解读

面试官问“如何通过 HAL 访问 I2C 设备”，并不是想听“用 Android Things 的 PeripheralManager 打开 I2C 设备节点”这种应用层答案，而是考察候选人是否真正走过“内核驱动 → HAL 实现 → HIDL/AIDL 接口 → System Service → JNI → Framework API”这一整条国产量产路线。国内手机、车载、TV 厂商普遍把 I2C 传感器（如光线、接近、ToF、摄像头 EEPROM、触控板、MCU 升级通道）做成私有 HAL，然后给上层 App 或系统服务暴露一个带权限校验的接口。能否把这条链路的每一层关键节点、SELinux 适配、签名权限、开机挂载、热插拔、FCC 认证锁频都说清楚，是区分“写过 demo”和“做过量产”的核心标准。

知识点

1. Linux 内核层

   • 基于 i2c-core 编写 i2c_driver，在 dts 中声明 reg、中断、供电、复位脚，compatible 字段与驱动匹配；
   • 实现 regmap-i2c 或 i2c_transfer 裸接口，提供 sysfs 节点 /sys/bus/i2c/devices/xx-00yy/ 或自定义属性；
   • 配置 kernel-5.4+ 的 i2c-gpio 模拟总线时，注意 gpio 上升沿 300 ns 时序满足 FCC 认证要求；
   • 打开 CONFIG_I2C_CHARDEV，生成 /dev/i2c-N 节点，供用户空间 HAL 调用 ioctl(I2C_RDWR)。

2. HAL 形态选择

   • 新平台（Android 10+）用 AIDL HAL，接口定义在 hardware/interfaces/i2c/1.0/II2cDevice.aidl；
   • 老平台（Android 8/9）用 HIDL，放在 hardware/interfaces/i2c/1.0/II2cDevice.hal；
   • 车载项目常把 I2C 封装进 vehicle HAL 的自定义 property，走 CarService 统一管控。

3. HAL 实现

   • 在 hardware/xxx/i2c/ 目录实现 II2cDevice 接口，打开 /dev/i2c-N，使用 ioctl(I2C_SLAVE) 设置从机地址；
   • 读写前用 ioctl(I2C_FUNCS) 校验适配器是否支持 I2C_FUNC_I2C；
   • 对 16 bit 寄存器地址场景，构造 i2c_msg[2]：第一条写 reg 高 8 位，第二条读数据；
   • 用 android::base::unique_fd 管理 fd，避免 HAL 崩溃后句柄泄漏；
   • 在 SELinux 域 hal_i2c_default 中，允许访问 /dev/i2c-N、/sys/class/leds/xxx/brightness、/proc/irq/xxx；
   • 在 ueventd.rc 中把 /dev/i2c-N 0660 system system，防止被普通进程抢占。

4. 系统服务封装

   • 在 frameworks/base/services/core/ 新增 I2cService，通过 ServiceManager.addService("i2c_service") 注册；
   • JNI 层实现 android_server_I2cService.cpp，把 AIDL 接口转成 native 调用；
   • 对第三方 APK 暴露 @SystemApi 接口，声明 android.permission.ACCESS_I2C_DEVICE，权限级别 system|signature|privileged，防止被商店应用滥用；
   • 在 SystemConfig 的 privapp-permissions-platform.xml 中把白名单写死，避免 CTS 失败。

5. 应用层调用

   • 系统 App 通过 ServiceManager.getService("i2c_service") 拿到 II2cService，调用 transferRead(int bus, int addr, byte[] reg, byte[] buf)；
   • 普通 App 只能走厂商自定义的 SDK（如 OPPO SensorSDK、小米 SensorServiceProxy），内部再鉴权 UID；
   • 在 Android 12+ 隐私沙盒环境下，I2C 访问被归为“环境传感器”组，需要用户后台权限弹窗。

6. 性能与稳定性

   • 对 400 kHz 快速模式，把一次读操作限制在 8 byte 以内，防止 watchdog hard reset；
   • 在 HAL 内部用 std::lock_guard 保护 ioctl，避免多线程并发导致仲裁失败；
   • 打开 I2C_M_IGNORE_NAK 标志位时，必须在 3 ms 内超时退出，否则屏幕指纹 MCU 会拉低 I2C 总线造成整机死机；
   • 用 Systrace ATRACE_BEGIN("I2C") 打标签，方便量产线抓 trace 分析丢包。

