Android Phone设计介绍

Android Phone设计介绍

在Android之rild进程启动源码分析一文中已经详细介绍了Android的电话系统架构设计，并对rild进程进行了详细的剖析。native层的rild进程负责与底层modem设备交互，比如向modem发送AT命令、从modem中接收消息，同时实时监控modem的状态；作为三层架构设计的Android电话系统：客户端的framework、服务端的rild、modem设备，rild进程还需要接收来自客户端的命令消息，将客户端的需求转发给modem设备，实现对modem的控制。

Framework的RIL与Native的Rild交互框图：

Android中关于telephony相关的java代码主要在下列目录中：
1. frameworks/base/telephony/java/android/telephony
   提供Android telephony的公开接口，任何具有权限的第三方应用都可使用，如接口类TelephonyManager。
2. frameworks/base/telephony/java/com/android/internal/telephony
3. frameworks/base/services/java/com/android/server/TelephonyRegistry.java
   提供一系列内部接口，目前第三方应用还不能使用。当前似乎只有packages/apps/Phone能够使用
4. packages/apps/Phone
   一个特殊应用，或者理解为一个平台内部进程。其他应用通过intent方式调用这个进程的服务。

TelephonyManager主要使用两个服务来访问telephony功能：
1. ITelephony，提供与telephony进行操作，交互的接口

    在packages/apps/Phone中由PhoneInterfaceManager.java实现。
2. ITelephonyRegistry, 提供登记telephony事件的接口

    在frameworks/base/services/java/com/android/server/TelephonyRegistry.java实现。

在framework层提供并实现了一套完整的电话操作接口，这些接口描述了电话的各个功能模块，相关类关系图如下：

BaseCommands实现了CommandsInterface的部分接口，用于通知手机各种内部状态的变化。它里面保存了大量的Registrant（注册者）和RegistrantList，并提供了大量的registerXXX和unregisterXXX函数。当对某种状态变化感兴趣时，就可以调用registerXXX函数，在BaseCommands内部创建一个对应的registrant或将registrant添加到列表中。后者表示某种状态有多个感兴趣者，将各个registrant添加到RegistrantList中，若只能有一个感兴趣者则创建的是Registrant对象。实际上，在调用registerXXX函数时，调用者将message和handler传递给Registrant对象；当有状态变化时则通过Registrant.NotifyXXX调用Handler将消息发送到handler的消息队列上，调用者可以在一个线程中去处理这些消息，因此实现了尽可能实时通知调用者的目的。RIL类负责与rild交互，提供API用于执行AT命令，即RIL请求，供调用者调用；以及处理上报的回复，以消息的形式发送给调用者。

CommandsInterface 描述了对电话的所有操作接口，如命令，查询状态，以及电话事件监听等，BaseCommands是CommandsInterface的直接派生类，实现了电话事件的处理(发送message给对应的handler)。RIL类继承自BaseCommands，实现了CommandsInterface的部分接口，包含了2个线程sender和receiver（在RIL的构造函数中创建并启动运行），前者用于向rild发送RIL At命令请求，后者用于处理来自rild的response信息（包括对RIL请求的回复和Modem主动上报的unsolicited信息）。它们都是向本地socket读写数据来实现的。使用者在使用RIL请求API时，通过sender线程向rild发送RIL请求，具体是：在这些API函数中，得到一个RILRequest后，将要传递给AT命令的数据通过Parcel写入到socket中，rild侧解析得到传递来的数据，根据请求号调用相应的分发函数转换成AT命令传递给Modem。对于每一个命令接口方法，如acceptCall，或者状态查询，将它转换成对应的RIL_REQUEST_XXX，通过线程RILSender发送给rild。线程RILReceiver监听socket,当有数据上报时，读取该数据并处理。读取的数据有两种：

