一、前言
本文主要簡要介紹Android整個通信模塊結構信息，並詳細介紹RIL(modem和上層之間的運作方式)。
1.1、基礎概念
1、通信整體構成
首先從硬件層面上來說，手機的設計都是手機芯片+信號處理模塊，信號處理模塊可以處理modem(調制解調器)+RF(射頻)+UICC(通用集成電路卡，即電話卡) 。
2、AP和BP
其中Android系統、UI和應用程序運行在手機芯片上，我們稱之爲AP端
手機視頻通訊控制運行在信號處理模塊上的芯片上，我們稱之爲BP端
這麼設計核心優勢主要是不管操作系統怎麼變，通信模塊都是相同的。數據都不會出錯，增加穩定性
1.2、相關代碼
1、大部分源碼aosp都有，由於各個廠商定製的不同，在芯片廠商提供給手機廠商的原始代碼和aosp的路徑還是有部分差異和定製。以下代碼路徑以MTK方案舉例。MTK部分型號芯片也在vendor路徑下單獨提供了實現的代碼。但這不影響我們學習通信模塊。這部分表格中我就沒有列出來了。
2、本文講解時只列舉核心代碼行，需要讀者自行結合源碼閱讀
3、本文講解以上層爲主。底層c/c++暫不贅述
| 層級 | 路徑 | 文件 |
|---|---|---|
| Apps | /packages/apps/Dialer | Dialer.apk |
| /packages/apps/Messaging | Messaging.apk | |
| /packages/apps/Contacts | Contacts.apk | |
| Providers | /packages/providers/TelephonyProvider | TelephonyProvider.apk |
| /packages/providers/ContactsProvider | ContactsProvider.apk | |
| Service | /packages/services/Telecomm | Telecomm.apk |
| /packages/services/Telephony | TeleService.apk | |
| /packages/services/Mms | MmsService.apk | |
| vendor/mediatek/proprietary/packages/services/Ims | ImsService.apk | |
| Framework | frameworks/base/telecomm | framework.jar |
| frameworks/base/telephony | framework.jar | |
| frameworks/opt/telephony | framework.jar | |
| frameworks/opt/net/ims | ims-common.jar | |
| vendor/mediatek/proprietary/frameworks/opt/telecomm | mediatek-telephony-common.jar | |
| vendor/mediatek/proprietary/frameworks/opt/telephony | mediatek-telephony-common.jar | |
| vendor/mediatek/proprietary/frameworks/opt/telephonybase | mediatek-telephony-base.jar | |
| HAL | vendor/mediatek/proprietary//hardware/ril/fusion | librilfusion.so、libmtk-ril.so、mtkfusionrild.bin |
| vendor/mediatek/proprietary/hardware/c2kril/fusion | libvia-ril.so | |
| vendor/mediatek/proprietary/hardware/gsm0710muxd | gsm0710muxd.bin | |
| vendor/mediatek/proprietary/external/ccci_mdinit_src | ccci_mdinit.bin | |
| vendor/mediatek/proprietary/external/ccci_fsd | ccci_fsd.bin | |
| Drivers | kernel-4.9/drivers/misc/mediatek/eccci | kernel img |
1.3、軟件架構
1、功能說明
由於BP的設計都是這樣，於是不管你是ios還是安卓或是塞班還是老人機，通信模塊提供給我們的功能就這麼五個部分：UICC、ServiceState、DataConnect、Call、SMS
| 功能 | 簡單介紹 |
|---|---|
| UICC | SIM卡：存儲號碼、短信、PIN、PUK、駐網鑑權、STK工具包、2G、3G、4G |
| ServiceState | 網絡服務：網絡制式、運營商名字、信號格數、時區、漫遊、註冊情況 |
| DataConnect | 上網服務：2G/3G/4G/5G |
| Call | 通話：撥號、接聽、掛斷、保持、恢復、多方通話 |
| SMS | 短信：普通短信、長短信 |
2、簡單的畫了一張Android通信模塊的架構圖，功能設計完全按照Android分層而來
軟件架構圖中其他幾個功能點簡單介紹
| 功能 | 簡單介紹 |