7. 国内合规

   • 通过 SRRC 认证时，需保证 I2C 射频校准通道在飞行模式仍可访问，因此 HAL 实现里要检查 Settings.Global.AIRPLANE_MODE_ON，不能简单返回 SecurityException；
   • 出口海外机型需加入 GMS 要求，确保 I2C 接口不会被当成“隐藏 API”扫描，否则无法过 GTS。

答案

以 Android 13 量产项目为例，完整流程如下：

1. 内核
   在 dts 中新增
   i2c3: i2c@4a880000 {
clock-frequency = <400000>;
eeprom@50 {
compatible = "vendor,eeprom";
reg = <0x50>;
};
};
   编写驱动 vendor_eeprom.c，实现 regmap_read/write，生成 /dev/i2c-3 与 /sys/bus/i2c/devices/3-0050/eeprom。

2. HAL
   定义 hardware/interfaces/i2c/1.0/II2cDevice.aidl：
   interface II2cDevice {
byte[] read(int bus, int addr, int len);
int write(int bus, int addr, in byte[] buf);
}
   在 hardware/xxx/i2c/1.0 实现 I2cDevice.cpp：
   fd = open("/dev/i2c-3", O_RDWR);
ioctl(fd, I2C_SLAVE, addr);
read(fd, buf, len);
   编译生成 android.hardware.i2c@1.0-service.rc，指定 selinux 域 hal_i2c_default。

3. SELinux
   在 hal_i2c_default.te 添加：
   allow hal_i2c_default i2c_device:chr_file { open read write ioctl };
   编译 sepolicy 后刷机，ls -Z /dev/i2c-3 显示 u:object_r:i2c_device:s0。

4. System Service
   新增 I2cService.java，声明 @SystemApi，接口方法带 @RequiresPermission(android.permission.ACCESS_I2C_DEVICE)。
   在 SystemServer.java 启动：
   ServiceManager.addService("i2c", new I2cService(context));

5. APK 调用
   系统 Settings App 在 AndroidManifest 声明 android:sharedUserId="android.uid.system"，通过：
   II2cDevice dev = II2cDevice.Stub.asInterface(ServiceManager.getService("i2c"));
byte[] id = dev.read(3, 0x50, 16);
   读取摄像头 EEPROM 的模组 ID，用于工厂校准。

6. 验证
   adb shell cmd I2cService read 3 0x50 16
   返回 0x06 0x04 … 与示波器抓取波形一致，证明整条 HAL 链路打通。

拓展思考

1. 如果后续把 I2C 传感器搬到折叠屏副屏 NFC 通道，而副屏热插拔会动态切换 i2c-5 与 i2c-6，HAL 如何监听 uevent 并自动重新 open fd？
   答：在 HAL 内部注册 NetlinkListener，解析 UEVENT=add/remove@/devices/platform/soc/xxx/i2c-5，当收到 remove 时关闭旧 fd，收到 add 时重新 probe 并通知 System Service 重新绑定。

2. 当 Android 14 强制启用 AIDL exclusive 且移除 HIDL 支持，老项目如何平滑迁移？
   答：在 hardware/interfaces 新建 aidl 目录，把原有 .hal 转成 .aidl，同时保留 1.0 版本号，利用 android.hardware.i2c@1.0::II2cDevice* 适配层，确保 OTA 升级后旧系统镜像仍可调用新 HAL，实现国内厂商常用的“双版本兼容”策略。

3. 若 I2C 设备挂在 PMIC 的 SSC 总线（高通 SPMI 模拟 I2C），频率仅 100 kHz，而工厂测试需要 1 MHz 高速烧录，如何在不改硬件的前提下提速？
   答：在 kernel 驱动里动态切换 clock-frequency 属性，通过 qpnp-pmic 提供的 pwm-mode 寄存器，把 SSC 总线切到 GPIO 模拟 I2C，并在 HAL 中暴露 setBusSpeed(int khz) 接口，工厂 APK 烧录完成后切回 100 kHz，兼顾认证与效率。