详细分析Android系统Gps教程

　　说起GPS，很多人都不陌生，现在我们出门找个不熟悉的地方都会使用百度地图，其实也就是定位导航，开车的大哥更是用得更多，车上都会有一个手机或者卫星导航或者车上自备有导航的功能，那么本文就谁谁GPS。

      GPS是全球定位系统简称，利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。GPS是一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平。

　　1 GPS架构

　　

 

　　2 GPS分析

　　2.1 头文件

　　头文件定义在：hardware/libhardware/include/hardware/gps.h，定义了GPS底层相关的结构体和接口

　　GpsLocation

　　GPS位置信息结构体，包含经纬度，高度，速度，方位角等。

　　GpsStatus

　　GPS状态包括5种状态，分别为未知，正在定位，停止定位，启动未定义，未启动。

　　GpsSvInfo

　　GPS卫星信息，包含卫星编号，信号强度，卫星仰望角，方位角等。

　　GpsSvStatus

　　GPS卫星状态，包含可见卫星数和信息，星历时间，年历时间等。

　　GpsCallbacks

　　回调函数定义

 

　　GpsInterface

　　GPS接口是最重要的结构体，上层是通过此接口与硬件适配层交互的。

　　gps_device_t

　　GPS设备结构体，继承自hw_device_tcommon，硬件适配接口，向上层提供了重要的get_gps_interface接口。

　　2.2硬件适配层

　　GPS硬件适配层的源码位于：hardware/qcom/gps目录下。

　　我们看gps/loc_api/llibloc_api/gps.c，首先定义了gps设备模块实例：

　　这里的methods指向gps.c文件中的gps_module_methods

　　gps_module_methods定义了设备的open函数为open_gps，我们看open_gps函数：

　　此处可以看作是GPS设备的初始化函数，在使用设备前必须执行此函数。函数里面指定了hw_device_t的module成员，以及gps_device_t的get_gps_interface成员。上层可通过gps_device_t的get_gps_interface调用gps__get_gps_interface函数。gps__get_gps_interface的定义如下：

　　用代码跟踪可看到，此函数返回了gps/loc_eng.cpp文件的sLocEngInterface变量，sLocEngInterface定义如下：

　　sLocEngInterface指定了GpsInterface结构体的各个回调函数，如启动定位/取消定位等，这些回调函数的实现均在loc_eng.cpp中实现。

　　2.2 JNI适配层

　　GPSJNI适配层的源码位于：frameworks/base/services/jni/com_Android_server_location_GpsLocationProvider.cpp

　　首先看注册JNI方法的函数定义：

　　此函数被同目录下onload.cpp文件调用，调用地方在：

　　从这里可以看到，JNI初始化的时候，即会进行JNI方法的注册，从而使上层应用能通过JNI调用c/c++本地方法。

　　回到register_android_server_location_GpsLocationProvider函数，变量sMethods定义如下：

　　这里定义了GPS所有向上层提供的JNI本地方法，这些本地方法是如何与硬件适配层交互的呢?我们看其中一个本地方法android_location_GpsLocationProvider_start：

　　它调用了GetGpsInterface获得GpsInterface接口，然后直接调用该接口的start回调函数。GetGpsInterface方法定义如下：

　　这个函数返回了sGpsInterface，而sGpsInterface又是从get_gps_interface()获得的，我们继续查看get_gps_interface()函数的实现：

　　这里面调用hw_get_module加载硬件适配模块.so文件，接着通过hw_device_t接口调用open()函数，实际执行gps/loc_api/llibloc_api/gps.c定义的open_gps函数，而后调用gps_device_t接口的get_gps_interface函数，此函数也是在gps.c中定义的，最后返回硬件适配层中loc_eng.cpp文件的sLocEngInterface，从而打通了上层到底层的通道。

　　2.3 java Framework

　　GPSFramework源码位于：frameworks/base/location

　　2.3.1接口和类简介

　　首先对GPSFramework重要的接口和类作一个简单的介绍

　　接口

　　GpsStatus.Listener用于当Gps状态发生变化时接收通知

　　GpsStatus.NmeaListener用于接收Gps的NMEA数据

　　LocationListener用于接收当位置信息发生变化时，LocationManager发出的通知

　　类

　　Address地址信息类

　　Criteria用于根据设备情况动态选择provider

　　Geocoder用于处理地理编码信息

　　GpsSatellite用于获取当前卫星状态

　　GpsStatus用于获取当前Gps状态

　　Location地理位置信息类

　　LocationManager用于获取和操作gps系统服务

　　LocationProvider抽象类，用于提供位置提供者(Locationprovider)

