Tiny4412——Android访问硬件的方法

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本博文对应地址: https://hceng.cn/2019/03/15/Tiny4412——Android访问硬件的方法/#more

2019年，正式学习Android驱动。
以LED为切入点，学习Android访问硬件的方法。

之前写第一个Linux下的LED驱动时候，提到：Linux驱动 = 裸机 + 框架
这个思维在写Linux驱动的过程中，得到了充分验证。
如今，学习Android驱动，开始验证：Android驱动 = Linux驱动 + 框架

1. 环境搭建

开发环境主要包含：
1.一个Linux主机(虚拟机)，在该主机里编译Linux内核和Android源码等；
2.一个Windows主机，在该主机里编写Android APP，并连接开发板调试；

1.1 搭建Ubuntu虚拟机

前面在学习Java时，已经安装了Ubuntu18.04的虚拟机，这里继续使用该虚拟机。

值得一提的是，虚拟机的内存给多一点，虚拟机参考配置：内存6G，硬盘100G，CPU 8核。
在编译内核源码的过程中，发现编译太慢，一般挂一晚上都能编译好，之前内存给小了，编译了一天一夜也没好，后来改大了内存后，一会就编译完了。

1.2 编译Kernel和Android

以下所有安装包都是从百问网云盘下载。

1、安装交叉编译工具链
下载arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-20120301.tgz并解压。
修改/etc/environment，将解压的交叉编译工具链加在末尾：

PATH="/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/work/tools/toolschain/4.5.1/bin"

执行source /etc/environment更新环境变量。
此时执行arm-linux-gcc -v，打印出gcc version 4.5.1 (ctng-1.8.1-FA)即OK。

2、编译Kernel
下载linux-3.0.86-20150324.tgz并解压。
进入内核源码根目录执行：

cp tiny4412_android_defconfig .config
make zImage

最后生成/work/linux_source/linux-3.0.86/arch/arm/boot/zImage。

3、编译Android
下载android-5.0.2-fs-20150325.tar.gz并解压。
进入Android源码根目录执行：

. setenv
lunch

在选择界面：

You're building on Linux

Lunch menu... pick a combo:
     1. aosp_arm-eng
     2. aosp_arm64-eng
     3. aosp_mips-eng
     4. aosp_mips64-eng
     5. aosp_x86-eng
     6. aosp_x86_64-eng
     7. mini_emulator_x86-userdebug
     8. m_e_arm-userdebug
     9. mini_emulator_arm64-userdebug
     10. mini_emulator_mips-userdebug
     11. mini_emulator_x86_64-userdebug
     12. aosp_hammerhead-userdebug
     13. aosp_mako-userdebug
     14. full_tiny4412-userdebug
     15. full_tiny4412-eng
     16. aosp_shamu-userdebug
     17. aosp_deb-userdebug
     18. aosp_flo-userdebug
     19. aosp_grouper-userdebug
     20. full_fugu-userdebug
     21. aosp_fugu-userdebug
     22. aosp_tilapia-userdebug
     23. aosp_manta-userdebug

Which would you like? [aosp_arm-eng] 

输入15，即选择full_tiny4412-eng。
再执行make –j8，等待几个小时，编译完成后执行./gen-img.sh生成/work/android_source/android-5.0.2/system.img.

当然编译过程不可能是那么一帆风顺的，实际编译Android源码过程中遇到的问题有：
①JDK版本过高，重新安装openjdk-7-jdk，参考解决链接。
②编译报错aidl_language_l，参考解决链接。
③编译报错error: unsupported reloc 43，参考解决链接。
④制作映像文件出错mkimage: command not found，执行sudo apt-get install u-boot-tools安装即可。

4、烧写
使用厂家提供的MiniTools。
将zImage和system.img分别烧写到Android Kernel和Android RooFs/System Image。

1.3 安装JDK(Windows)

因为要在Windows上使用Android Studio编写APP，所以在Windows上也需要安装Java JDK(Java Development Kit)。
通过Oracle官网下载最新的JDK：

