Android字符设备驱动及应用层从jni控制GPIO实战

2016年10月19日 09:32:17

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 本文主要讲述从实际项目中一个GPIO口控制一个加密芯片上下电的功能，提供动态库给客户，并有Android应用层apk调用.so库文件的例子，希望能为大家字符设备驱动以及jni开发入门带来帮助！

以下描述参考摘录了别人的话：http://koliy.iteye.com/blog/1424304

android应用层要访问驱动，一般有三种方法。 
1.应用层 ---> framwork层JNI ---> 驱动c 
2.应用层 ---> framwork层JNI ---> 硬件抽象层HAL ----> 驱动c 

3.应用层-->驱动c（读写字符设备）

三种方法，各有各的好处，第1种，方便与驱动调试实验，只要编译好ko文件和libxxx.so文件，放入系统中编译好就可以立即调试了。 

第2种JNI方法有些改变和增加了HAl，对驱动有了封装，简单来讲，硬件驱动程序一方面分布在Linux内核中，另一方面分布在用户空间的硬件抽象层中。不要误会android把驱动分成两半了，其实android只是在驱动的调用接口上在增加一层对应接口功能来让framwork层JNI来调用。比如，驱动有read接口，HAl层就是封装read接口，做一个 hal_read接口，里面调用read接口，然后把hal_read接口给JNI调用。 

明白了吗？这方面有人讲得非常好，有兴趣的可以点击： 
http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6575988 
好处就是对对厂家来说能把商业秘密隐藏起来，我们做驱动实验的话，操作会极其复杂，不过对理解android整个系统都是极其用用的，因为它从下到上涉及到了android系统的硬件驱动层，硬件抽象层，运行时库和应用程序框架层等等。 

第3种涉及到Android上层读写设备节点，由于我们现在要讲的GPIO口是一个字符设备驱动，也会创建节点，所以可以通过此方法配置

这里由于客户需要我们的*.so库目前只讲第1种方法的实现：在此之前，请大家了解下JNI的编程方法，JNI是一种为JAVA和C、C++之间能互相访问所提供的编程接口（自行百度了解）

下面详细讲解开发过程（android系统大同小异），主要分为三部分：1.GPIO口字符设备驱动的实现，2.jni环境搭建及代码编写，3.应用层调用jni代码的实现

GPIO口字符设备驱动的实现
关于GPIO口字符设备驱动我们要做如下步骤：
1  找到原理图对应的GPIO口并配置它为输出管脚
gpio口配置（不同平台配置不一样）但目的是一样的 设置GPIO口输出，并默认低电平，我们接的是57管脚
<&range 56 1 0x1500>
<&range 57 1 0x1500>   代表57管脚做为gpio口使用，并默认低电平    
这个io口寄存器地址：0xe46002e4


但是调试过程中发现
#define gpio_lp 57 
gpio_request(gpio_lp,"pos_pwr");
gpio_set_value(gpio_lp,1);

GPIO调用request报错,导致GPIO不能用但是换个GPIO口后换个gpio口就不报错了，

这种原因是由于intel的特殊性：gpio在vmm的地方被调用，在kernel下就不能操作它（一般平台这样操作没问题的）

后续，想到了另外一种方法

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

iowrite32(0x1700, ldo_mmio_base);   //1700代表设置寄存器（0xe46002e4）为GPIO口，输出  为高

iowrite32(0x1500, ldo_mmio_base);//1500代表设置寄存器（0xe46002e4）为GPIO口，输出 为底  

实现了IO口的控制

1.2  源代码我们放到linux-3.10/drivers/char下面让系统生成设备节点：/dev/mypos
   
 linux-3.10依据自己的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");

要让此代码生效编译进去：

在相应的makefile改过来

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

这样加入lp6252_switch.c并修改Makefile后固件生成就会在 /dev/ 下生成节点   /dev/mypos

要让这个节点让别人可读写，还必须修改节点的系统所有者以及他的权限，这个步骤我们一版在 init.rc中进行

我的代码是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

至此一个可用的字符设备节点 /dev/mypos 已经生成并能供给上层可读写的权限

二.jni环境搭建及代码编写

2.1 NDK本地开发环境搭建

这里主要介绍在eclipse上搭建NDK开发环境。

以前做Android的项目要用到NDK就必须要下载NDK，下载安装Cygwin(模拟Linux环境用的)，下载CDT（Eclipse C/C++开发插件），还要配置编译器，环境变量...