　　2.3.2 使用Gps编程接口

　　下面，我们用一个代码示例说明如何在应用层写一个简单的gps程序。

　　首先在AndroidManifest.XML中添加位置服务权限:

 

     接着获取地理位置信息：

 

　　设置侦听，当位置信息发生变化时，自动更新相关信息

　　2.3.3接口和类分析

　　下面对相关的类或接口进行分析，LocationManager的代码文件位于：frameworks/base/location/java/location/LocationManager.java

　　我们看其构造函数：

　　

　　其中mService为ILocationManager接口类型，构造函数的参数为service，外部调用时传入LocationManagerService实例。LocationManager是android系统的gps位置信息系统服务，在稍后将会对其进行分析。由带参构造函数实例化LocationManager类的方式用得不多，一般用的方式是由getSystemService获得LocationManagerService服务，再强制转换为LocationManager。例如在2.3.2中的代码示例中是这样获取gps服务的：

　

　　这里的Context.LOCATION_SERVICE为”location”，标识gps服务。

　　LocationManagerService服务是整个GpsFramework的核心，首先看它是如何加载的，代码文件位于：frameworks/base/services/java/com/android/server/systemserver.java

　　此处向ServiceManger系统服务管理器注册了新的服务，其名称为”location”，类型为LocationManagerService。注册此服务后，Java应用程序可通过ServiceManager获得LocationManagerService的代理接口ILocationManager.Stub，从而调用LocationManagerService提供的接口函数。ILocationManager位于：

　　frameworks/base/location/java/location/ILocationManager.aidl，其代码如下：

　　android系统通过ILocationManager.aidl文件自动生成IlocationManager.Stub代理接口，在Java客户端获取LocationManagerService的方式如下：

　　客户端通过mLocationManager即可操作LocationMangerService继承自ILocationManager.Stub的的公共接口。之前提到了通过getSystemSerivice方式也可以获得LocationManagerService，但getSystemService()返回的是Object，必须转换为其他接口，我们可以看到之前的是强制转换为LocationManager类型，而此处由ServiceManager.getService返回IBinder接口，再通过ILocationManager.Stub转换为ILocationManager类型，是更加规范的做法。

　　LocationMangerService的代码文件位于：

　　frameworks/base/services/java/com/android/server/LocationMangerService.java

　　我们首先看其中的systemReady()函数

　　此处启动自身服务线程，因LocationMangerService继承自Runnable接口，当启动此线程后，会执行继承自Runnable接口的run()函数，我们看run()函数的定义：

　　此处调用了initialize()进行初始化，initialize()函数定义如下：

　　此处调用了loadProviders()函数，loadProviders()函数调用了_loadProvidersLocked()，其代码如下：

　　在这里对GpsLocationProvider和NETworkLocationProvider类作了初始化，并添加到provider集合中。GpsLocationProvider和NetworkLocationProvider继承自LocationProviderInterface接口，分别代表两种位置提供者(LocationProvider)：

　　(1)LocationManager.GPS_PROVIDER：GPS模式，精度比较高，但是慢而且消耗电力，而且可能因为天气原因或者障碍物而无法获取卫星信息，另外设备可能没有GPS模块(2)LocationManager.NETWORK_PROVIDER：通过网络获取定位信息，精度低，耗电少，获取信息速度较快，不依赖GPS模块。

　　Android提供criteria类，可根据当前设备情况动态选择位置提供者。我们在之前2.3.2的代码示例中，有这样一句代码：

　　String provider = locationManager.getBestProvider(criteria, true);

　　getBestProvider其实是根据Criteria的条件遍历mProviders集合，返回符合条件的provider名称。我们再看GpsLocationProvider的实现，其代码文件位于：

　　frameworks/base/services/java/com/android/server/location/GpsLocationProvider.java

　　在GpsLocationProvider的构造函数中：

　　这里注册了广播接受者mBroadcastReciever，用于接收广播消息，消息过滤在intentFilter中定义。下面看它接收广播消息时的动作：

　　当接收ALARM_EAKEUP时，执行startNavigating函数，当接收到ALARM_TIMEOUT广播时，执行hibernate函数。这两个函数很关键，下面看他们的实现：

