Android字符設備驅動及應用層從jni控制GPIO實戰

2016年10月19日 09:32:17

閱讀數：5506

 本文主要講述從實際項目中一個GPIO口控制一個加密芯片上下電的功能，提供動態庫給客戶，並有Android應用層apk調用.so庫文件的例子，希望能爲大家字符設備驅動以及jni開發入門帶來幫助！

以下描述參考摘錄了別人的話：http://koliy.iteye.com/blog/1424304

android應用層要訪問驅動，一般有三種方法。 
1.應用層 ---> framwork層JNI ---> 驅動c 
2.應用層 ---> framwork層JNI ---> 硬件抽象層HAL ----> 驅動c 

3.應用層-->驅動c（讀寫字符設備）

三種方法，各有各的好處，第1種，方便與驅動調試實驗，只要編譯好ko文件和libxxx.so文件，放入系統中編譯好就可以立即調試了。 

第2種JNI方法有些改變和增加了HAl，對驅動有了封裝，簡單來講，硬件驅動程序一方面分佈在Linux內核中，另一方面分佈在用戶空間的硬件抽象層中。不要誤會android把驅動分成兩半了，其實android只是在驅動的調用接口上在增加一層對應接口功能來讓framwork層JNI來調用。比如，驅動有read接口，HAl層就是封裝read接口，做一個 hal_read接口，裏面調用read接口，然後把hal_read接口給JNI調用。 

明白了嗎？這方面有人講得非常好，有興趣的可以點擊： 
http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6575988 
好處就是對對廠家來說能把商業祕密隱藏起來，我們做驅動實驗的話，操作會極其複雜，不過對理解android整個系統都是極其用用的，因爲它從下到上涉及到了android系統的硬件驅動層，硬件抽象層，運行時庫和應用程序框架層等等。 

第3種涉及到Android上層讀寫設備節點，由於我們現在要講的GPIO口是一個字符設備驅動，也會創建節點，所以可以通過此方法配置

這裏由於客戶需要我們的*.so庫目前只講第1種方法的實現：在此之前，請大家瞭解下JNI的編程方法，JNI是一種爲JAVA和C、C++之間能互相訪問所提供的編程接口（自行百度瞭解）

下面詳細講解開發過程（android系統大同小異），主要分爲三部分：1.GPIO口字符設備驅動的實現，2.jni環境搭建及代碼編寫，3.應用層調用jni代碼的實現

GPIO口字符設備驅動的實現
關於GPIO口字符設備驅動我們要做如下步驟：
1  找到原理圖對應的GPIO口並配置它爲輸出管腳
gpio口配置（不同平臺配置不一樣）但目的是一樣的 設置GPIO口輸出，並默認低電平，我們接的是57管腳
<&range 56 1 0x1500>
<&range 57 1 0x1500>   代表57管腳做爲gpio口使用，並默認低電平    
這個io口寄存器地址：0xe46002e4


但是調試過程中發現
#define gpio_lp 57 
gpio_request(gpio_lp,"pos_pwr");
gpio_set_value(gpio_lp,1);

GPIO調用request報錯,導致GPIO不能用但是換個GPIO口後換個gpio口就不報錯了，

這種原因是由於intel的特殊性：gpio在vmm的地方被調用，在kernel下就不能操作它（一般平臺這樣操作沒問題的）

後續，想到了另外一種方法

void __iomem *ldo_mmio_base = ioremap(0xe46002e4, 4);