安装好后，将JDK安装路径加入Windows的环境变量：

最后在CMD里验证：

1.4 安装Android Studio

首先从官网下载Android Studio。

点击安装，会弹出首次运行没有Android SDK，点击“Cancel”。

然后选择"Custom"以自定义SDK安装路径。在弹出的界面勾选上"Android Virtual Device"，再指定SDK的安装路径。

此时会下载Android SDK和AVD，两个文件都很大，为了C盘节省空间，应用界面只指定了SDK的安装路径在D盘，还需手动指定AVD的安装路径，这个需要修改环境变量设置。

然后，等待一段时间就安装完了。

1.5 Android Studio的常用快捷键

参考博客：Android Studio2.0 教程从入门到精通MAC版 - 提高篇

2. Android应用程序

我的目的是写一个Android应用程序，通过该应用程序控制开发板上的LED灯。
因此首先得设计一个APP，该APP有一个总开关控制所有灯的亮灭，每个灯又有单独的开关控制亮灭。

2.1 创建APP工程

打开Android Studio，选择"Start a new Android Studio project"创建一个新APP工程。
然后选择"Empty Activity"空主界面，最后设置APP信息、保存路径、兼容API版本。

等待自动创建完成后，会自动生成工程文件，其中有两个文件后面常用：

• app\src\main\res\layout\activity_main.xml，界面控件布局文件，既可通过图形界面设计控件，也可直接编辑xml；
• app\src\main\java\cn\hceng\led\MainActivity.java，实现控件各种具体功能，逻辑关系。

2.2 常用控件介绍

2.2.1 TextView

TextView是文本视图，用来显示文字的。

• xml创建：
  {% codeblock lang:xml %}
  
  {% endcodeblock %}

1.标签代表着要在Activity中添加一个TextView，标签中可以设置一些属性；
2.**android:id代表TextView的ID，也就是TextView的唯一标识；在java代码中我们可以通过findViewById()方法来通过ID获取控件；上述控件的唯一ID为TEXT；
3.android:layout_width代表控件的宽度，该属性的值是match_parent，表示该控件的宽度与父视图的宽度相同；
4.android:layout_height代表控件的高度，该属性的值是wrap_content，表示控件的高度根据内容的高度进行改变；
5.android:gravity代表文字对齐方式，该属性的值是center，表示居中显示；
6.android:text代表文字内容，该属性的值是hceng first APP!，表示显示这串字符；
7.android:textColor代表文字的颜色，该属性的值是#008577，表示16进制色值的绿色；
7.android:textSize代表文字的大小，该属性的值是25sp，长度宽度的数值用dp，字体的大小用sp；
7.android:textStyle**代表文字的样，normal、bold、italic分别为正常，加粗、斜体，默认为normal；

• 代码控制：
  {% codeblock lang:java %}
  import android.widget.TextView;

    TextView myTextView = (TextView) findViewById(R.id.TEXT);
    String myText = myTextView.getText().toString();
    myTextView.setText(myText+"  Add String");
  

{% endcodeblock %}

2.2.2 Button

Button是按钮，用来控制某个目的的开关。

• xml创建：
  {% codeblock lang:xml %}
  
  {% endcodeblock %}

1.Button标签里面的属性和前面TextView基本类似，这里就不赘述了；

• 代码控制：
  在Activity的类中也是使用findViewById()来通过ID获取该按钮。
  获取按钮后需要给按钮绑定点击事件，也就是点击按钮要做的事情，常用的方法有四种：布局文件指定响应函数、直接匿名内部类、新建子类实现、在当前类实现接口。

布局文件指定响应函数：

在布局文件的标签里，添加android:onClick="onClick"，MainActivity.java里就只需要实现onClick()方法即可。

{% codeblock lang:java %}
import android.view.View;
import android.widget.Button;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);

    Button button = (Button) findViewById(R.id.BUTTON);
}

public void onClick(View v) {
    //Todo
}

}
{% endcodeblock %}

直接匿名内部类:

{% codeblock lang:java %}
import android.view.View;
import android.widget.Button;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);

    Button button = (Button) findViewById(R.id.BUTTON);

    button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
        public void onClick (View v){
            //Todo
        }
    });
}

}
{% endcodeblock %}

新建子类实现:

{% codeblock lang:java %}
import android.view.View;
import android.widget.Button;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);

    Button button = (Button) findViewById(R.id.BUTTON);
    button.setOnClickListener(new MyButtonListener());
}

class MyButtonListener implements View.OnClickListener {
    @Override
    public void onClick(View v) {
        //Todo
    }
}