1. 电话事件，RIL_UNSOL_xxx, RIL读取相应数据后，发送message给对应的handler 。
2. 命令的异步响应。
 
Android电话描述相关类关系图如下：

Phone描述了对电话的所有操作接口。PhoneBase直接从Phone 派生而来。而另外两个类，CDMAPhone和GSMPhone，又从PhoneBase派生而来，分别代表对CDMA 和GSM的操作。PhoneProxy也从Phone直接派生而来。当前不需要区分具体是CDMA Phone还是GSM Phone时，可使用PhoneProxy。GSMPhone和CDMAPhone实现了Phone中定义的接口。接口类Phone定义了一套API，这套API用于使用RIL发送AT命令请求，也还有一套register和unregister函数；当调用者对一些内部状态感兴趣时，可以调用对应的register函数，当状态变化时可以得到及时通知。PhoneBase实现了Phone接口中定义的部分函数，还有一部分由其子类GSMPhone和CDMAPhone实现。PhoneProxy是GSMPhone和CDMAPhone的代理，让使用者不用关注手机到底是GSM还是CDMA，它遵守Phone定义的API接口，因此继承Phone。PhoneFactory在创建Phone对象时，拥有的是PhoneProxy对象，PhoneProxy根据实际的网络类型创建对应的GSMPhone或CDMAPhone。PhoneFactory同样拥有CommandInterface的接口对象，即RIL的实例，该RIL实例将被传递给GSMPhone或CDMAPhone，即GSMPhone或CDMAPhone引用它，实现与rild的交互。GSMPhone和CDMAPhone继承自PhoneBase，它们（包括PhoneProxy）都是一个Handler。这样，它们就可以在线程的循环Looper.loop中处理来自RILJ或自身发送的各种Message。PhoneFactory负责创建各个Phone实例，其成员及成员函数为static，可以保证创建的实例在系统运行时的唯一性。

电话tracker类关系图：

 Phone进程启动

Phone就象个后台进程一样，开机即运行并一直存在,当有来电时，它会作出反应，如显示UI和铃声提示；当在通话过程中，它显示InCallScreen;当要拨号时ITeleohony的接口调用最终到Phone进程，然后由它去与PhoneFactory创建的GSMPhone或CDMAPhone进行交互;通话记录也是由Phone添加到数据库里的。

Android的Phone进程并不是在点击Luncher上的图标启动的，而是在系统开机启动时，又ActivityManagerService启动的。Phone的源码位于packagesappsPhone。在Phone的AndroidManifest.xml文件配置了如下属性：

<application android:name="PhoneApp"
                 android:persistent="true"
                 android:label="@string/dialerIconLabel"
                 android:icon="@drawable/ic_launcher_phone">

<application android:name="PhoneApp"
                 android:persistent="true"
                 android:label="@string/dialerIconLabel"
                 android:icon="@drawable/ic_launcher_phone">

对于android:persistent="true" 的应用是在Android开机时启动的，在Android服务启动中，有三种启动方式，其中一种是在启动完成时通过调用systemReady函数来完成并通知服务启动。ActivityManagerService服务正是采用这种启动方式：

public void systemReady(final Runnable goingCallback){
    ......
    if (goingCallback != null) goingCallback.run();
    synchronized (this) {
        if (mFactoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {
            try {
                //通过PackageManager查询到所有android:persistent属性为true的应用
                List apps = AppGlobals.getPackageManager().getPersistentApplications(STOCK_PM_FLAGS);
                if (apps != null) {
                    int N = apps.size();
                    int i;
                    //遍历所有应用，并启动
                    for (i=0; i<N; i++) {
                        //得到每个应用的相关信息
                        ApplicationInfo info= (ApplicationInfo)apps.get(i);
                        //启动应用
                        if (info != null &&!info.packageName.equals("android")) {
                            addAppLocked(info);
                        }
                    }
                }
            } catch (RemoteException ex) {
                // pm is in same process, this will never happen.
            }
        }
        ........
        mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);
    }
}

