android应用层读写iic设备

  在Android开发和移植过程中，有时需要对某设备进行读写，但系统可能并未提供相应的服务。我们就需要自己开发硬件访问服务来控制设备。下面的例子是读写最简单的i2c设备eeprom的流程, i2c的驱动编写有两种方式，一种是利用系统提供的i2c-dev.c来实现一个i2c适配器的设备文件，然后通过在应用层操作I2C适配器来控制I2C设备；另一种是为I2C从设备独立编写一个设备驱动，不需要i2c-dev.c文件。由于前者比较简单通用性强，我们采用前者来展开。

     根据android层次划分，我们照例对开发分为如下几步：

     1. 添加HAL层接口模块访问设备

     2. 使用JNI在应用程序框架层添加服务访问接口

     3. 使用服务接口api开发应用程序

一. 添加HAL层接口模块访问设备

      首先确认物理设备正常。根据开发板说明书获知设备挂载在/dev/i2c-1上，检测到该设备的存在，则通用设备驱动正常。

      eeprom设备为at24c**系列，根据说明书获知设备从地址为0x50，准备工作完毕。

     1. 编写hal层接口模块头文件iic.h

     进入源码根目录下android\hardware\libhardware\include\hardware目录新建iic.h，代码如下：

 #ifndef ANDROID_IIC_INTERFACE_H
     #define ANDROID_IIC_INTERFACE_H
     #include

     __BEGIN_DECLS

     /*定义模块ID*/
     #define IIC_HARDWARE_MODULE_ID "iic"

     /*硬件模块结构体*/
     struct iic_module_t {
         struct hw_module_t common;
     };

     /*硬件接口结构体*/
     struct iic_device_t {
         struct hw_device_t common;
         int fd;
         int (*iic_write)(struct iic_device_t* dev, unsigned char* dataBuf, unsigned short slaveAddr, unsigned short subAddr, int len);
         int (*iic_read)(struct iic_device_t* dev, unsigned char* dataBuf, unsigned short slaveAddr, int len);
     };

     __END_DECLS

     #endif

 

这里定义了iic_write和iic_read两个接口，头文件按照hal规范编写。

2. 编写hal层接口模块文件

     进入源码根目录下android\hardware\libhardware\modules目录新建iic目录，并在iic目录中添加iic.c，代码如下：

 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include

 "font-size:14px;">#define DEVICE_NAME "/dev/i2c-1"
 #define MODULE_NAME "iic"
 #define MODULE_AUTHOR "[email protected]"


 #define I2C_RETRIES 0x0701/* number of times a device address should be polled when not acknowledging */
 #define I2C_TIMEOUT 0x0702/* set timeout in units of 10 ms */
 #define I2C_RDWR         0x0707


 /*********定义struct i2c_rdwr_ioctl_data和struct i2c_msg，要和内核一致*******/
 struct i2c_msg
        {
          unsigned short addr;
          unsigned short flags;
          #define I2C_M_TEN 0x0010
          #define I2C_M_RD 0x0001
          unsigned short len;
          unsigned char *buf;
        };


 struct i2c_rdwr_ioctl_data {
 struct i2c_msg *msgs;/* pointers to i2c_msgs */
 int nmsgs; /* number of i2c_msgs */
 };


     /*设备打开和关闭接口*/
 static int iic_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name, struct hw_device_t** device);
 static int iic_device_close(struct hw_device_t* device);

     /*设备访问接口*/
 static int iic_write(struct iic_device_t* dev, unsigned char* dataBuf, unsigned short slaveAddr, unsigned short subAddr, int len);
 static int iic_read(struct iic_device_t* dev, unsigned char* dataBuf, unsigned short slaveAddr, int len);

     /*模块方法表*/
 static struct hw_module_methods_t iic_module_methods = {
         open: iic_device_open
 };


 struct i2c_rdwr_ioctl_data iic_data;
 int ret;


     /*模块实例变量*/
 struct iic_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
         common: {
             tag: HARDWARE_MODULE_TAG,
             version_major: 1,
             version_minor: 0,
             id: IIC_HARDWARE_MODULE_ID,
             name: MODULE_NAME,
             author: MODULE_AUTHOR,
             methods: &iic_module_methods, //实现了一个open的方法供jni层调用，从而实例化eeprom_device_t
         }
 };


 static int iic_device_open(const struct hw_module_t* module, const char* name, struct hw_device_t** device){
     struct iic_device_t* dev;
     dev = (struct iic_device_t*)malloc(sizeof(struct iic_device_t));
     if(!dev) {
         LOGE("iic Stub: failed to alloc space");
         return -EFAULT;
     }else{
 LOGE("hal: alloc space succ!");
     }