}
{% endcodeblock %}

在当前类实现接口：

{% codeblock lang:java %}
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.view.View.OnClickListener;

public class MainActivity extends AppCompatActivity implements OnClickListener { //注意这里实现接口

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);

    Button button = (Button) findViewById(R.id.BUTTON);
    button.setOnClickListener(this);
}

@Override
public void onClick(View v) {
    //Todo
}

}
{% endcodeblock %}

参考博客：Android代码规范----按钮单击事件的四种写法

2.2.3 CheckBox

CheckBox是复选框，用来多项选择。

• xml创建：
  {% codeblock lang:xml %}
  
  {% endcodeblock %}

• 分析：

1.CheckBox标签里面的属性和前面也基本类似；
2.android:onClick代表控件的响应函数，该属性的值是onCheckboxClicked，表示操作该控件将调用onCheckboxClicked()方法；

• 代码控制：
  {% codeblock lang:java %}
  import android.widget.CheckBox;
  import android.widget.Toast;

  CheckBox checkBoxLed1 = (CheckBox) findViewById(R.id.LED1);

  public void onCheckboxClicked(View v) {
  boolean checked = ((CheckBox) v).isChecked();

    switch (v.getId()) {
        case R.id.LED1:
            if (checked) {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED1 on", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED1 off", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
            break;
        case R.id.LED2:
            //Todo
            break;
    }
  

  }
  {% endcodeblock %}

在XML里，多个CheckBox的android:onClick都是onCheckboxClicked，也就是任意一个CheckBox被点击，都会调用到onCheckboxClicked()方法。
因此，需要使用getId()获取是按的哪一个CheckBox，再根据isChecked()的状态，进行相应操作。

2.2.4 EditText

EditText是输入框，用来接收用户输入的数据。

• xml创建：
  {% codeblock lang:xml %}
  
  {% endcodeblock %}

1.**android:hint代表占提示字符串，用来提示用户输入内容；
2.android:macLines**表示显示的最多行数；

• 代码控制：
  {% codeblock lang:java %}
  import android.widget.EditText;
  import android.widget.Toast;

    EditText myEditText = (EditText) findViewById(R.id.EDIT_TEXT);
    String inputText = myEditText.getText().toString();
    Toast.makeText(MainActivity.this, inputText, Toast.LENGTH_SHORT).show();
  

{% endcodeblock %}

一般EditText还需要监控键盘回车键，或者和Button搭配，从而判断用户输完了数据，再获取数据。

2.2.5 ImageView

ImageView是图片显示框，用来在界面上显示贴图。

• xml创建：
  {% codeblock lang:xml %}
  
  {% endcodeblock %}

1.**android:src**代表图片资源的，使用@xx来引用，图片一般放在res/drawable里面；

• 代码控制：
  {% codeblock lang:java %}
  import android.widget.ImageView;

    ImageView imageView = (ImageView) findViewById(R.id.IMAGEVIEW);
    imageView.setImageResource(R.drawable.p2);
  

{% endcodeblock %}

2.2.6 ProgressBar

ProgressBar是进度条，用来展示当前进度。

• xml创建：
  {% codeblock lang:xml %}
  
  {% endcodeblock %}

1.**style用来指定进度条样式，默认是转动的圆，这里是水平的一根横线表示进度条；
2.android:max表示进度条的最大值；
3.android:visibility表示是否可见进度条，visible是可见，invisible是不可见，gone是隐藏，即不保留控件所占空间；
4.android:progress**表示进度条的当前值(初始值)；

• 代码控制：
  {% codeblock lang:java %}
  import android.widget.ProgressBar;

    ProgressBar myProgressBar = (ProgressBar) findViewById(R.id.PROGRESSBAR);
    myProgressBar.setProgress(myProgressBar.getProgress()+10);
  
    if (myProgressBar.getProgress() == myProgressBar.getMax()) {
        //myProgressBar.setVisibility(View.GONE);
        myProgressBar.setProgress(0);
    } else {
        myProgressBar.setVisibility(View.VISIBLE);
    }
  

{% endcodeblock %}

1、通过findViewById()方法找到指定ProgressBar；
2、通过getProgress()方法获取当前进度值，setProgress()方法设置当前进度值；
3、通过getMax()方法获取xml设置的最大值；
4、通过setVisibility()方法设置进度条是否可见，VISIBLE、INVISIBLE、GONE含义同上；