public void systemReady(final Runnable goingCallback){
    ......
    if (goingCallback != null) goingCallback.run();
    synchronized (this) {
        if (mFactoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {
            try {
                //通过PackageManager查询到所有android:persistent属性为true的应用
                List apps = AppGlobals.getPackageManager().getPersistentApplications(STOCK_PM_FLAGS);
                if (apps != null) {
                    int N = apps.size();
                    int i;
                    //遍历所有应用，并启动
                    for (i=0; i<N; i++) {
                        //得到每个应用的相关信息
                        ApplicationInfo info= (ApplicationInfo)apps.get(i);
                        //启动应用
                        if (info != null &&!info.packageName.equals("android")) {
                            addAppLocked(info);
                        }
                    }
                }
            } catch (RemoteException ex) {
                // pm is in same process, this will never happen.
            }
        }
        ........
        mMainStack.resumeTopActivityLocked(null);
    }
}

在该函数中，首先查询android:persistent="true"的应用，然后调用addAppLocked启动该应用

final ProcessRecord addAppLocked(ApplicationInfo info) {
    //根据进程名称及uid查询相应的进程
    ProcessRecord app = getProcessRecordLocked(info.processName, info.uid);
    //如果系统中不存在该进城，则创建一个新的进程
    if (app == null) {
        app = newProcessRecordLocked(null, info, null);
        mProcessNames.put(info.processName, info.uid, app);
        updateLruProcessLocked(app, true, true);
    }
    // This package really, really can not be stopped.
    try {
        AppGlobals.getPackageManager().setPackageStoppedState(info.packageName, false);
    } catch (RemoteException e) {
    } catch (IllegalArgumentException e) {
        Slog.w(TAG, "Failed trying to unstop package "+ info.packageName + ": " + e);
    }

    if ((info.flags&(ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PERSISTENT))
            == (ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PERSISTENT)) {
        app.persistent = true;
        app.maxAdj = ProcessList.PERSISTENT_PROC_ADJ;
    }
    if (app.thread == null && mPersistentStartingProcesses.indexOf(app) < 0) {
        mPersistentStartingProcesses.add(app);
        //启动该应用进程
        startProcessLocked(app, "added application", app.processName);
    }
    return app;
}

final ProcessRecord addAppLocked(ApplicationInfo info) {
    //根据进程名称及uid查询相应的进程
    ProcessRecord app = getProcessRecordLocked(info.processName, info.uid);
    //如果系统中不存在该进城，则创建一个新的进程
    if (app == null) {
        app = newProcessRecordLocked(null, info, null);
        mProcessNames.put(info.processName, info.uid, app);
        updateLruProcessLocked(app, true, true);
    }
    // This package really, really can not be stopped.
    try {
        AppGlobals.getPackageManager().setPackageStoppedState(info.packageName, false);
    } catch (RemoteException e) {
    } catch (IllegalArgumentException e) {
        Slog.w(TAG, "Failed trying to unstop package "+ info.packageName + ": " + e);
    }

    if ((info.flags&(ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PERSISTENT))
            == (ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM|ApplicationInfo.FLAG_PERSISTENT)) {
        app.persistent = true;
        app.maxAdj = ProcessList.PERSISTENT_PROC_ADJ;
    }
    if (app.thread == null && mPersistentStartingProcesses.indexOf(app) < 0) {
        mPersistentStartingProcesses.add(app);
        //启动该应用进程
        startProcessLocked(app, "added application", app.processName);
    }
    return app;
}

应用启动核心函数是startProcessLocked，该函数已经在Zygote孵化应用进程过程的源码分析中详细介绍了。由此可知对于属性android:persistent为true的应用是在ActivityManagerService服务启动完成后启动的。PhoneAPP继承自Application，启动时调用它的onCreate函数：

public void onCreate() {
    if (VDBG) Log.v(LOG_TAG, "onCreate()...");

    ContentResolver resolver = getContentResolver();
    Settings.Secure.putInt(resolver, Settings.Secure.RADIO_OPERATION, 0);
    sVoiceCapable =getResources().getBoolean(com.android.internal.R.bool.config_voice_capable);
    if (phone == null) {
        // Get the default phone
        phone = PhoneFactory.makeDefaultPhone(this);

