUserId="android.uid.system">      ......     <application android:label="@string/app_title"          android:directBootAware="true"          android:allowBackup="false"          android:persistent="true">          <service android:name=".CarService"              android:singleUser="true"              android:exported="true">             <intent-filter>                 <action android:name="android.car.ICar"/>             </intent-filter>         </service>         ......     </application>

3.3 CarService 初始化

CarService进入启动时序后，会在onCreate()方法中进行一系列自身的初始化操作，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。

  • 源码路径：packages/services/Car/service/src/com/android/car/CarService.java​​​​​​​

     @Override     public void onCreate() {         LimitedTimingsTraceLog initTiming = new LimitedTimingsTraceLog(CAR_SERVICE_INIT_TIMING_TAG,                 Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER, CAR_SERVICE_INIT_TIMING_MIN_DURATION_MS);         initTiming.traceBegin("CarService.onCreate");          initTiming.traceBegin("getVehicle");         // 获取 hal 层的 Vehicle service         mVehicle = getVehicle();         initTiming.traceEnd();         ...         //创建 ICarImpl 实例         mICarImpl = new ICarImpl(this,                 mVehicle,                 SystemInterface.Builder.defaultSystemInterface(this).build(),                 mVehicleInterfaceName);         //然后调用 ICarImpl 的 init 初始化方法         mICarImpl.init();          linkToDeath(mVehicle, mVehicleDeathRecipient);         //将该 service 注册到 ServiceManager         ServiceManager.addService("car_service", mICarImpl);         //设置 boot.car_service_created 属性         SystemProperties.set("boot.car_service_created", "1");          super.onCreate();          initTiming.traceEnd(); // "CarService.onCreate"     }      @Nullable     private static IVehicle getVehicle() {         final String instanceName = SystemProperties.get("ro.vehicle.hal", "default");          try {             //该 service 启动文件 hardware/interfaces/automotive/vehicle/2.0/default/android.hardware.automotive.vehicle@2.0-service.rc             return android.hardware.automotive.vehicle.V2_0.IVehicle.getService(instanceName);         } catch (RemoteException e) {             Slog.e(CarLog.TAG_SERVICE, "Failed to get IVehicle/" + instanceName + " service", e);         } catch (NoSuchElementException e) {             Slog.e(CarLog.TAG_SERVICE, "IVehicle/" + instanceName + " service not registered yet");         }         return null;     }