2.2.7 AlterDialog

AlterDialog是警告对话框，用来展示警告信息和简单的交互。

• 代码创建：
  {% codeblock lang:java %}
  import android.widget.Toast;
  import android.app.AlertDialog;
  import android.content.DialogInterface;

    AlertDialog.Builder alterDialog = new AlertDialog.Builder(MainActivity.this);
    alterDialog.setTitle("Warning");
    alterDialog.setMessage("Warning content");
    alterDialog.setCancelable(false);
    alterDialog.setPositiveButton("YES", new DialogInterface.OnClickListener() {
        @Override
        public void onClick(DialogInterface dialog, int which) {
            Toast.makeText(MainActivity.this, "yes", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    });
  
    alterDialog.setNegativeButton("NO", new DialogInterface.OnClickListener() {
        @Override
        public void onClick(DialogInterface dialog, int which) {
            Toast.makeText(MainActivity.this, "no", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    });
  
    alterDialog.show();
  

{% endcodeblock %}

1、AlterDialog是通过Builder进行创建，在创建的时候会指定该AlterDialog在那个Activity上进行显示；
2、通过setTitle()方法设置标题，通过setMessage()设置内容；
3、setCancelable()方法，表示弹出的AlterDialog在用户点击返回键是否消失，默认是true，这里设置为false，表示点击返回键不消失；
4、setPositiveButton()方法是设置点击“确定”按钮时的事件，setNegativeButton是设置点击“取消”按钮的事件；
5、show()方法弹出AlterDialog；

2.2.8 ProgressDialog

ProgressDialog是进度提示框，即在AlterDialog上添加Progress。

• 代码创建：
  {% codeblock lang:java %}
  import android.app.ProgressDialog;

    ProgressDialog myProgressDialog = new ProgressDialog(MainActivity.this);
  
    myProgressDialog.setTitle("ProgressDialog");
    myProgressDialog.setMessage("Loading……");
    myProgressDialog.setCancelable(true);
  
    myProgressDialog.show();
  

{% endcodeblock %}

2.3 四种布局介绍

Android中的布局方式有四种：线性布局(LinearLayout)、相对布局(RelativeLayout)、帧布局(FrameLayout)、表格布局(TableLayout)。

2.3.1 线性布局

线性布局是最常用的布局之一，如名字一样，将控件在线性方向上依次排列。
既然是线性，那么就可能是水平线性horizontal，也可以是垂直线性vertical。

• xml示例：
  {% codeblock lang:xml %}
  android:layout_width=“match_parent”
  android:layout_height=“match_parent”
  android:orientation=“vertical” >

    
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="960px"
        android:background="#005A5B" >
  
        
    
  
    
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="960px"
        android:orientation="horizontal" >
  
        
            android:layout_width="540px"
            android:layout_height="match_parent"
            android:background="#008C72" >
  
            
        
  
        
            android:layout_width="540px"
            android:layout_height="match_parent"
            android:background="#02A676" >
  
            
        
    
  

{% endcodeblock %}

• 效果：

示例实现了三个色块，最外层的LinearLayout 1是整个区域，它指定内部按垂直排列。
然后里面的两个LinearLayout 1.1和LinearLayout 1.2就按垂直的上下排列。
再在LinearLayout 1.2里又指定水平排列，里面的LinearLayout 1.2.1和LinearLayout 1.2.2就左右排列。

2.3.2 相对布局

相对布局可以根据已经固定的控件来确定其它新加控件的位置。

• xml示例：
  {% codeblock lang:xml %}

{% endcodeblock %}

• 效果：

示例实现了五个按键，先确定最中间button_center。
然后使用layout_above、layout_below、layout_toLeftOf、layout_toRightOf分别在其上下左右。
其中layout_centerVertical作用是将控件置于父控件的中心位置。

2.3.3 帧布局

帧布局就是以屏幕左上角为坐标原点，指定每个控件的大小，后加进来的控件覆盖前面的控件。

• xml示例：
  {% codeblock lang:xml %}
  
  

  
  

  
  

  
  

  
  
