4. 系统架构设计：Camera HAL 整体架构图、HAL 与 Framework 的交互流程、HAL 与 Kernel 的接口、模块划分（Stream、Device、Callback）

系统架构设计是 Camera HAL 工程落地的核心蓝图。本章从整体架构图出发，逐层拆解 HAL 与 Android Framework 的交互流程、与 Kernel 的接口定义，以及内部三大核心模块（Stream、Device、Callback）的职责划分。通过本章学习，你将掌握如何从零构建一个可维护、可扩展的 Camera HAL 系统。

4.1 Camera HAL 整体架构图

Camera HAL 位于 Android 相机系统的中间层，向上对接 Framework 的 CameraService，向下通过 V4L2 或自定义驱动接口与 Kernel 交互。整体架构采用分层解耦设计，确保各模块独立演进。

4.2 HAL 与 Framework 的交互流程

HAL 与 Framework 的交互遵循 Android 定义的 HIDL/AIDL 接口规范。整个流程从应用打开相机开始，到帧数据返回结束，是一个典型的异步请求-响应模型。

4.2.1 核心交互接口

4.2.2 交互流程时序

4.3 HAL 与 Kernel 的接口

HAL 与 Kernel 的接口是 Camera 数据流的底层通道。主流方案基于 V4L2（Video for Linux 2）框架，部分平台使用自定义字符设备或 ION 内存管理接口。

4.3.1 接口类型对比

4.3.2 V4L2 关键 ioctl 调用

/* 打开设备 */
int fd = open("/dev/video0", O_RDWR);

/* 查询设备能力 */
struct v4l2_capability cap;
ioctl(fd, VIDIOC_QUERYCAP, &cap);

/* 设置格式 */
struct v4l2_format fmt;
fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE_MPLANE;
fmt.fmt.pix_mp.width = 1920;
fmt.fmt.pix_mp.height = 1080;
fmt.fmt.pix_mp.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_NV12;
fmt.fmt.pix_mp.num_planes = 2;
ioctl(fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt);

/* 申请 buffer */
struct v4l2_requestbuffers req;
req.count = 4;
req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE_MPLANE;
req.memory = V4L2_MEMORY_DMABUF;
ioctl(fd, VIDIOC_REQBUFS, &req);

/* 入队 buffer */
struct v4l2_buffer buf;
struct v4l2_plane planes[2];
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE_MPLANE;
buf.memory = V4L2_MEMORY_DMABUF;
buf.index = 0;
buf.m.planes = planes;
buf.length = 2;
ioctl(fd, VIDIOC_QBUF, &buf);

/* 启动流 */
int type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE_MPLANE;
ioctl(fd, VIDIOC_STREAMON, &type);

/* 出队已填满的 buffer */
ioctl(fd, VIDIOC_DQBUF, &buf);

/* 停止流 */
ioctl(fd, VIDIOC_STREAMOFF, &type);

/* 关闭设备 */
close(fd);

4.4 模块划分：Stream、Device、Callback

Camera HAL 内部按职责划分为三个核心模块：Device 模块负责设备生命周期管理，Stream 模块负责数据流配置和 buffer 管理，Callback 模块负责异步事件上报。三者协同工作，构成完整的 HAL 内部架构。

4.4.1 模块职责矩阵

4.4.2 模块间协作关系

4.4.3 模块接口定义示例

// Device 模块核心接口
class CameraDevice {
public:
    virtual int openCamera(int cameraId, const CameraDeviceCallback& callback) = 0;
    virtual int closeCamera() = 0;
    virtual int initialize(const CameraMetadata& sessionParams) = 0;
    virtual int set3AState(ControlMode mode, AeMode ae, AwbMode awb) = 0;
    virtual CameraMetadata getDefaultRequestSettings(int templateType) = 0;
};

// Stream 模块核心接口
class CameraStream {
public:
    virtual int configureStreams(const StreamConfiguration& config) = 0;
    virtual int processCaptureRequest(const CaptureRequest& request) = 0;
    virtual int flush() = 0;
    virtual BufferPool* getBufferPool() = 0;
private:
    virtual int enqueueBufferToKernel(int streamId, buffer_handle_t buffer) = 0;
    virtual int dequeueBufferFromKernel(int streamId, buffer_handle_t* buffer) = 0;
};

// Callback 模块核心接口
class CameraCallback {
public:
    virtual void processCaptureResult(const CaptureResult& result) = 0;
    virtual void notify(const NotifyMsg& msg) = 0;
    virtual void setCallbackThread(Thread* thread) = 0;
};