        // Start TelephonyDebugService After the default phone is created.
        Intent intent = new Intent(this, TelephonyDebugService.class);
        startService(intent);

        mCM = CallManager.getInstance();
        mCM.registerPhone(phone);

        // Create the NotificationMgr singleton, which is used to display
        // status bar icons and control other status bar behavior.
        notificationMgr = NotificationMgr.init(this);

        phoneMgr = PhoneInterfaceManager.init(this, phone);

        mHandler.sendEmptyMessage(EVENT_START_SIP_SERVICE);

        int phoneType = phone.getPhoneType();

        if (phoneType == Phone.PHONE_TYPE_CDMA) {
                    ...
        }

        if (BluetoothAdapter.getDefaultAdapter() != null) {
            mBtHandsfree = BluetoothHandsfree.init(this, mCM);
            startService(new Intent(this, BluetoothHeadsetService.class));
        } else {
            // Device is not bluetooth capable
            mBtHandsfree = null;
        }
        ringer = Ringer.init(this);
        mReceiver = new PhoneAppBroadcastReceiver();
        mMediaButtonReceiver = new MediaButtonBroadcastReceiver();
        // before registering for phone state changes
        PowerManager pm = (PowerManager) getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        ...
        // create mAccelerometerListener only if we are using the proximity sensor
        if (proximitySensorModeEnabled()) {
            mAccelerometerListener = new AccelerometerListener(this, this);
        }
        mKeyguardManager = (KeyguardManager) getSystemService(Context.KEYGUARD_SERVICE);
        mPowerManagerService = IPowerManager.Stub.asInterface(ServiceManager.getService("power"));
        callController = CallController.init(this);
        inCallUiState = InCallUiState.init(this);
        callerInfoCache = CallerInfoCache.init(this);
        notifier = CallNotifier.init(this, phone, ringer, mBtHandsfree, new CallLogAsync());
        // register for ICC status
        IccCard sim = phone.getIccCard();
        if (sim != null) {
            if (VDBG) Log.v(LOG_TAG, "register for ICC status");
            sim.registerForNetworkLocked(mHandler, EVENT_SIM_NETWORK_LOCKED, null);
        }

        // register for MMI/USSD
        mCM.registerForMmiComplete(mHandler, MMI_COMPLETE, null);

        // register connection tracking to PhoneUtils
        PhoneUtils.initializeConnectionHandler(mCM);

        // Read platform settings for TTY feature
        mTtyEnabled = getResources().getBoolean(R.bool.tty_enabled);

        // Register for misc other intent broadcasts.
        IntentFilter intentFilter =new IntentFilter(Intent.ACTION_AIRPLANE_MODE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(BluetoothHeadset.ACTION_CONNECTION_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(BluetoothHeadset.ACTION_AUDIO_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_ANY_DATA_CONNECTION_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(Intent.ACTION_HEADSET_PLUG);
        intentFilter.addAction(Intent.ACTION_DOCK_EVENT);
        intentFilter.addAction(Intent.ACTION_LOCALE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_SIM_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_RADIO_TECHNOLOGY_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_SERVICE_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_EMERGENCY_CALLBACK_MODE_CHANGED);
        if (mTtyEnabled) {
            intentFilter.addAction(TtyIntent.TTY_PREFERRED_MODE_CHANGE_ACTION);
        }
        intentFilter.addAction(AudioManager.RINGER_MODE_CHANGED_ACTION);
        registerReceiver(mReceiver, intentFilter);
        ...
        AudioManager am = (AudioManager) getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);

        PhoneUtils.setAudioMode(mCM);
    }
        ...
    inflateView();
    Log.d(LOG_TAG,"Send Broadcast ACTION_PHONE_RESTART");
    Intent intent = new Intent(TelephonyIntents.ACTION_PHONE_RESTART);
    sendBroadcast(intent);
}

public void onCreate() {
    if (VDBG) Log.v(LOG_TAG, "onCreate()...");