iowrite32(0x1700, ldo_mmio_base);   //1700代表設置寄存器（0xe46002e4）爲GPIO口，輸出  爲高

iowrite32(0x1500, ldo_mmio_base);//1500代表設置寄存器（0xe46002e4）爲GPIO口，輸出 爲底  

實現了IO口的控制

1.2  源代碼我們放到linux-3.10/drivers/char下面讓系統生成設備節點：/dev/mypos
   
 linux-3.10依據自己的kernel名字不同而不同

linux-3.10/drivers/char/lp6252_switch.c    

1. #include <linux/module.h> /* For module specific items */
2. #include <linux/moduleparam.h> /* For new moduleparam's */
3. #include <linux/types.h> /* For standard types (like size_t) */
4. #include <linux/errno.h> /* For the -ENODEV/... values */
5. #include <linux/kernel.h> /* For printk/panic/... */
6. #include <linux/fs.h> /* For file operations */^M
7. #include <linux/ioport.h> /* For io-port access */
8. #include <linux/platform_device.h> /* For platform_driver framework */
9. #include <linux/init.h> /* For __init/__exit/... */
10. #include <linux/uaccess.h> /* For copy_to_user/put_user/... */
11. #include <linux/io.h> /* For inb/outb/... */
12. #include <linux/gpio.h>
13. #include <linux/device.h>
14. #include <linux/cdev.h>
15. #include <linux/slab.h> /*kamlloc */
16. //#include <asm-generic/ioctl.h>
18. //ioctl
19. #define CMD_FLAG 'i'
20. #define POS_PWR_ON _IOR(CMD_FLAG,0x00000001,__u32)
21. #define POS_PWR_OFF _IOR(CMD_FLAG,0x00000000,__u32)
22. #define gpio_lp 57
24. static int major =0;
25. static struct class *pos_class;
26. struct cdev_pos {
27. struct cdev cdev;
28. };
29. struct cdev_pos *pos_dev;
31. static int pos_ioctl(struct file* filp,unsigned int cmd,unsigned long argv)
32. {
33. printk(KERN_INFO "entry kernel.... \n");
34. printk(KERN_INFO "%d\n", POS_PWR_ON);
35. <span style="color:#ff0000;">void __iomem *ldo_mmio_base = ioremap(0xe46002e4, 4);</span>
37. switch(cmd)
38. {
39. case POS_PWR_ON:
40. {
41. #if 0
42. gpio_set_value(gpio_lp,1); //
43. printk(KERN_INFO "POS on\n");
44. #endif
45. iowrite32(0x1700, ldo_mmio_base)
46. break;
47. }
48. case POS_PWR_OFF:
49. {
50. #if 0
51. gpio_set_value(gpio_lp,0);
52. printk(KERN_INFO "POS off \n");
53. #endif</span>
54. iowrite32(0x1500, ldo_mmio_base);
55. break;
56. }
57. default:
58. return -EINVAL;
59. }
60. return 0;
61. }
64. //open
65. static int pos_open(struct inode* i_node,struct file* filp)
66. {
67. printk(KERN_INFO "taosong open init.... \n");
68. int err;
69. #if 0
70. err = gpio_request(gpio_lp,"pos_pwr");
71. if(err<0)
72. {
73. printk(KERN_INFO "gpio request faile \n");
74. return err;
75. }
76. gpio_direction_output(gpio_lp,1);
77. #endif
78. return 0;
79. }
81. //close
82. static void pos_close(struct inode* i_node,struct file* filp)
83. {
84. printk(KERN_INFO "taosong close init \n");
85. #if 0
86. gpio_free(gpio_lp);
87. #endif
88. return ;
89. }
91. /* file operations */
92. struct file_operations fops={
93. .owner = THIS_MODULE,
94. .open = pos_open,
95. .unlocked_ioctl = pos_ioctl,
96. .release= pos_close,
97. };
99. static int __init pos_init(void)
100. {
101. printk(KERN_INFO "init .... \n");
102. dev_t dev_no;
103. int result,err;
104. err = alloc_chrdev_region(&dev_no,0,1,"my_pos"); //dynamic request device number
105. if(err<0)
106. {
107. printk(KERN_INFO "ERROR\n");
108. return err;
109. }
110. major = MAJOR(dev_no);
111. pos_dev = kmalloc(sizeof(struct cdev_pos),GFP_KERNEL);
112. if(!pos_dev)
113. {
114. result = -ENOMEM;
115. goto fail_malloc;
116. }
117. memset(pos_dev,0,sizeof(pos_dev));
119. cdev_init(&pos_dev->cdev,&fops);
120. pos_dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
121. result = cdev_add(&pos_dev->cdev,dev_no,1);
122. if(result <0)
123. { printk(KERN_INFO "error\n");
124. goto fail_add;
125. }
126. pos_class = class_create(THIS_MODULE,"mypos"); //in sys/class create sysfs file
127. device_create(pos_class,NULL,MKDEV(major,0),NULL,"mypos"); //dynamic create device file /dev/mypos
128. return 0;
129. fail_add:
130. kfree(pos_dev);
131. fail_malloc:
132. unregister_chrdev_region(dev_no,1);
133. return result;
135. }
137. static void __exit pos_exit(void)
138. {
139. dev_t dev_no=MKDEV(major,0);
141. unregister_chrdev_region(dev_no,1);
142. cdev_del(&pos_dev->cdev);
143. kfree(pos_dev);
144. device_destroy(pos_class,dev_no);
145. class_destroy(pos_class);
146. printk(KERN_INFO "exit........ \n");
147. }
148. module_init(pos_init);
149. module_exit(pos_exit);
150. MODULE_AUTHOR("*@*.com");
151. MODULE_DESCRIPTION("control_pos_power");
152. MODULE_LICENSE("GPL");

