Android字符设备驱动及应用层从jni控制GPIO实战


 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>
  17. //ioctl
  18. #define CMD_FLAG 'i'
  19. #define POS_PWR_ON _IOR(CMD_FLAG,0x00000001,__u32)
  20. #define POS_PWR_OFF _IOR(CMD_FLAG,0x00000000,__u32)
  21. #define gpio_lp 57
  22. static int major =0;
  23. static struct class *pos_class;
  24. struct cdev_pos {
  25. struct cdev cdev;
  26. };
  27. struct cdev_pos *pos_dev;
  28. static int pos_ioctl(struct file* filp,unsigned int cmd,unsigned long argv)
  29. {
  30. printk(KERN_INFO "entry kernel.... \n");
  31. printk(KERN_INFO "%d\n", POS_PWR_ON);
  32. <span style="color:#ff0000;">void __iomem *ldo_mmio_base = ioremap(0xe46002e4, 4);</span>
  33. switch(cmd)
  34. {
  35. case POS_PWR_ON:
  36. {
  37. #if 0
  38. gpio_set_value(gpio_lp,1); //
  39. printk(KERN_INFO "POS on\n");
  40. #endif
  41. iowrite32(0x1700, ldo_mmio_base)
  42. break;
  43. }
  44. case POS_PWR_OFF:
  45. {
  46. #if 0
  47. gpio_set_value(gpio_lp,0);
  48. printk(KERN_INFO "POS off \n");
  49. #endif</span>
  50. iowrite32(0x1500, ldo_mmio_base);
  51. break;
  52. }
  53. default:
  54. return -EINVAL;
  55. }
  56. return 0;
  57. }
  58. //open
  59. static int pos_open(struct inode* i_node,struct file* filp)
  60. {
  61. printk(KERN_INFO "taosong open init.... \n");
  62. int err;
  63. #if 0
  64. err = gpio_request(gpio_lp,"pos_pwr");
  65. if(err<0)
  66. {
  67. printk(KERN_INFO "gpio request faile \n");
  68. return err;
  69. }
  70. gpio_direction_output(gpio_lp,1);
  71. #endif
  72. return 0;
  73. }
  74. //close
  75. static void pos_close(struct inode* i_node,struct file* filp)
  76. {
  77. printk(KERN_INFO "taosong close init \n");
  78. #if 0
  79. gpio_free(gpio_lp);
  80. #endif
  81. return ;
  82. }
  83. /* file operations */
  84. struct file_operations fops={
  85. .owner = THIS_MODULE,
  86. .open = pos_open,
  87. .unlocked_ioctl = pos_ioctl,
  88. .release= pos_close,
  89. };
  90. static int __init pos_init(void)
  91. {
  92. printk(KERN_INFO "init .... \n");
  93. dev_t dev_no;
  94. int result,err;
  95. err = alloc_chrdev_region(&dev_no,0,1,"my_pos"); //dynamic request device number
  96. if(err<0)
  97. {
  98. printk(KERN_INFO "ERROR\n");
  99. return err;
  100. }
  101. major = MAJOR(dev_no);
  102. pos_dev = kmalloc(sizeof(struct cdev_pos),GFP_KERNEL);
  103. if(!pos_dev)
  104. {
  105. result = -ENOMEM;
  106. goto fail_malloc;
  107. }
  108. memset(pos_dev,0,sizeof(pos_dev));
  109. cdev_init(&pos_dev->cdev,&fops);
  110. pos_dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
  111. result = cdev_add(&pos_dev->cdev,dev_no,1);
  112. if(result <0)
  113. { printk(KERN_INFO "error\n");
  114. goto fail_add;
  115. }
  116. pos_class = class_create(THIS_MODULE,"mypos"); //in sys/class create sysfs file
  117. device_create(pos_class,NULL,MKDEV(major,0),NULL,"mypos"); //dynamic create device file /dev/mypos
  118. return 0;
  119. fail_add:
  120. kfree(pos_dev);
  121. fail_malloc:
  122. unregister_chrdev_region(dev_no,1);
  123. return result;
  124. }
  125. static void __exit pos_exit(void)
  126. {
  127. dev_t dev_no=MKDEV(major,0);
  128. unregister_chrdev_region(dev_no,1);
  129. cdev_del(&pos_dev->cdev);
  130. kfree(pos_dev);
  131. device_destroy(pos_class,dev_no);
  132. class_destroy(pos_class);
  133. printk(KERN_INFO "exit........ \n");
  134. }
  135. module_init(pos_init);
  136. module_exit(pos_exit);
  137. MODULE_AUTHOR("*@*.com");
