Android RIL使用详解
前言
android作为一个通用的移动平台，其首要的功能就是通话、短信以及上网等通信功能。那么，从系统的角度来看，android究竟是怎么实现与网络的交互的了？ 这篇文章里，就来看一看android中负责通信功能的telephony中间层，通常也被称之为ril(radio interface layer)的具体实现原理与架构。
android手机要实现与网络端的通信，需要跨越两个层：
ril java(rilj)：负责将上层app的通信请求发送给hal层；ril c++(rild)： 系统守护进程，负责将rilj的请求命令发送给cp(communication processor)
什么是ril
简单的说，ril(radio interface layer)，就是将应用程序的通信请求发送给cp的中间层，其包括两个部分，一个是java层rilj,一个是c++层（不妨看作是cp对应的hal层）rild。
rilj属于系统phone进程的一部分，随phone进程启动而加载；而rild守护进程是通过android的init进程进行加载的。
ril结构
下图是一个android ril的一个结构图。整个通信过程有四个层：
- 最上层的是应用程序，如通话，短信以及sim卡管理，它们主要负责将用户的指令发送到ril framework(以后统称rilj）；
- rilj为上层提供了通用的api，如telephonymanager(包括通话，网络状态； subscriptionmanager(卡状态）以及smsmanager等，同时rilj还负责维持与rild的通信，并将上层的请求发送给rild；
- rild是系统的守护进程，对于支持通话功能的移动平台是必不可少的。rild的功能主要功能是将rilj发送过来的请求继续传递给cp，同时会及时将cp的状态变化发送给rilj；
- linux驱动层：kernel驱动层接受到数据后，将指令传给cp，最后由cp发送给网络端，等网络返回结果后，cp将传回给rild；
rilj与rild（rild与cp的通信）都是通过一个个消息进行数据传递。消息主要分两种：一种是rilj主动发送的请求（solicited），常见的有ril_request_get_sim_status(获取sim卡状态），ril_request_dial(拨打电话），ril_request_send_sms（发送短信），ril_request_get_current_calls（获取当前通话状态），ril_request_voice_registration_state（获取网络状态）； 另一种则是从cp主动上报给ril的消息（unsolicited)，如网络状态发生变化时，cp会上报ril_unsol_response_voice_network_state_changed，有新短信时，会上报ril_unsol_response_new_sms，有来电时会上报ril_unsol_call_ring。
ril相关的请求命令与数据结构都定义在/android/hardware/ril/include/telephony/ril.h
在整个过程中，有几个关键问题：
- 上层是如何得知rilj状态变化的；
- rilj与rild是怎么进行通信的？
- riljd与cp又是如何进行通信的？
围绕这三个问题点，我们来看一下具体的细节。
上层如何得知rilj状态变化
为方便上层实时监听网络状态、通话状态以及cp的状态变化，ril提供了一个专门的监听接口iphonestatelistener.aidl，上层需要监听上述状态变化时，只需要实现上述接口,并在android系统服务telephonyregistry中对上述接口实现进行注册：
public void listen(string pkgfordebug, iphonestatelistener callback, int events, boolean notifynow);
另外，也可以在telephonymanager中对ril状态进行监听：
public void listen(phonestatelistener listener, int events)
源代码:/android/frameworks/base/telephony/java/com/android/internal/telephony/iphonestatelistener.aidl
oneway interface iphonestatelistener {
void onservicestatechanged(in servicestate servicestate);
void onsignalstrengthchanged(int asu);
void onmessagewaitingindicatorchanged(boolean mwi);
void oncallforwardingindicatorchanged(boolean cfi);
// we use bundle here instead of celllocation so it can get the right subclass
void oncelllocationchanged(in bundle location);
void oncallstatechanged(int state, string incomingnumber);
void ondataconnectionstatechanged(int state, int networktype);
void ondataactivity(int direction);
void onsignalstrengthschanged(in signalstrength signalstrength);
void onotaspchanged(in int otaspmode);
void oncellinfochanged(in list<cellinfo> cellinfo);
void onprecisecallstatechanged(in precisecallstate callstate);
void onprecisedataconnectionstatechanged(in precisedataconnectionstate dataconnectionstate);
void ondataconnectionrealtimeinfochanged(in dataconnectionrealtimeinfo dcrtinfo);
void onvolteservicestatechanged(in volteservicestate ltestate);
void onoemhookrawevent(in byte[] rawdata);
void oncarriernetworkchange(in boolean active);
void onfdnupdated();
void onvoiceradiobearerhostatechanged(int state);
}
rilj与rild如何通信
rilj在创建过程中，会启动两个线程：rilsender和rilreceiver,rilsender负责将指令发送给rild,而rilreceiver则负责从读取从rild发送过来的数据。rilj与rild的通信通道就是在rilreceiver中建立起来的。
我们来看一看rilreciver的代码：
class rilreceiver implements runnable {
byte[] buffer;
rilreceiver() {
...