要讓此代碼生效編譯進去：

在相應的makefile改過來

diff --git a/drivers/char/Makefile b/drivers/char/Makefile
index e562ed5..98e871f 100644
--- a/drivers/char/Makefile
+++ b/drivers/char/Makefile
@@ -2,6 +2,7 @@
 # Makefile for the kernel character device drivers.
 #
 
+obj-y                          += lp6252_switch.o
 obj-y                          += mem.o random.o
 obj-$(CONFIG_TTY_PRINTK)       += ttyprintk.o
 obj-y                          += misc.o

這樣加入lp6252_switch.c並修改Makefile後固件生成就會在 /dev/ 下生成節點   /dev/mypos

要讓這個節點讓別人可讀寫，還必須修改節點的系統所有者以及他的權限，這個步驟我們一版在 init.rc中進行

我的代碼是system/core/rootdir/init.rc

diff --git a/core/rootdir/init.rc b/core/rootdir/init.rc
index fc5d73f..b3095c0 100644
--- a/core/rootdir/init.rc
+++ b/core/rootdir/init.rc
@@ -308,6 +308,8 @@ on boot
 
     chmod 0777 /dev/ttyS1
     chmod 0777 /sys/devices/l68ie_switch/chip_switch
+    chown system system /dev/mypos
+    chmod 0766 /dev/mypos
 
     chown system system /sys/devices/system/cpu/cpufreq/interactive/timer_rate
     chmod 0660 /sys/devices/system/cpu/cpufreq/interactive/timer_rate

至此一個可用的字符設備節點 /dev/mypos 已經生成並能供給上層可讀寫的權限

二.jni環境搭建及代碼編寫

2.1 NDK本地開發環境搭建

這裏主要介紹在eclipse上搭建NDK開發環境。

以前做Android的項目要用到NDK就必須要下載NDK，下載安裝Cygwin(模擬Linux環境用的)，下載CDT（Eclipse C/C++開發插件），還要配置編譯器，環境變量...

麻煩到不想說了，本人在網上查了一下資料，發現了一個超級快配置NDK的辦法。

Step1：到Android官網下載Android的開發工具ADT(Android Development Tool的縮寫)，該工具集成了最新的ADT和NDK插件以及Eclipse，還有一個最新版本SDK。解壓之後就可以用了，非常爽！

ADT插件：管理Android SDK和相關的開發工具的    

NDK插件：用於開發Android NDK的插件，ADT版本在20以上，就能安裝NDK插件，另外NDK集成了CDT插件

也可以在線更新ADT、NDK插件，不過速度超級慢...所以果斷在網上下載集成開發工具ADT，下載鏈接見：http://developer.android.com/sdk/index.html   本地百度雲地址鏈接：http://pan.baidu.com/s/1slcVhxF 密碼：ucf9

Step2：到Android官網下載最新的NDK，注：NDK版本在r7（本文使用android-ndk-r9b）以上之後就集成了Cygwin，而且還是十分精簡版。比起下載Cygwin要方便多啦！

下載鏈接見：http://developer.android.com/tools/sdk/ndk/index.html  

android-ndk-r9b 百度雲地址鏈接：http://pan.baidu.com/s/1hrPGtKC 密碼：od7o

Step3：打開Eclipse，點Window->Preferences->Android->NDK,設置NDK路徑，例如我的是E:\qf項目20160603\s600\android-ndk-r9b-windows-x86\android-ndk-r9b

Step4：新建一個Android工程，在工程上右鍵點擊Android Tools->Add Native Support...,然後給我們的.so文件取個名字，例如:poscontrol 

     

這時候工程就會多一個jni的文件夾，jni下有Android.mk和poscontrol.cpp(我這裏改成.c文件了)文件。Android.mk是NDK工程的Makefile，poscontrol.cpp就是NDK的源文件。