接着再看ICarImpl的实现，如下所示：

1）创建各个核心服务对象

2）把服务对象缓存到 CarLocalServices 中，这里主要是为了方便 Service 之间的相互访问

  • 源码路径：

/packages/services/Car/service/src/com/android/car/ICarImpl.java​​​​​​​

     @VisibleForTesting     ICarImpl(Context serviceContext, IVehicle vehicle, SystemInterface systemInterface,             String vehicleInterfaceName,             @Nullable CarUserService carUserService,             @Nullable CarWatchdogService carWatchdogService,             @Nullable ICarPowerPolicySystemNotification powerPolicyDaemon) {         ...         mContext = serviceContext;         mSystemInterface = systemInterface;         CarLocalServices.addService(SystemInterface.class, mSystemInterface);         //创建 VehicleHal 对象         mHal = constructWithTrace(t, VehicleHal.class,                 () -> new VehicleHal(serviceContext, vehicle));         ...         // 创建核心服务对象，并缓存到 CarLocalServices         mCarPropertyService = constructWithTrace(t, CarPropertyService.class, () -> new CarPropertyService(serviceContext, mHal.getPropertyHal()));         mCarDrivingStateService = constructWithTrace(t, CarDrivingStateService.class,() -> new CarDrivingStateService(serviceContext, mCarPropertyService));         mCarUXRestrictionsService = constructWithTrace(t, CarUxRestrictionsManagerService.class, () -> new CarUxRestrictionsManagerService(serviceContext, mCarDrivingStateService, mCarPropertyService));         ...          // 将创建的服务对象依次添加到一个 list 中保存起来         List<CarServiceBase> allServices = new ArrayList<>();         allServices.add(mFeatureController);         allServices.add(mCarUXRestrictionsService); // mCarUserService depends on it         allServices.add(mCarUserService);         allServices.add(mSystemActivityMonitoringService);         allServices.add(mCarPowerManagementService);         allServices.add(mCarPropertyService);         allServices.add(mCarDrivingStateService);         allServices.add(mCarOccupantZoneService);         addServiceIfNonNull(allServices, mOccupantAwarenessService);         allServices.add(mCarPackageManagerService);         allServices.add(mCarInputService);         allServices.add(mGarageModeService);            ...     }      @MainThread     void init() {         LimitedTimingsTraceLog t = new LimitedTimingsTraceLog(CAR_SERVICE_INIT_TIMING_TAG,                 Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER, CAR_SERVICE_INIT_TIMING_MIN_DURATION_MS);          t.traceBegin("ICarImpl.init");          t.traceBegin("VHAL.init");         mHal.init();         t.traceEnd();          t.traceBegin("CarService.initAllServices");         //启动的所有服务遍历调用 init 初始化（各个都继承了 CarServiceBase）         for (CarServiceBase service : mAllServices) {             t.traceBegin(service.getClass().getSimpleName());             service.init();             t.traceEnd();         }         t.traceEnd(); // "CarService.initAllServices"          t.traceEnd(); // "ICarImpl.init"     }

然后将上面 onCreate() 创建的 mICarImpl 对象返回：

  1. onBind() 回调方法会继续传递通过 bindService() 传递来的 intent 对象（即上面的bindServiceAsUser方法）

  2. onUnbind() 会处理传递给 unbindService() 的 intent 对象。如果 service 允许绑定，onBind() 会返回客户端与服务互相联系的通信句柄

  • 源码路径：

/packages/services/Car/service/src/com/android/car/CarService.java​​​​​​​

     @Override     public IBinder onBind(Intent intent) {         return mICarImpl;     }

所以此处的 mICarImpl 会作为 IBinder 返回给CarServiceHelperService.java - bindServiceAsUser方法中的参数 mCarServiceConnection（回调）

3.4 回调 ServiceConnection

  • ICarImpl 初始化完毕，会作为 IBinder 返回给CarServiceHelperService.java - bindServiceAsUser方法中绑定此服务的 mCarServiceConnection（回调）

mCarServiceConnection 初始化如下：

  1. 其中返回的 ICarImpl 被保存在了 CarServiceHelperService 的 mCarService

  2. mCarService.transact 跨进程通信，调用 ICar.aidl 中定义的第一个方法 setCarServiceHelper

  • 源码路径：

/frameworks/opt/car/services/src/com/android/internal/car/CarServiceHelperService.java​​​​​​​