    ContentResolver resolver = getContentResolver();
    Settings.Secure.putInt(resolver, Settings.Secure.RADIO_OPERATION, 0);
    sVoiceCapable =getResources().getBoolean(com.android.internal.R.bool.config_voice_capable);
    if (phone == null) {
        // Get the default phone
        phone = PhoneFactory.makeDefaultPhone(this);

        // Start TelephonyDebugService After the default phone is created.
        Intent intent = new Intent(this, TelephonyDebugService.class);
        startService(intent);

        mCM = CallManager.getInstance();
        mCM.registerPhone(phone);

        // Create the NotificationMgr singleton, which is used to display
        // status bar icons and control other status bar behavior.
        notificationMgr = NotificationMgr.init(this);

        phoneMgr = PhoneInterfaceManager.init(this, phone);

        mHandler.sendEmptyMessage(EVENT_START_SIP_SERVICE);

        int phoneType = phone.getPhoneType();

        if (phoneType == Phone.PHONE_TYPE_CDMA) {
                    ...
        }

        if (BluetoothAdapter.getDefaultAdapter() != null) {
            mBtHandsfree = BluetoothHandsfree.init(this, mCM);
            startService(new Intent(this, BluetoothHeadsetService.class));
        } else {
            // Device is not bluetooth capable
            mBtHandsfree = null;
        }
        ringer = Ringer.init(this);
        mReceiver = new PhoneAppBroadcastReceiver();
        mMediaButtonReceiver = new MediaButtonBroadcastReceiver();
        // before registering for phone state changes
        PowerManager pm = (PowerManager) getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        ...
        // create mAccelerometerListener only if we are using the proximity sensor
        if (proximitySensorModeEnabled()) {
            mAccelerometerListener = new AccelerometerListener(this, this);
        }
        mKeyguardManager = (KeyguardManager) getSystemService(Context.KEYGUARD_SERVICE);
        mPowerManagerService = IPowerManager.Stub.asInterface(ServiceManager.getService("power"));
        callController = CallController.init(this);
        inCallUiState = InCallUiState.init(this);
        callerInfoCache = CallerInfoCache.init(this);
        notifier = CallNotifier.init(this, phone, ringer, mBtHandsfree, new CallLogAsync());
        // register for ICC status
        IccCard sim = phone.getIccCard();
        if (sim != null) {
            if (VDBG) Log.v(LOG_TAG, "register for ICC status");
            sim.registerForNetworkLocked(mHandler, EVENT_SIM_NETWORK_LOCKED, null);
        }

        // register for MMI/USSD
        mCM.registerForMmiComplete(mHandler, MMI_COMPLETE, null);

        // register connection tracking to PhoneUtils
        PhoneUtils.initializeConnectionHandler(mCM);

        // Read platform settings for TTY feature
        mTtyEnabled = getResources().getBoolean(R.bool.tty_enabled);

        // Register for misc other intent broadcasts.
        IntentFilter intentFilter =new IntentFilter(Intent.ACTION_AIRPLANE_MODE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(BluetoothHeadset.ACTION_CONNECTION_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(BluetoothHeadset.ACTION_AUDIO_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_ANY_DATA_CONNECTION_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(Intent.ACTION_HEADSET_PLUG);
        intentFilter.addAction(Intent.ACTION_DOCK_EVENT);
        intentFilter.addAction(Intent.ACTION_LOCALE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_SIM_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_RADIO_TECHNOLOGY_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_SERVICE_STATE_CHANGED);
        intentFilter.addAction(TelephonyIntents.ACTION_EMERGENCY_CALLBACK_MODE_CHANGED);
        if (mTtyEnabled) {
            intentFilter.addAction(TtyIntent.TTY_PREFERRED_MODE_CHANGE_ACTION);
        }
        intentFilter.addAction(AudioManager.RINGER_MODE_CHANGED_ACTION);
        registerReceiver(mReceiver, intentFilter);
        ...
        AudioManager am = (AudioManager) getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);