Step5：右鍵項目工程點擊Run as  就會生成libposcontrol.so

Step6：完成了，然後運行。運行之前先編譯NDK，然後在編譯JAVA代碼。編譯也許會遇到Unable to launch cygpath. Is Cygwin on the path?錯誤，解決辦法如下：

1.工程右鍵，點Properties->C/C++ Build的Building Settings中去掉Use default build command，然後輸入${NDKROOT}/ndk-build.cmd

2.在C/C++ Build中點擊Environment，點Add...添加環境變量NDKROOT，值爲NDK的根目錄

3.再編譯，問題就解決啦！

2.2 jni代碼編寫

poscontrol.c

1. #include<stdio.h>
2. #include<stdlib.h>
3. #include<fcntl.h>
4. #include<errno.h>
5. #include<unistd.h>
6. #include<sys/ioctl.h>
7. #include<jni.h> // 一定要包含此文件
8. #include<string.h>
9. #include<sys/types.h>
10. #include<sys/stat.h>
11. #include <android/log.h>
12. //驅動裏的命令碼.
13. #define CMD_FLAG 'i'
14. #define LED_ON _IOR(CMD_FLAG,0x00000001,__u32)
15. #define LED_OFF _IOR(CMD_FLAG,0x00000000,__u32)
17. #define DEVICE_NAME "/dev/mypos"
18. int fd;
21. static const char *TAG="012";
22. #define LOGI(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, TAG, fmt, ##args)
23. #define LOGD(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, TAG, fmt, ##args)
24. #define LOGE(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, fmt, ##args)
26. /* * Class: Linuxc
27. * Method: openled
28. * Signature: ()I
29. */
31. JNIEXPORT void JNICALL Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOn(JNIEnv* env, jclass mc)
32. {
33. LOGI("POWER ON BY QINFENG");
34. LOGI("LED_ON:%d LED_OFF:%d",LED_ON,LED_OFF);
35. fd=open(DEVICE_NAME,O_RDWR);
36. if(fd<0)
37. {
38. LOGI("don't open dev");
39. }
40. else
41. {
42. ioctl(fd,LED_ON,NULL) ;
43. LOGI("open success");
44. }
47. }
49. /* * Class: Linuxc
50. * Method: clsoeled
51. * Signature: ()V
52. */
53. JNIEXPORT void JNICALL Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOff(JNIEnv* env, jclass mc)
54. {
55. LOGI("POWER Off BY QINFENG");
56. ioctl(fd,LED_OFF,NULL) ;
57. close(fd);
59. }

關於驅動接口的說明：

#define DEVICE_NAME "/dev/mypos"

這個使我們驅動生成的節點，我們後面通過

fd=open(DEVICE_NAME,O_RDWR);

ioctl(fd,LED_ON,NULL) ;

調用節點並通過底層相對應的CMD (LED_ON OR LED_OFF)控制節點的高低電平（加密芯片的上電和下電）

主要提供兩個接口給上層調用：

JNICALL Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOn

Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOff

根據JNI的規則：

com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager

     包名：package com.idean.s600.pay.manage;

類名：IntelPosPowerManager

而posPowerOn  posPowerOff  爲上層要調用的本地接口

在這裏特別說明下,JNI的格式規範要注意的地方： 

1.函數聲明的格式： 
  因JNI會把 '_' 轉換成' . ' 所以在類名和函數接口中不要出現' _ ',以免應用層調用不到JNI接口,這方面對初學者來說極其重要，所以用eclipse生成的android類文件，最好改下類名。不瞭解對實驗的熱情打擊比較重。 
2.JNI函數分本地方法和靜態方法。 
  本地方法： 
        public native int jni();  // 不帶static 聲明. 
  對應的 JNI 函數中參數的定義有改動： 
        Java_xx_xx_LedControl_jni(JNIEnv*env, jobject obj) 
  靜態方法： 
         public static native int jni();  // 帶static 聲明. 
  對應的 JNI 函數中參數的定義有改動： 
        Java_xx_xx_LedControl_jni(JNIEnv*env, jclass cls) 

注意 jobject 和jclass的變動。 

Android.mk代碼如下：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_LDLIBS    := -lm -llog 

