高通Camera HAL层开发项目实战 - 第2节

2.1 HAL1 与 HAL3 架构对比

Camera HAL（硬件抽象层）是 Android 相机框架中连接上层 Camera Service 与底层硬件驱动的关键中间层。高通平台从 Android 5.0 开始全面转向 HAL3 架构，但理解 HAL1 与 HAL3 的差异仍然是开发者的基本功。

2.1.1 架构演进背景

HAL1 是 Android 早期（4.x 及之前）的相机抽象层设计，采用“单线程、单会话”模型，每次只能打开一个 Camera Device，且预览、拍照、录像等操作串行执行。HAL3 从 Android 5.0 引入，基于“请求-结果”管道模型，支持多会话、多流并发、逐帧控制，是高通平台现代相机 HAL 开发的基础。

2.1.2 核心差异对比表

2.1.3 HAL1 vs HAL3 架构对比图

2.2 Camera Device 详解

Camera Device 是 HAL3 架构中代表物理或逻辑相机的核心对象。每个 Camera Device 对应一个 camera_id，通过 open() 调用创建，负责管理该相机的所有操作。

2.2.1 Camera Device 生命周期

• 初始化： HAL 加载 camera_module_t，调用 get_camera_info() 获取设备信息，然后 open() 创建 Device 实例。
• 配置： 通过 configure_streams() 设置输出流集合，建立 Session。
• 运行： 接收 Capture Request，处理并返回 Capture Result。
• 销毁： close() 释放资源，Device 实例失效。

2.2.2 Camera Device 核心接口

// HAL3 Camera Device 核心接口定义（简化）
typedef struct camera3_device_ops {
    // 配置输出流
    int (*configure_streams)(const struct camera3_device *device,
                             camera3_stream_configuration_t *stream_list);

    // 提交捕获请求
    int (*process_capture_request)(const struct camera3_device *device,
                                   camera3_capture_request_t *request);

    // 获取元数据
    int (*get_metadata)(const struct camera3_device *device,
                        uint32_t frame_number,
                        camera3_capture_result_t *result);

    // 通知错误/事件
    void (*notify)(const struct camera3_device *device,
                   const camera3_notify_msg_t *message);

    // 刷新待处理请求
    int (*flush)(const struct camera3_device *device);

    // 销毁设备
    void (*close)(struct camera3_device *device);
} camera3_device_ops_t;

2.2.3 Camera Device 状态机

2.3 Camera Session 机制

Camera Session 是 HAL3 中管理 Capture Request 生命周期的逻辑单元。一个 Session 对应一次 configure_streams() 调用，包含一组配置好的 Stream 集合。Session 负责协调 Request 的提交、处理和结果返回。

2.3.1 Session 与 Device 的关系

• 一对一： 一个 Camera Device 在同一时刻只能有一个活跃的 Session。
• 生命周期： Session 从 configure_streams() 开始，到下一次 configure_streams() 或 close() 结束。
• 重配置： 切换分辨率或帧率时，需要销毁旧 Session 并创建新 Session。

2.3.2 Session 工作流程

1. 配置阶段： 应用层通过 configure_streams() 指定输出 Stream 列表（预览、拍照、录像等）。
2. 请求阶段： 应用层提交 camera3_capture_request_t，包含目标 Stream、元数据设置、Buffer 句柄。
3. 处理阶段： HAL 将 Request 分发给 ISP 管线，逐帧处理。
4. 结果阶段： HAL 通过回调返回 camera3_capture_result_t，包含输出 Buffer 和元数据。

2.3.3 Session 状态转换图

2.4 Camera Stream 详解

Camera Stream 是 HAL3 中定义输出数据通路的抽象概念。每个 Stream 代表一路独立的图像输出，具有特定的分辨率、格式、用途和 Buffer 管理方式。

2.4.1 Stream 类型

2.4.2 Stream 配置参数

// Stream 配置结构体（关键字段）
typedef struct camera3_stream {
    // 流类型：OUTPUT / INPUT / BIDIRECTIONAL
    int stream_type;

    // 图像宽度（像素）
    uint32_t width;

    // 图像高度（像素）
    uint32_t height;

    // 像素格式：HAL_PIXEL_FORMAT_IMPLEMENTATION_DEFINED 等
    int format;

    // 使用位掩码：GRALLOC_USAGE_HW_TEXTURE 等
    uint32_t usage;

    // 最大缓冲数（HAL 可修改）
    uint32_t max_buffers;

    // 私有数据（高通扩展字段）
    void *priv;

    // 数据空间（颜色空间）
    android_dataspace_t data_space;

    // 旋转角度
    int rotation;

    // 物理相机 ID（多摄场景）
    const char *physical_camera_id;
} camera3_stream_t;

2.4.3 多 Stream 并发架构图

2.4.4 Stream 配置最佳实践

2.5 三者的协作关系

Camera Device、Camera Session、Camera Stream 三者构成 HAL3 架构的核心三角：

• Device 是硬件抽象实体，负责生命周期管理。
• Session 是逻辑会话单元，负责请求调度和结果分发。
• Stream 是数据通路定义，负责 Buffer 管理和格式转换。

2.5.1 协作流程图