|---|---|
| 應用內 | Dialer撥號、Contacts聯繫人、Mms短信、settings設置、browser瀏覽器 |
| TeleService | Telephony應用框架：數據連接、MMS業務邏輯、Call控制、RILD通信 |
| Telecom | 管理通話、和TeleService交互對應用層提供接口 |
| 通話 | GSMCdmaPhone：2G、3G通話 ImsPhone：4G通話(Volte) |
| RILD | RILD是RILJ和Modem中間層：1、RILJ下發請求->RILD將Request轉換爲Modem的AT指令發送2、Modem上報或者返回的消息->RILD處理傳給RILJ |
| Gsm0710muxd | 1、Gsm0710muxd是AT指令通道進行復用的守護進程2、Gsm0710是開源多路複用協議，提高Modem和AP間AT指令的通信效率 |
| CCCI_FSD | 1、Modem不能直接操作文件系統、CCCI_FSD是AP提供給Modem文件守護進程2、通過FSDmodem就可以操作文件系統 |
| CCCI_MDINIT | Modem狀態守護進程：啓動、停止、重啓、飛行模式、reset重置 |
| ECCCI driver | 驅動框架：複用不同modem驅動、減少中斷內存開支、AT指令轉換modem數據、網卡驅動、文件系統、Audio通話數據 |
二、RIL詳細介紹
2.1、phone進程
packages\services\Telephony
phone進程是各個功能詳細模塊framework開始的地方
1、自啓動
<application android:name="PhoneApp"
android:persistent="true"
在elephony#AndroidManifest.xml中有persistent標記。有此標記AMS會持續保證進程(com.android.phone)存活，意外掛掉也會自動重啓。所以PhoneApp(telephony的Application)就是最初的代碼入口
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的構造函數裏，開始了Phone對象的創建(makeDefaultPhones).
public void onCreate() {
PhoneFactory.makeDefaultPhones(this);
}
public static void makeDefaultPhone(Context context) {
//有幾張卡創建幾個Phone對象
sPhones = new Phone[numPhones];
//創建RILJ對象
sCommandsInterfaces = new RIL[numPhones];
2.2、RIL
| 名字 | 介紹 |
|---|---|
| RILJ | java層，運行在telephony的phone進程，它爲上層提供訪問modem的入口和消息接收 |
| RILD | HAL層，系統守護進程。RILJ和Modem中間層：1、RILJ下發請求->RILD將Request轉換爲Modem的AT指令發送2、Modem上報或者返回的消息->RILD處理傳給RILJ |
在Android8.0之前，RILJ和modem通信時通過socket連接發送AT指令來進行通信。現在的版本已經改用HIDL通信的方式。HIDL和AIDL很類似。可以簡單的理解爲綁定底層的服務來作用到對應的功能上。
2.2.1、RILJ
基本代碼結構
public class RIL extends BaseCommands implements CommandsInterface
public abstract class BaseCommands implements CommandsInterface
public interface CommandsInterface
這裏的RIL類就是我們口中的RILJ，採用依賴倒轉原則，定義功能。
<1>、 CommandsInterface接口中定義一些常量表示狀態，再抽象一些方法。
<2>、抽象類實現方法，觀察者模式 register、unregister註冊監聽。留空一些方法具體實現在RIL類中實現
<3>、RIL類則是具體的功能實現。
<4>、在BaseCommands中定義了大量RegistrantList和Registrant對象，這兩個對象是對handler消息的封裝，結合register註冊的監聽，就能把從RILD發送上來的消息傳遞給監聽的對象
<5>、RILJ消息的下發和接收都是通過HIDL拿到radio service，間接通過hidl service來操作和modem之間消息的上傳和下發。
獲得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，一張卡一個service
if (mRadioProxy != null) {
mRadioProxy.linkToDeath(mRadioProxyDeathRecipient,
mRadioProxyCookie.incrementAndGet());
mRadioProxy.setResponseFunctions(mRadioResponse, mRadioIndication);
} else {
riljLoge("getRadioProxy: mRadioProxy == null");
}
...