     memset(dev, 0, sizeof(struct iic_device_t));
     dev->common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;
     dev->common.version = 0;
     dev->common.module = (hw_module_t*)module;
     dev->common.close = iic_device_close;
     dev->iic_write = iic_write;
     dev->iic_read = iic_read;
     *device = &dev->common;     //将实例化后的iic_device_t地址返回给jni层,这样jni层就可以直接调用方法了。


     if((dev->fd = open(DEVICE_NAME, O_RDWR)) == -1) {
         LOGE("iic Stub hal: failed to open /dev/i2c-1 -- %s.", strerror(errno));
 free(dev);
         return -EFAULT;
     }else{
         LOGI("iic Stub hal: open /dev/i2c-1 successfully.");
 iic_data.nmsgs=2;
 iic_data.msgs=(struct i2c_msg*)malloc(iic_data.nmsgs*sizeof(struct i2c_msg));


 if(!iic_data.msgs){
                 LOGE("malloc error");
 close(dev->fd);
                 exit(1);
         }
 ioctl(dev->fd, I2C_TIMEOUT, 2);//设置超时时间
         ioctl(dev->fd, I2C_RETRIES, 1);//设置重发次数
     }
     return 0;
 }


 static int iic_device_close(struct hw_device_t* device) {
         struct iic_device_t* iic_device = (struct iic_device_t*)device;

         if(iic_device) {
             close(iic_device->fd);
             free(iic_device);
         }

         return 0;
 }

 static int iic_write(struct iic_device_t* dev, unsigned char* dataBuf, unsigned short slaveAddr, unsigned short subAddr, int len) {
 int count = 0;
 unsigned char data[2];
 unsigned char bytes;


         LOGI("iic Stub hal: set value %s to device.", dataBuf);
 iic_data.nmsgs=1;
         (iic_data.msgs[0]).len=2; //写入地址位和数据长度
         (iic_data.msgs[0]).addr=slaveAddr;// 设备地址0x50
         (iic_data.msgs[0]).flags=0; //write
         (iic_data.msgs[0]).buf=(unsigned char*)malloc(2);
 while(count
  bytes = 0;
  data[bytes++] =  subAddr;//先写子地址
  data[bytes]   = dataBuf[count];//再写value
           LOGI("IIC write HAL: %x,%x", data[0],data[1]);
           (iic_data.msgs[0]).buf=data;//the data to write
           ret=ioctl(dev->fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&iic_data);
           if(ret<0){
              LOGI("IIC HAL ioctl error");
           }
           count++;
  subAddr++;
  usleep(3000);//延迟3毫秒
         }
       LOGI("you have write %s into iic at %x address len: %d",dataBuf, subAddr, len);

         return 0;
 }

 static int iic_read(struct iic_device_t* dev, unsigned char* dataBuf, unsigned short slaveAddr, int len){
       int count = 0;

       iic_data.nmsgs=1;

       (iic_data.msgs[0]).len=1;
       (iic_data.msgs[0]).addr=slaveAddr; //  设备地址
       (iic_data.msgs[0]).flags=I2C_M_RD;//read
       (iic_data.msgs[0]).buf=(unsigned char*)malloc(1);
       while(count
          (iic_data.msgs[0]).buf= dataBuf++;
 if(ioctl(dev->fd,I2C_RDWR,(unsigned long)&iic_data)<0){
                         LOGE("ioctl read error");
          }
 LOGI("IIC read HAL: %x", dataBuf[count]);
 count++;
       }

         return 0;
 }

注意：需打开设备/dev/i2c-1权限，否则会碰到Pemission Denied错误。从源码根目录下进入system/core/rootdir目录，打开ueventd.rc 添加一行：/dev/i2c-1 0666 root root (这里设备各开发板可能不同)

3. 在iic目录下编写android.mk进行编译

 LOCAL_PATH := $(call my-dir)
       include $(CLEAR_VARS)
       LOCAL_MODULE_TAGS := optional
       LOCAL_PRELINK_MODULE := false
       LOCAL_MODULE_PATH := $(TARGET_OUT_SHARED_LIBRARIES)/hw
       LOCAL_SRC_FILES := iic.c
       LOCAL_MODULE := iic.default
       include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