        PhoneUtils.setAudioMode(mCM);
    }
        ...
    inflateView();
    Log.d(LOG_TAG,"Send Broadcast ACTION_PHONE_RESTART");
    Intent intent = new Intent(TelephonyIntents.ACTION_PHONE_RESTART);
    sendBroadcast(intent);
}

CallNotifier是一个Handler，它为PhoneApp处理各个主动上报来的一些消息。它监听来自Telephony层phone状态变化和其它各种事件，从而作出反应 如各种UI行为：启动铃音播放和来电显示UI、播放正在通话时的来电提示、更新状态栏提示（通过NotificationMgr）、通话记录添加等。在PhoneBase中提供了一些RegistrantList，CallNotifier可以将自己作为一个感兴趣者注册进去，这样，当状态变化时，CallNotifier将得到通知，然后在线程中对其处理，作出UI方面的响应。

NotificationMgr以静态成员函数的方式为PhoneApp用于Phone进程在状态栏中通知用户消息的功能，诸如：有未接电话、正在通话、是否静音等信息。它使用系统提供的API类NotificationManager和StatusBarManager完成通知功能。每项通知对应着通知、更新通知和取消通知的函数。当收到Message时，PhoneApp的Handler的handleMessage会使用NotificationMgr更新状态栏信息。下面的代码片段用于更新状态栏的的提示信息：

phonesrccomandroidphonePhoneApp.java

case EVENT_UPDATE_INCALL_NOTIFICATION:
  notificationMgr.updateInCallNotification();//通话提示
  break;
case EVENT_DATA_ROAMING_DISCONNECTED:
  notificationMgr.showDataDisconnectedRoaming();//因漫游数据连接断开提示
  break;
case EVENT_DATA_ROAMING_OK:
  notificationMgr.hideDataDisconnectedRoaming();//隐藏漫游断开提示
  break;

case EVENT_UPDATE_INCALL_NOTIFICATION:
  notificationMgr.updateInCallNotification();//通话提示
  break;
case EVENT_DATA_ROAMING_DISCONNECTED:
  notificationMgr.showDataDisconnectedRoaming();//因漫游数据连接断开提示
  break;
case EVENT_DATA_ROAMING_OK:
  notificationMgr.hideDataDisconnectedRoaming();//隐藏漫游断开提示
  break;

是否有未接电话的提示则是在PhoneApp创建NotificationMgr对象并调用其初始化函数时检查提示的。

InCallScreen它是手机正在通话时的Activity。当有来电、开始拨号或正在通话时，运行的是该Activity，InCallScreen需要处理来电时跳过键盘锁直接可以接听电话、是否有耳机插入的情况、是否用蓝牙接听电话、需要监听并维护更新通话状态并显示给用户、需要支持通话过程中的某些功能（如发送DTMF、电话会议、分离一路通话）操作、OTA Call等。CallCard是InCallScreen中的一个call（可能是当前的Call或保持的Call或来电Call）。当需要接听电话或拨打电话时，上层发来intent，然后InCallScreen收到intent时它的InCallScreen.onNewIntent函数被调用，解析intent，要么调用placeCall拨打电话，要么调用internalAnswerCall接听电话。

InCallTouchUi:通话过程中的按钮功能以及来电接听时的滑动接听功能。
ManageConferenceUtils：管理多方通话的工具，包括部分UI元素。借助PhoneUtils实现其功能。
DTMFTwelveKeyDialer：通话状态时的拨号盘，用于发送DTMF。
DTMFTwelveKeyDialerView：DTMF拨号视图布局类。
InCallControlState:维护着一些状态信息，诸如是否Enable了Speaker声音免提、是否可以添加新的一路通话等等。它是MVC模式的数据部分。
InCallMenu:通话状态菜单，里面包含各个菜单项