麻烦到不想说了，本人在网上查了一下资料，发现了一个超级快配置NDK的办法。

Step1：到Android官网下载Android的开发工具ADT(Android Development Tool的缩写)，该工具集成了最新的ADT和NDK插件以及Eclipse，还有一个最新版本SDK。解压之后就可以用了，非常爽！

ADT插件：管理Android SDK和相关的开发工具的    

NDK插件：用于开发Android NDK的插件，ADT版本在20以上，就能安装NDK插件，另外NDK集成了CDT插件

也可以在线更新ADT、NDK插件，不过速度超级慢...所以果断在网上下载集成开发工具ADT，下载链接见：http://developer.android.com/sdk/index.html   本地百度云地址链接：http://pan.baidu.com/s/1slcVhxF 密码：ucf9

Step2：到Android官网下载最新的NDK，注：NDK版本在r7（本文使用android-ndk-r9b）以上之后就集成了Cygwin，而且还是十分精简版。比起下载Cygwin要方便多啦！

下载链接见：http://developer.android.com/tools/sdk/ndk/index.html  

android-ndk-r9b 百度云地址链接：http://pan.baidu.com/s/1hrPGtKC 密码：od7o

Step3：打开Eclipse，点Window->Preferences->Android->NDK,设置NDK路径，例如我的是E:\qf项目20160603\s600\android-ndk-r9b-windows-x86\android-ndk-r9b

Step4：新建一个Android工程，在工程上右键点击Android Tools->Add Native Support...,然后给我们的.so文件取个名字，例如:poscontrol 

     

这时候工程就会多一个jni的文件夹，jni下有Android.mk和poscontrol.cpp(我这里改成.c文件了)文件。Android.mk是NDK工程的Makefile，poscontrol.cpp就是NDK的源文件。

Step5：右键项目工程点击Run as  就会生成libposcontrol.so

Step6：完成了，然后运行。运行之前先编译NDK，然后在编译JAVA代码。编译也许会遇到Unable to launch cygpath. Is Cygwin on the path?错误，解决办法如下：

1.工程右键，点Properties->C/C++ Build的Building Settings中去掉Use default build command，然后输入${NDKROOT}/ndk-build.cmd

2.在C/C++ Build中点击Environment，点Add...添加环境变量NDKROOT，值为NDK的根目录

3.再编译，问题就解决啦！

2.2 jni代码编写

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. //驱动里的命令码.
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. }

关于驱动接口的说明：

#define DEVICE_NAME "/dev/mypos"

这个使我们驱动生成的节点，我们后面通过

fd=open(DEVICE_NAME,O_RDWR);

ioctl(fd,LED_ON,NULL) ;

调用节点并通过底层相对应的CMD (LED_ON OR LED_OFF)控制节点的高低电平（加密芯片的上电和下电）

主要提供两个接口给上层调用：

JNICALL Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOn

Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOff

根据JNI的规则：

com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager

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

类名：IntelPosPowerManager

而posPowerOn  posPowerOff  为上层要调用的本地接口

在这里特别说明下,JNI的格式规范要注意的地方： 

1.函数声明的格式： 
  因JNI会把 '_' 转换成' . ' 所以在类名和函数接口中不要出现' _ ',以免应用层调用不到JNI接口,这方面对初学者来说极其重要，所以用eclipse生成的android类文件，最好改下类名。不了解对实验的热情打击比较重。 
2.JNI函数分本地方法和静态方法。 
  本地方法： 
        public native int jni();  // 不带static 声明. 
  对应的 JNI 函数中参数的定义有改动： 
        Java_xx_xx_LedControl_jni(JNIEnv*env, jobject obj) 
  静态方法： 
         public static native int jni();  // 带static 声明. 
  对应的 JNI 函数中参数的定义有改动： 
        Java_xx_xx_LedControl_jni(JNIEnv*env, jclass cls) 

注意 jobject 和jclass的变动。 

Android.mk代码如下：

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上层调用的库文件必须一致

回到 (ndk目录路径)/JNI/(应用工程文件)/  路径下   （个人理解可以本地cmd输入命令编译）
输入命令 ： ../../ndk-build 

会生成 libs 和obj 2个文件。 libposcontrol.so文件放在 libs /armeabi/ 下 

至此，JNI编译成功，连接上层关于GPIO的字符驱动节点和上层可调用的SO库文件

三.应用层调用jni代码的实现（apk编写）

关于这节主要贴一下源代码：

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. //成功点击事件
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. //加载本地库,也就是JNI生成的libxxx.so文件，下面再说。
73. }catch (UnsatisfiedLinkError ule){
74. Log.e("012","WARNING: Could not load poscontrol.so");
75. }
76. }
77. /**
78. * 控制金融芯片上电
79. */
80. public native static void posPowerOn();
82. /**
83. * 控制金融芯片下电
84. */
85. public native static void posPowerOff();
87. }

注意的点：

 System.loadLibrary("poscontrol");  poscontrol名字要和.so库对应起来

本地调用方法：		 

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

附录xml文件布局：

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，从底层GPIO字符设备驱动 到 JNI 库文件实现，到上层apk调用JNI本地接口功能全部实现

附

apk下载地址：http://download.csdn.net/detail/qf0727/9665118

通过按钮 power_on 和 power_off 就能够控制GPIO口的高低电平了