编译命令：mmm -B hardware/libhardware/module/iic 编译成功会得到iic.default.so，打包进img默认会被加载。

二、 使用JNI在应用程序框架层添加服务访问接口

       APP应用不能直接访问HAL层，需要JNI层访问HAL模块并向上提供API接口。可以直接提供接口，但建议最好使用服务的方式提供访问。

       我们先看JNI如何访问刚才的HAL模块。

       进入源码根目录下的frameworks/base/service/jni目录，新建com_android_server_IICService.cpp，代码如下：

 #include "jni.h"
 #include "JNIHelp.h"
 #include "android_runtime/AndroidRuntime.h"
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include

 namespace android
 {
     /*在硬件抽象层中定义的硬件访问结构体，参考*/
         struct iic_device_t* iic_device = NULL;
     /*通过硬件抽象层定义的硬件访问接口设置硬件寄存器val的值*/
     static void iic_setVal(JNIEnv* env, jobject clazz, jstring val, jint slaveAddr, jint subAddr, jint len) {
         const char *str = env->GetStringUTFChars(val, NULL);
         LOGI("iic JNI: set value %s to device.", str);
         if(!iic_device) {
             LOGI("iic JNI: device is not open.");
             return;
         }
         iic_device->iic_write(iic_device, (unsigned char*)str, slaveAddr, subAddr, len);
     env->ReleaseStringUTFChars(val, str);  //注意释放资源
     }

        /*通过硬件抽象层定义的硬件访问接口读取硬件寄存器val的值*/
     static jstring iic_getVal(JNIEnv* env, jobject clazz, jint slaveAddr, jint len) {
     unsigned char* data = (unsigned char*)malloc(len);
     iic_device->iic_read(iic_device, data, slaveAddr, len);
         if(!iic_device) {
             LOGI("iic JNI: device is not open.");
         }
     int i = 0;
     for(;iconst char*)data);i++){
       LOGI("data: %c ", data[i]);
     }
         //LOGI("iic JNI: get value %s from device @ %x address!", data, subAddr);
     jstring tmp = env->NewStringUTF((const char*)data);
     free(data);
     data = NULL;
     return tmp;
     }

         /*通过硬件抽象层定义的硬件模块open接口打开硬件设备*/
     static inline int iic_device_open(const hw_module_t* module, struct iic_device_t** device) {
         return module->methods->open(module, IIC_HARDWARE_MODULE_ID, (struct hw_device_t**)device);
     }
         /*通过硬件模块ID来加载指定的硬件抽象层模块并打开硬件*/
     static jboolean iic_init(JNIEnv* env, jclass clazz) {
         iic_module_t* module;

         LOGI("iic JNI: initializing......");
         if(hw_get_module(IIC_HARDWARE_MODULE_ID, (const struct hw_module_t**)&module) == 0) {
             LOGI("iic JNI: iic Stub found.");
             if(iic_device_open(&(module->common), &iic_device) == 0) {
                 LOGI("eeprom JNI: iic device is opening...");
                 return 0;
             }
             LOGE("eeprom JNI: failed to open iic device.");
             return -1;
         }
         LOGE("eeprom JNI: failed to get iic stub module.");
         return -1;
     }
         /*JNI方法表*/
     static const JNINativeMethod method_table[] = {
         {"init_native", "()Z", (void*)iic_init},
         {"setVal_native", "(Ljava/lang/String;III)V", (void*)iic_setVal},
         {"getVal_native", "(III)Ljava/lang/String;", (void*)iic_getVal},
     };
         /*注册JNI方法*/
     int register_android_server_IICService(JNIEnv *env) {
             return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/IICService", method_table, NELEM(method_table));
     }
 };

然后需要让android启动时加载此jni模块

在同目录下修改onload.cpp:

在namespace android中添加一行    int register_android_server_IICService(JNIEnv *env);

在JNI_onLoad方法中添加一行  register_android_server_IICService(env);

在同目录下修改Android.mk:

LOCAL_SRC_FILES增加一行   com_android_server_IICService \

编译命令：mmm frameworks/base/services/jni

注意：  HAL是根据iic_init中的IIC_HARDWARE_MODULE_ID加载相应模块。

然后，使用AIDL进行进程间通信，使APP能访问自定义的硬件服务。

我们需要在frameworks/base/core/Java/android/os中新建IIICService.aidl(注意是III)

package android.os;  
interface IIICService {  
    void setVal(String val, int slaveAddr, int regAddr, int len);  
    String getVal(int slaveAddr, int len);  
} 
它定义了服务的接口，接口在IICService中实现并关联到jni本地方法中。

同时我们需要修改frameworkd/base下的Android.mk编译文件，在LOCAL_SRC_FILES中增加 core/java/android/os/IIICService.aidl

