Android Camera API2中采用CameraMetadata用于从APP到HAL的参数交互

前沿：

在全新的Camera API2架构下，常常会有人疑问再也看不到熟悉的SetParameter/Paramters等相关的身影，取而代之的是一种全新的CameraMetadata结构的出现，他不仅很早就出现在Camera API1/API2结构下的Camera2Device、Camera3Device中用于和HAL3的数据交互，而现在在API2的驱使下都取代了Parameter，实现了Java到native到hal3的参数传递。那么现在假如需要在APP中设置某一项控制参数，对于Camera
API2而言，涉及到对Sensor相关参数的set/control时又需要做哪些工作呢？

1. camera_metadata类整体布局结构

主要涉及到的源文件包括camera_metadata_tags.h，camera_metadata_tag_info.c，CameraMetadata.cpp，camera_metadata.c。对于每个Metadata数据，其通过不同业务控制需求，将整个camera工作需要的参数划分成多个不同的Section，其中在camera_metadata_tag_info.c表定义了所有Camera需要使用到的Section段的Name：

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对于每个Section端而言，其都占据一个索引区域section_bounds，比如ANDROID_CONTROL Section他所代表的control区域是从ANDROID_CONTROL_START到ANDROID_CONTROL_END之间，且每个Section所拥有的Index范围理论最大可到(1 << 16)大小，完全可以满足统一Section下不同的控制参数的维护。

以ANDROID_CONTROL为列，他的Section index = 1，即对应的section index区间可到（1<<16，2<<16)，但一般以实际section中维护的tag的数量来结束，即ANDROID_CONTROL_END决定最终的section index区间。对于每一个section，其下具备不同数量的tag，这个tag是一个指定section下的index值，通过该值来维护一个tag所在的数据区域，此外每个tag都有相应的string name，在camera_metadata_tag_info.c通过struct
tag_info_t来维护一个tag的相关属性：

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其中tag_name为对应section下不同tag的name值 ，tag_type指定了这个tag所维护的数据类型，包括如下：

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对每一个section所拥有的tag_info信息，通过全局结构体tag_info_t *tag_info[ANDROID_SECTION_COUNT] 来定义。

下图是对整个Camera Metadata对不同section以及相应section下不同tag的布局图，下图以最常见的android.control Section为例进行了描述：



2. CameraMetadata通过camera_metadata来维护数据信息

假设现在存在一个CameraMetadata对象，那么他是如何将一个tag标记的参数维护起来的呢？

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一个CameraMetadata数据内存块中组成的最小基本单元是struct camera_metadata_buffer_entry，总的entry数目等信息需要struct camera_metadata_t来维护：

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对于每一个entry主要记录他的所代表的TAG，以及这个TAG的需要存储的数据类型，此外还需要记录这个entry是否是需要一个union offset来表示他当前数据量过大时的数据存储位置，

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3. update更新并建立参数

CameraMetadata支持不同类型的数据更新或者保存到camera_metadata_t中tag所在的entry当中去，以一个更新单字节的数据为例，data_count指定了数据的个数，而tag指定了要更新的entry。

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首先是通过checkType，主要是通过tag找到get_camera_metadata_tag_type其所应当支持的tag_type(因为具体的TAG是已经通过camera_metadata_tag_info.c源文件中的tag_info这个表指定了其应该具备的tag_type)，比较两者是否一致，一致后才允许后续的操作，如这里需要TYPE_BYTE一致。

updataImpl函数主要是讲所有要写入的数据进行update操作。

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主要分为以下几个过程：

a.通过tag_type存储的数据类型，由calculate_camera_metadata_entry_data_size计算要写入的entry中的数据量。

b. resizeIfNeeded通过已有entry的数量等，增加entry_capacity，或者重建整个camera_metadata_t，为后续增加数据创建内存空间基础。

c. 通过find_camera_metadata_entry获取一个entry的入口camera_metadata_entry_t，如果存在这个tag对应的entry，则将camera_metadata_buffer_entry_t的属性信息转为camera_metadata_entry_t。

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d .add_camera_metadata_entry完成全新的entry更新与写入，即这个TAG目前不存在于这个camera_metadata_t中；update_camera_metadata_entry则是直接完成数据的更新。

3. Java层中CameraMetadata.java和CameraMetadataNative.java

下面以API2中java层中设置AF的工作模式为例，来说明这个参数设置的过程：

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其中CONTROL_AF_MODE定义在CaptureRequest,java中如下以一个Key的形式存在：

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在CameraMetadataNative.java中Key的构造

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其中CONTROL_AF_MODE_CONTINUOUS_PICTURE定义在CameraMetadata.java中

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逐一定位set的入口：

a. mPreviewBuilder是CaptureRequest.java的build类，其会构建一个CaptureRequest

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mSetting建立的是一个CameraMetadataNative对象，主要用于和Native层进行接口交互，构造如下

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b. CaptureRequest.Build.set()

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考虑到CaptureRequest extend CameraMetadata，则CaptureRequest.java中getNativeKey

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mKey即为之前构造的CameraMetadataNative.Key.

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首先来看key.getTag()函数的实现，他是将这个key交由Native层后转为一个真正的在Java层中的tag值：

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是将Java层的String交由Native来转为一个Java层的tag值。

再来看writeValues的实现，同样调用的是一个native接口，很好的阐明了CameraMetadataNative的意思：

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相关native层的实现在下一小节说明。

4. Native层的CameraMetadata结构完成camera参数的传递

在描述万了CameraMetadata数据的相关操作之后，可明确的一点是SECTION下的TAG是操作他的核心所在。

这里先说明一个在API1 Camera2Client 参数传递的过程，他采用的逻辑是还是在Java层预留了setParameters接口，只是当Parameter在设置时比起CameraClient而言，他是将这个Parameter根据不同的TAG形式直接绑定到CameraMetadata mPreviewRequest/mRecordRequest/mCaptureRequest中，这些数据会由Capture_Request转为camera3_capture_request中的camera_metadata_t
settings完成参数从Java到native到HAL3的传递。

但是在Camera API2下，不再需要那么复杂的转换过程，在Java层中直接对参数进行设置并将其封装到Capture_Request即可，即参数控制由Java层来完成。这也体现了API2中Request和Result在APP中就大量存在的原因。对此为了和Framework Native层相关TAG数据的统一，在Java层中大量出现的参数设置是通过Section Tag的name来交由Native完成转换生成在Java层的TAG。

对于第三小节中提到的native层的实现，其对应的实现函数位于android_hardware_camera2_CameraMetadata.c中，如CameraMetadata_getTagFromKey是实现将一个Java层的string转为一个tag的值，他的主要原理如下：根据传入的key string值本质是由一个字符串组成的如上文中提到的android.control.mode。对比最初不同的Section name就可以发现前面两个x.y的字符串就是代表是Section name.而后面mode即是在该section下的tag数值，所以通过对这个string的分析可知，就可以定位他的section以及tag值。这样返回到Java层的就是key相应的tag值了。

如果要写数据，那么在native同样需要一个CameraMetadata对象，这里是在Java构造CameraMetadataNative时实现的，调用的native接口是nativeAllocate()：

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最终可以明确的是CameraMetadata相关的参数是被Java层来set/get，但本质是在native层进行了实现，后续如果相关控制参数是被打包到CaptureRequest中时传入到native时即操作的还是native中的CameraMetadata。