@override
public void
run() {
int retrycount = 0;
string rilsocket = "rild";
// 尝试与rild建立连接
try {for (;;) {
localsocket s = null;
localsocketaddress l;
if (minstanceid == null || minstanceid == 0 ) {
rilsocket = socket_name_ril[0];
} else {
rilsocket = socket_name_ril[minstanceid];
}
try {
s = new localsocket();
l = new localsocketaddress(rilsocket,
localsocketaddress.namespace.reserved);
s.connect(l);
} catch (ioexception ex){
...
// don't print an error message after the the first time
// or after the 8th time
if (retrycount == 8) {
rlog.e (rilj_log_tag,
"couldn't find '" + rilsocket
+ "' socket after " + retrycount
+ " times, continuing to retry silently");
} else if (retrycount >= 0 && retrycount < 8) {
rlog.i (rilj_log_tag,
"couldn't find '" + rilsocket
+ "' socket; retrying after timeout");
}
...
retrycount++;
continue;
}
retrycount = 0;
msocket = s;
// 从socket读取数据
int length = 0;
try {
inputstream is = msocket.getinputstream();
for (;;) {
parcel p;
length = readrilmessage(is, buffer);
if (length < 0) {
// end-of-stream reached
break;
}
p = parcel.obtain();
p.unmarshall(buffer, 0, length);
p.setdataposition(0);
processresponse(p);
p.recycle();
}
} catch (java.io.ioexception ex) {
rlog.i(rilj_log_tag, "'" + rilsocket + "' socket closed",
ex);
} catch (throwable tr) {
rlog.e(rilj_log_tag, "uncaught exception read length=" + length +
"exception:" + tr.tostring());
}
//无法读取数据，将cp状态设置为不可用
setradiostate (radiostate.radio_unavailable);
...
msocket = null;
rilrequest.resetserial();
// clear request list on close
clearrequestlist(radio_not_available, false);
}} catch (throwable tr) {
rlog.e(rilj_log_tag,"uncaught exception", tr);
}
}
}
rilreceiver启动时，会建立一个unix domain socket(localsocket，kernel层对应/dev/socket/rild)，与rild进行通信，然后一直从socket中读取数据,并将数据传给上层。连接成功后，rild会发送一个消息给rilj，表示连接成功了，这样rilj就可以将请求数据发送给rild，进行通信了。
rild与cp如何进行通信
rild与cp（可以看做是两个运行在不同cpu上的进程通信）交换数据方式一般有两种情况。如果ap与cp集中在一个芯片上，如高通的平台就是将ap与cp集中在一块芯片上，这时通常采用共享内存的方式实现跨进程通信；而如果不是在同一块芯片，而是ap与cp分别采用不同厂商的平台，则一般采用字符设备(character devices) 进行通信。总的说来，共享内存的方式在速度上要优于字符设备。
接下来，主要介绍下rilj部分的代码结构。
rilj代码结构
ril framework (rilj)的代码按照功能来划分的话，主要有以下几个组成部分：
- 管理网络状态（信号强度，网络注册状态等）:servicestatetracker等；
- 通话管理（拨号，接听，呼叫等待等）：callmanager,gsmcalltracker等
- sms短信接收发送：inboundsmshandler,smsdispater等
- sim卡管理：uicccontroller,subscriptionscontroller等
- 数据链接管理：dctracker,dctcontroller等
- telephony 大管家：phonebase,gsmphone,phoneproxy等
以上代码主要位于两个目录：
- /android/frameworks/opt/telephony/（负责与rild交互）
- /android/frameworks/base/telephony/（对上层提供接口）
下面，以拨打电话的流程作为示例看一看ril是如何发挥作用的。
示例：call流程
下图是一个mo(mobile originated) 通话流程简图：
- app向telecommanager发送拨号请求（关于telecommanager可以参考另一篇文章android telecom系统服务）；
- telecommanager将通话请求发送给gsmphone；
- gsmphone继续将指令传递给gsmcalltracker；
- gsmcalltracker调用rilj，rilj将通话请求发送给rild；
- rild接收到通话指令时，发送给cp；
- cp发送给网络，mt(mobile terminal)收到通话后，告知网络，由网络将该信息传递给mo已将通话信息发送给mt了（就是手机发出嘟嘟声音的时候）：通话状态由dialing –> alerting；
- rild收到通话状态变化的消息后，发送一个unsol_response_call_state_changed的消息给rilj；
- rilj通知gsmcalltracker通话状态变化了；
- gsmcalltracker主动查询call状态：pollcallwhensafe()，确保得到的信息是对的，没有发生变化；
- rilj给rild发送getcurrentcalls()的请求；
- rild获取到call状态后，上报给rilj，再由rilj返回结果给gsmcalltracker
- gsmcalltracker得到确定的call状态后，通知gsmphone：notifyprecisecallstatechanged();
- gsmphone将call状态变化的消息告知telecom系统服务；
- 最后，telecom系统服务发送call状态变化的广播给上层app
到这一步后，通话并没有开始，如果mt接听了电话，则mo会收到call状态变化的信息，然后，才真正开始建立通话链接。