编译命令: mmm frameworks/base

下面是AIDL的实现方法类：com.android.server.IICService 位置为：frameworks/base/services/java/com/android/server 代码如下：

 package com.android.server;
 import android.content.Context;
 import android.os.IIICService;
 import android.util.Slog;
 public class IICService extends IIICService.Stub {
     private static final String TAG = "IICService";
     IICService() {
         init_native();
     }
     public void setVal(String val,int slaveAddr, int regAddr, int len) {
         setVal_native(val, slaveAddr, regAddr, len);
     }
     public String getVal(int slaveAddr,int len) {
         return getVal_native( slaveAddr, len);
     }

     //本地方法
     private static native boolean init_native();
     private static native void setVal_native(String val, int slaveAddr, int regAddr, int len);
     private static native String getVal_native(int slaveAddr, int len);
 };

从代码中我们可以看到它继承了IIICService.Stub，实现两个接口方法。因为硬件访问一般需要放在一个独立的线程中，这里使用了代理的方法来处理app与硬件服务的通信。

最后需要把新增的IICService服务加入到ServiceManager中，这样就可以通过ServiceManager进行调用。

修改frameworks/base/services/java/com/android/server下的SystemServer.java  在run()方法中添加

try{

    Slog.i(TAG, "IIC SERVICE");

    ServiceManager.addService("iic", new IICService());

}catch(Throwable e){

    Slog.e(TAG, "Failure starting IIC Service", e);

}
编译命令：mmm frameworks/base/services/java

或者使用另一种形式来调用服务：如同使用binder机制绑定service一样的方法， 具体就不详细写了。 

注意：有可能会编译不通过，因为这里修改了android的官方api， 需要运行make update-api更新frameworks/base/api/current.xml

打包后，app就可以使用IICService接口来访问硬件了。
下一节发上app相关代码

三、app调用服务接口访问硬件

上主要代码EEPROMActivity.java  

 package com.zkgd.eeprom;

 import android.app.Activity;
 import android.os.Bundle;
 import android.os.ServiceManager;
 import android.os.IIICService;
 import android.os.RemoteException;
 import android.util.Log;
 import android.view.View;
 import android.view.View.OnClickListener;
 import android.widget.Button;
 import android.widget.EditText;

 public class EEPROMActivity extends Activity  implements OnClickListener{
 private final static String LOG_TAG = "com.zkgd.eeprom";

     private IIICService iicService = null;

     private EditText valueText = null;
     private Button readButton = null;
     private Button writeButton = null;
     private Button clearButton = null;
     int len = 1;
     /** Called when the activity is first created. */
     @Override
     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
         super.onCreate(savedInstanceState);
         setContentView(R.layout.main);

         iicService = IIICService.Stub.asInterface(
         ServiceManager.getService("iic"));

         valueText = (EditText)findViewById(R.id.edit_value);
         readButton = (Button)findViewById(R.id.button_read);
         writeButton = (Button)findViewById(R.id.button_write);
         clearButton = (Button)findViewById(R.id.button_clear);

     readButton.setOnClickListener(this);
     writeButton.setOnClickListener(this);
     clearButton.setOnClickListener(this);

         Log.i(LOG_TAG, "Activity Created");
     }

     public void onClick(View v) {
         if(v.equals(readButton)) {
         try {
         len = 1;
                 //在从设备中读取数据
                 String val =  iicService.getVal(0x50,len);
                 valueText.setText(val);
         } catch (RemoteException e) {
             Log.e(LOG_TAG, "Remote Exception while reading value from device.");
         }
         }
         else if(v.equals(writeButton)) {
         try {
                 String val = valueText.getText().toString();
                 len = val.length();
                 //在从设备的子地址处开始写入数据
                 iicService.setVal(val,0x50,0x10,len);
         } catch (RemoteException e) {
             Log.e(LOG_TAG, "Remote Exception while writing value to device.");
         }
         }
         else if(v.equals(clearButton)) {
             String text = "";
             valueText.setText(text);
         }
     }
 }

工程eeprom放置在源码目录package/app/下

编译命令：mmm package/app/eeprom

打包，烧写固件至开发板，启动就可以看到该应用的图标了。

小结：

整个调用流程为：app<---AIDL访问服务<---JNI本地方法实现<---HALso文件<---硬件

一个问题，这种方法改动了android原生api，毕竟是访问了硬件。如果想做通用app又想使用c/c++提高效率，直接进行NDK开发，功能编译成库文件打进app应用的工程中。

另一个问题，硬件访问会遭遇到权限问题。如果做通用app，需要设备root了，然后在代码里添加权限修改操作，例如："chmod 777 "+getPackageCodePath(); "chmod 777 /dev/i2c-1";