  138. MODULE_DESCRIPTION("control_pos_power");
  139. 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)
  16. #define DEVICE_NAME "/dev/mypos"
  17. int fd;
  18. static const char *TAG="012";
  19. #define LOGI(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, TAG, fmt, ##args)
  20. #define LOGD(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, TAG, fmt, ##args)
  21. #define LOGE(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, fmt, ##args)
  22. /* * Class: Linuxc
  23. * Method: openled
  24. * Signature: ()I
  25. */
  26. JNIEXPORT void JNICALL Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOn(JNIEnv* env, jclass mc)
  27. {
  28. LOGI("POWER ON BY QINFENG");
  29. LOGI("LED_ON:%d LED_OFF:%d",LED_ON,LED_OFF);
  30. fd=open(DEVICE_NAME,O_RDWR);
  31. if(fd<0)
  32. {
  33. LOGI("don't open dev");
  34. }
  35. else
  36. {
  37. ioctl(fd,LED_ON,NULL) ;
  38. LOGI("open success");
  39. }
  40. }
  41. /* * Class: Linuxc
  42. * Method: clsoeled
  43. * Signature: ()V
  44. */
  45. JNIEXPORT void JNICALL Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOff(JNIEnv* env, jclass mc)
  46. {
  47. LOGI("POWER Off BY QINFENG");
  48. ioctl(fd,LED_OFF,NULL) ;
  49. close(fd);
  50. }
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;
  2. import android.media.AudioManager;
  3. import android.os.Bundle;
  4. import android.app.Activity;
  5. import android.content.Intent;
  6. import android.util.Log;
  7. import android.view.Menu;
  8. import android.view.View;
  9. import android.view.View.OnClickListener;
  10. import android.widget.Button;
  11. public class IntelPosPowerManager extends Activity {
  12. private Button power_on;
  13. private Button power_off;
  14. private OnClickListener mylistener;
  15. @Override
  16. protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
  17. super.onCreate(savedInstanceState);
  18. setContentView(R.layout.activity_intel_pos_power_manager);
  19. power_on= (Button)findViewById(R.id.power_on);
  20. power_off= (Button)findViewById(R.id.power_off);
  21. //成功点击事件
  22. power_on.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
  23. @Override
  24. public void onClick(View v) {
  25. // TODO Auto-generated method stub
  26. Log.d("012", "power_on by android\n");
  27. posPowerOn();
  28. }
  29. });
  30. power_off.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
  31. @Override
  32. public void onClick(View v) {
  33. // TODO Auto-generated method stub
  34. Log.d("012", "power_off by android\n");
  35. posPowerOff();
  36. }
  37. });
  38. }
  39. protected void onDestroy(){
  40. super.onDestroy();
  41. }
  42. @Override
  43. public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
  44. // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
  45. getMenuInflater()
  46. .inflate(R.menu.activity_intel_pos_power_manager, menu);
  47. return true;
  48. }
  49. static {
  50. try{
  51. Log.i("012","try to load poscontrol.so");
  52. System.loadLibrary("poscontrol");
  53. //加载本地库,也就是JNI生成的libxxx.so文件,下面再说。
  54. }catch (UnsatisfiedLinkError ule){
  55. Log.e("012","WARNING: Could not load poscontrol.so");
  56. }
  57. }
  58. /**
  59. * 控制金融芯片上电
  60. */
  61. public native static void posPowerOn();
  62. /**
  63. * 控制金融芯片下电
  64. */
  65. public native static void posPowerOff();
  66. }
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


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

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