　　看到没有，这里调用了native_set_position_mode和native_start方法，而这些方法正是我们之前在JNI适配层提到的注册的本地方法。同样的，hibernate函数调用了JNI提供的native_stop方法。我们再看GpsLocationProvider的内部私有函数：

　　可以看到所有这些本地方法，都是在JNI层注册的，GpsLocationProvider类是从JNI层到Framework层的通道。

　　下面回到LocationManagerService，分析如何获取最新的位置信息(Location)，获取最新的location的函数是getLastKnownLocation，其实现如下：

　　这里mLastKnownLocation类型为HashMap，所以mLastKnownLocation.get(provider)表示通过provider的名称在哈希字典中获取相应的location，那么这些location是什么时候被存入到哈希字典中的呢?

　　我们回到LocationManagerService的run函数：

　　这里对类型为LocationWorkerHandler的变量进行初始化，LocationWorkerHandler是在LocationManagerService的一个内部类，它继承自Handler类，Handler是Android系统用于应用程序内部通信的组件，内部通信指同个进程的主线程与其他线程间的通信，Handler通过Message或Runnable对象进行通信。我们继续看LocationWorkerHandler的实现：

　　这里重写Handle类的handleMessage方法，处理用Handle接收的Message对象消息。当接受到位置信息变化的消息MESSAGE_LOCATION_CHANGED时，调用p.updateLocationhandleLocationChangedLocked方法，其实现如下：

　　可以看到是在handleLocationChangedLocked函数中实现对lastknownlocation的更新的，那么在LocationWorkerHandler类中处理的MESSAGE_LOCATION_CHANGED消息是谁发送出来的呢?答案是在LocationManagerService类的reportLocation函数中：

　　此处构造了新的Message对象，然后发送到消息队列的首位置。在GpsLocationProvider类的reportLocation函数中，有这样一段代码：

　　所以实际是由GpsLocationProvider主动调用LocationManagerService的reportLocation方法，从而更新最新的位置信息。

　　实际上，GpsLocationoProvider的reportLocation对应了硬件适配层中的GpsCallbacks结构体中的回调函数gps_location_callback

　　那么GpsLocationProvider中的reportLocation函数是如何与GpsCallbacks的gps_location_callback挂钩的呢?我们回到JNI适配层的代码文件：

　　frameworks/base/services/jni/com_android_server_location_GpsLocationProvider.cpp

　　其中定义的GetGpsInterface函数：

　　这里面的sGpsInterface->init(&sGpsCallbacks)调用了GpsInterface的init回调函数，即初始化GpsCallbacks结构体变量sGpsCallbacks，sGpsCallbacks定义如下：

　　我们再次看GpsCallbacks的定义(其代码文件在硬件适配层的头文件gps.h中)：

　　比较sGpsCallbacks与GpsCallbacks，可以看到location_callback与gps_location_callback对应。再看location_callback函数的定义：

　　这里面利用JNI调用了Java语言的方法method_reportLocation，method_reportLocation是一个jmethodID变量，表示一个由Java语言定义的方法。下面我们看method_reportLocation的赋值代码：

　　这里表示method_reportLocation指向Java类clazz里的方法reportLocation，那么这个Java类clazz是不是表示GpsLocationProvider呢?我们找到注册JNI方法的方法表：

　　这里说明_GpsLocationProvider_class_init_native对应的native方法名称是class_init_native，下面我们只要确定在Java中的某个类A调用了class_init_native方法，即可以说明A类的reportLocation函数是GpsCallbacks的回调函数。

　　我们回到GpsLocationProvider的代码文件：

　　frameworks/base/services/java/com/android/server/location/GpsLocationProvider.java

　　其中有一段代码：

　　说明是在GpsLocationProvider中调用了class_init_native方法，从而说明GpsLocationProvider的reportLocation函数是GpsCallbacks的回调函数，即当Gps设备的位置信息发生变化时，它调用GpsLocationProvider的回调函数reportLocation，继而调用LocationManagerService的reportLocation函数，从而更新应用层的位置信息。

　　3 参考文章

　　基于android的GPS移植——主要结构体及接口介绍

　　androidGPS定位，定位城市称，经纬度

     上文详细分析了头文件，硬件适配层、 JNI适配层、Java Framework和使用Gps编程接口等等知识来介绍Android系统Gps，想要深入学习的朋友可以自行网上查阅。