return mRadioProxy;
}
下發
@Override
public void getIccCardStatus(Message result) {
IRadio radioProxy = getRadioProxy(result);
if (radioProxy != null) {
// 封裝要發送的數據
RILRequest rr = obtainRequest(RIL_REQUEST_GET_SIM_STATUS, result,
mRILDefaultWorkSource);
if (RILJ_LOGD) riljLog(rr.serialString() + "> " + requestToString(rr.mRequest));
try {
// 調用到HIDL 提供的radioservice
radioProxy.getIccCardStatus(rr.mSerial);
} catch (RemoteException | RuntimeException e) {
handleRadioProxyExceptionForRR(rr, "getIccCardStatus", e);
}
}
}
上傳
在獲得hw aodio service的時候，setResponseFunctions(mRadioResponse, mRadioIndication)傳入了兩個對象，他們負責消息的接收和監聽。
這裏隨便複製了一個狀態改變的回調：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程序架構圖清晰的表示了RILD的一個初始化過程。歸納爲如下四點
1、ril.cpp來統管功能，具體實現在ril_event,reference_ril,atchanel,ril_service裏
2、第一個流程：startEventLoop開啓loop循環
3、第二個流程：rilInit初始化，打開AT通道流程
4、第三個流程: 註冊回調函數，ril管理
2.2.2.1、loop循環簡要說明
第一個流程開啓loop循環後，按流程圖走到ril_event#ril_event_loop方法，這裏和handler原理中loop循環類似，無限循環查找處理三個鏈表中的event，下面截取最後循環的代碼和鏈表結構體
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、打開AT通道簡要說明
打開AT通道，按代碼流程rilInit走到at_open時，主要執行了readerLoop，在readerLoop中，此時AT通道有消息就會被處理。分別由s_unsolHandler 處理主動上報的消息(比如有短消息)，processLine經過上層請求過後的需要回復到上層的消息，比如請求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上報到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>、處理先也是流程化傳遞，先是ril.cpp的RIL_onUnsolicitedResponse然後通過結構體傳遞到ril_unsol_commands.h裏聲明的radio::radioStateChangedInd等方法
<2>、radio::radioStateChangedInd等方法的具體實現在ril_service.cpp中
<3>、ril_service在實現的時候，上報就交給了ril_service中RadioImpl結構體裏的mRadioResponse和mRadioIndication。這兩個對象就是2.2.1、RILJ小結獲得hw radio service的時候傳進來的兩個對象。
<4>、總結一下就是rild初始化打開AT通道後，從AT通道中讀到要上報的消息時，交給mRadioResponse和mRadioIndication來上報。RILJ拿到的hw radio service 就是ril_service
<5>、RadioImpl 這個將在第三部分講，可以簡單理解它爲ril_service的代理。
processLine上報
這種上報也有幾種類型
static void processLine(const char *line)
{
if (sp_response == NULL) {
/* no command pending */
handleUnsolicited(line); // 1、主動上報
} else if (isFinalResponseSuccess(line)) {
sp_response->success = 1;
handleFinalResponse(line); // 2、成功,標準響應
} else if (isFinalResponseError(line)) {
sp_response->success = 0;
handleFinalResponse(line); // 3、失敗，標準響應
} 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>符號，發送sms數據再繼續等待響應
s_smsPDU = NULL;
} else switch (s_type) { // 5、命令有具體的響應信息需要對應分析
// case中省略了處理方法
case NO_RESULT:
case NUMERIC:
case SINGLELINE:
case MULTILINE:
break;
// 這裏以handleFinalResponse舉例
static void handleFinalResponse(const char *line)
{
// 把消息返回RILJ
sp_response->finalResponse = strdup(line);
//s_commandcond脫離阻塞狀態
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處理也有5種類型，流程上都類似。以handleFinalResponse普通流程舉例
<2>、從handleFinalResponse線程鎖跟蹤到at_send_command_full_nolock，線程解鎖被再次喚醒過後把結果傳給了函數參數*pp_outResponse。
<3>再跟蹤at_send_command_full_nolock方法的調用流程，來自at_send_command 方法。而這個pp_outResponse就是這樣傳過來的。
<4>最後截取了ril_service.cpp中一次包含response的請求代碼片段
<5>所以AT請求下發也是ril_service.cpp中衆多方法間接調用at_send_command傳遞即可。
2.2.2.3、註冊回調函數，ril管理說明
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>、註冊函數就簡單了，註冊時把callback傳進來還爲每一張SIM卡創建了一個RadioImpl對象
<2>、radioService這裏就對RIL進行收發管理。
2.2.2.4、RILD小結
<1>、RILJ層通過HIDL拿到reference-ril.c提供的radio service，通過service來下發和上傳回調
<2>ril.cpp通過三大流程調用，來實現rild的功能。
<3>radio service下發是調用atchannel.c中at_send_command來給modem發送at指令
<4>radio service上傳是通過set的兩個回調接口向RILJ傳遞信息。或者通過at_send_command傳遞的response回傳消息。
三、寫在最後
對於Android通信模塊來說，主要學習的是流程跟蹤。從調用棧來講，不管是讀取SIM卡信息or狀態，還是上網、撥號、發短信。都是通過RIL層來轉發AT指令。通過對RIL的瞭解以達到了解整個通信模塊咋個工作的目的。如果要具體的去修改或者維護telephony模塊，還需要對具體功能的流程進行分析掌握，才能遊刃有餘。
read the fucking source code!