 private static final String CAR_SERVICE_INTERFACE = "android.car.ICar"; private IBinder mCarService; private final ICarServiceHelperImpl mHelper = new ICarServiceHelperImpl();      private final ServiceConnection mCarServiceConnection = new ServiceConnection() {         @Override         public void onServiceConnected(ComponentName componentName, IBinder iBinder) {             if (DBG) {                 Slogf.d(TAG, "onServiceConnected: %s", iBinder);             }             handleCarServiceConnection(iBinder);         }          @Override         public void onServiceDisconnected(ComponentName componentName) {             handleCarServiceCrash();         }     };          @VisibleForTesting     void handleCarServiceConnection(IBinder iBinder) {         synchronized (mLock) {             if (mCarServiceBinder == iBinder) {                 return; // already connected.             }             Slogf.i(TAG, "car service binder changed, was %s new: %s", mCarServiceBinder, iBinder);             //1. 返回的 ICarImpl 被保存在了 CarServiceHelperService 的 mCarServiceBinder             mCarServiceBinder = iBinder;             Slogf.i(TAG, "**CarService connected**");         }          sendSetSystemServerConnectionsCall();         ...     }      private void sendSetSystemServerConnectionsCall() {         Parcel data = Parcel.obtain();         data.writeInterfaceToken(CAR_SERVICE_INTERFACE);         data.writeStrongBinder(mHelper.asBinder());         //将 ICarServiceHelperImpl 类型的对象作为数据跨进程传递         data.writeStrongBinder(mCarServiceConnectedCallback.asBinder());         IBinder binder;         synchronized (mLock) {             binder = mCarServiceBinder;         }         int code = IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION;         try {             //2. 跨进程传输             //对端是 mCarService 即 ICarImpl，调用 binder 的 transact 进行跨进程通信             //其 code 代表需要调用的对端方法，data 为携带的传输数据             //FIRST_CALL_TRANSACTION  = 0x00000001，即调用对端 ICar.aidl 中定义的第一个方法 setCarServiceHelper             if (VERBOSE) Slogf.v(TAG, "calling one-way binder transaction with code %d", code);             // oneway void setSystemServerConnections(in IBinder helper, in IBinder receiver) = 0;             binder.transact(code, data, null, Binder.FLAG_ONEWAY);             if (VERBOSE) Slogf.v(TAG, "finished one-way binder transaction with code %d", code);         }         ...     }

跨进程 setSystemServerConnections​​​​​​​

     @Override     public void setSystemServerConnections(IBinder helper, IBinder receiver) {         Bundle bundle;         try {             EventLog.writeEvent(EventLogTags.CAR_SERVICE_SET_CAR_SERVICE_HELPER,                     Binder.getCallingPid());             assertCallingFromSystemProcess();             //将 ICarServiceHelper 的代理端保存在 ICarImpl 内部 mICarServiceHelper             ICarServiceHelper carServiceHelper = ICarServiceHelper.Stub.asInterface(helper);             synchronized (mLock) {                 mICarServiceHelper = carServiceHelper;             }             //同时也传给了 SystemInterface             //此时他们有能力跨进程访问 CarServiceHelperService             mSystemInterface.setCarServiceHelper(carServiceHelper);             mCarOccupantZoneService.setCarServiceHelper(carServiceHelper);             mCarUserService.setCarServiceHelper(carServiceHelper);             ...     }

3.5 小结

CarService的启动时序如下所示：

 

 

04 总结

本文讲解了CarService的总体结构、使用方法及启动流程。


CarService中实现的功能非常庞大，可以说相比传统手机端的 Android 系统，AAOS 中独特且最重要的部分都在 Framework 的CarService中。

  • 首先 CarService 是一个系统级别的服务 APK，类似 SystemUI，其在开机时由 SystemServer 通过 CarServiceHelperService 启动。

  • CarServiceHelperService 通过绑定服务的方式启动 CarService，启动之后创建了一个 Binder 对象 ICarImpl，并通过 onBind 返回给 system_server 进程。

  • ICarImpl 构造方法中创建了一系列和汽车相关的核心服务，并依次启动这些服务即调用各自 init 方法。ICarImpl 返回给 CarServiceHelperService 之后，CarServiceHelperService 也将其内部的一个 Binder 对象（ICarServiceHelperImpl）传递到了 CarService 进程，自此 CarService 和 system_server 两个进程建立了双向 Binder 通信。

  • ICarImpl 返回给 CarServiceHelperService 之后，CarServiceHelperService 也将其内部的一个 Binder 对象（ICarServiceHelperImpl）传递到了 CarService 进程，自此 CarService 和 system_server 两个进程建立了双向 Binder 通信。

 

CarService为Android车载应用开发者提供了一个强大而灵活的平台，让应用程序能够充分利用汽车的硬件和服务能力，打造更加智能化和便捷的驾驶体验。掌握CarService的使用，是车载应用开发中的重要一环，也是实现车载生态系统中创新应用的关键。

“在车载应用的世界里，技术的每一次进步，都是为了让行驶的每一公里更加安全、便捷和愉悦。”

✦

 END 

✦

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