LOCAL_MODULE    := poscontrol

LOCAL_SRC_FILES := poscontrol.c

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

注意LOCAL_MODULE    ：poscontrl 代表生成的是libposcontrol.so   apk上層調用的庫文件必須一致

回到 (ndk目錄路徑)/JNI/(應用工程文件)/  路徑下   （個人理解可以本地cmd輸入命令編譯）
輸入命令 ： ../../ndk-build 

會生成 libs 和obj 2個文件。 libposcontrol.so文件放在 libs /armeabi/ 下 

至此，JNI編譯成功，連接上層關於GPIO的字符驅動節點和上層可調用的SO庫文件

三.應用層調用jni代碼的實現（apk編寫）

關於這節主要貼一下源代碼：

IntelPosPowerManager.java

1. package com.idean.s600.pay.manage;
4. import android.media.AudioManager;
5. import android.os.Bundle;
6. import android.app.Activity;
7. import android.content.Intent;
8. import android.util.Log;
9. import android.view.Menu;
10. import android.view.View;
11. import android.view.View.OnClickListener;
12. import android.widget.Button;
14. public class IntelPosPowerManager extends Activity {
17. private Button power_on;
18. private Button power_off;
19. private OnClickListener mylistener;
21. @Override
22. protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
23. super.onCreate(savedInstanceState);
24. setContentView(R.layout.activity_intel_pos_power_manager);
25. power_on= (Button)findViewById(R.id.power_on);
26. power_off= (Button)findViewById(R.id.power_off);
28. //成功點擊事件
29. power_on.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
30. @Override
31. public void onClick(View v) {
32. // TODO Auto-generated method stub
33. Log.d("012", "power_on by android\n");
34. posPowerOn();
36. }
37. });
38. power_off.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
39. @Override
40. public void onClick(View v) {
41. // TODO Auto-generated method stub
42. Log.d("012", "power_off by android\n");
43. posPowerOff();
45. }
46. });
50. }
53. protected void onDestroy(){
54. super.onDestroy();
55. }
60. @Override
61. public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
62. // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
63. getMenuInflater()
64. .inflate(R.menu.activity_intel_pos_power_manager, menu);
65. return true;
66. }
68. static {
69. try{
70. Log.i("012","try to load poscontrol.so");
71. System.loadLibrary("poscontrol");
72. //加載本地庫,也就是JNI生成的libxxx.so文件，下面再說。
73. }catch (UnsatisfiedLinkError ule){
74. Log.e("012","WARNING: Could not load poscontrol.so");
75. }
76. }
77. /**
78. * 控制金融芯片上電
79. */
80. public native static void posPowerOn();
82. /**
83. * 控制金融芯片下電
84. */
85. public native static void posPowerOff();
87. }

注意的點：

 System.loadLibrary("poscontrol");  poscontrol名字要和.so庫對應起來

本地調用方法：		 

1. 控制金融芯片上電
2. public native static void posPowerOn();
3. 控制金融芯片下電
4. public native static void posPowerOff();

附錄xml文件佈局：

activity_intel_pos_power_manager.xml

1. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
2. <RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
3. android:orientation="vertical"
4. android:layout_width="fill_parent"
5. android:layout_height="fill_parent"
6. >
7. <TextView
8. android:id="@+id/position"
9. android:layout_centerInParent="true"
10. android:layout_width="wrap_content"
11. android:layout_height="wrap_content"
12. android:textSize="25sp"
13. android:textColor="#ff0000"
14. android:text=" power control "
15. />
16. <Button
17. android:id="@+id/power_on"
18. android:layout_width="wrap_content"
19. android:layout_height="wrap_content"
20. android:textSize="18sp"
21. android:text="power_on"
22. android:layout_toLeftOf="@+id/position"
23. android:layout_centerHorizontal="true"
24. android:layout_alignTop="@+id/position"
25. />
26. <Button
27. android:id="@+id/power_off"
28. android:layout_width="wrap_content"
29. android:layout_height="wrap_content"
30. android:textSize="18sp"
31. android:text="power_off"
32. android:layout_toRightOf="@+id/position"
33. android:layout_alignTop="@+id/position"
34. />
35. </RelativeLayout>

至此，從底層GPIO字符設備驅動 到 JNI 庫文件實現，到上層apk調用JNI本地接口功能全部實現

附

apk下載地址：http://download.csdn.net/detail/qf0727/9665118

通過按鈕 power_on 和 power_off 就能夠控制GPIO口的高低電平了