  {% endcodeblock %}

• 效果：

示例实现了五个色块，都以左上角为原点，设置不同的大小，实现层级覆盖的效果。

2.3.4 表格布局

在表格布局中，整个页面就相当于一张大的表格，控件就放在每个表格中。

• xml示例：
  {% codeblock lang:xml %}
  

{% endcodeblock %}

• 效果：

示例实现了三个色块，先用TableLayout圈出整个表格，stretchColumns表示第N列自动扩充，可以看到上面的两个色块虽然设置的大小一样，但第0列的比第1列的大，就是因为第0列的自动扩充占据了两个剩余的部分。
TableRow代表一行，在标签里可以根据需求设置多个控件，
再用TableRow，表示继续下一行，layout_span属性表示该控件占两个表格。

参考博客：Android开发之基本控件和详解四种布局方式

2.4 设计的APP

有了上面的基础知识，基本就可以编写APP了。

2.4.1 布局设计

布局比较简单，采用线性布局，里面有6个控件：1个TextView显示字符、1个Button作为所有LED总开关、4个CheckBox分别控制每一个LED。
{% codeblock lang:xml %}

xmlns:app=“http://schemas.android.com/apk/res-auto”
xmlns:tools=“http://schemas.android.com/tools”
android:layout_width=“match_parent”
android:layout_height=“match_parent”
tools:context=".MainActivity">

{% endcodeblock %}

2.4.2 代码操作

代码的操作逻辑也很简单，先是获取每个按键的ID，然后绑定button按键监听和chekbox按键监听。
在监听的函数里，进行相应的逻辑控制。这里展示屏蔽了所有的硬件操作，硬件操作在后面再添加。

{% codeblock lang:java %}
package cn.hceng.led;

import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.os.Bundle;
import android.widget.Button;

import android.view.View;
import android.widget.CheckBox;
import android.widget.Toast;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

private boolean ledStatus = false;

private Button button = null;
private CheckBox checkBoxLed1 = null;
private CheckBox checkBoxLed2 = null;
private CheckBox checkBoxLed3 = null;
private CheckBox checkBoxLed4 = null;

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);

    initView();
}

private void initView() {
    checkBoxLed1 = (CheckBox) findViewById(R.id.LED1);
    checkBoxLed2 = (CheckBox) findViewById(R.id.LED2);
    checkBoxLed3 = (CheckBox) findViewById(R.id.LED3);
    checkBoxLed4 = (CheckBox) findViewById(R.id.LED4);

    button = (Button) findViewById(R.id.BUTTON);
    button.setOnClickListener(new MyButtonListener());
}

class MyButtonListener implements View.OnClickListener {
    @Override
    public void onClick(View v) {
        ledStatus = !ledStatus;

        if (ledStatus) {
            button.setText("ALL OFF");
            checkBoxLed1.setChecked(true);
            checkBoxLed2.setChecked(true);
            checkBoxLed3.setChecked(true);
            checkBoxLed4.setChecked(true);
        } else {
            button.setText("ALL  ON");
            checkBoxLed1.setChecked(false);
            checkBoxLed2.setChecked(false);
            checkBoxLed3.setChecked(false);
            checkBoxLed4.setChecked(false);
        }
    }
}

public void onCheckboxClicked(View view) {
    boolean checked = ((CheckBox) view).isChecked();

    switch (view.getId()) {
        case R.id.LED1:
            if (checked) {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED1 on", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED1 off", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
            break;
        case R.id.LED2:
            if (checked) {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED2 on", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED2 off", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
            break;

        case R.id.LED3:
            if (checked) {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED3 on", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED3 off", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
            break;

        case R.id.LED4:
            if (checked) {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED4 on", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else {
                Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED4 off", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
            break;
        default:
            break;
    }
}

}
{% endcodeblock %}

3. Android访问硬件的方法

Android APP采用Java编写的，Java不能直接访问硬件，因此Android APP访问硬件只能两种方式：通过JNI直接访问和Android硬件访问服务。

3.1 通过JNI直接访问

驱动层：
和Linux驱动完全一样，编写驱动，向上提供/dev/leds节点；
C库：
使用C/C++操作/dev/leds，将C库函数名和Java函数名建立映射关系，注册java本地方法；
应用层：
APP加载C库(so文件)，加载后便可以调用C库提供的java本地方法：open()、ioctl()、close()实现对硬件的操作；

3.1.1 编写LED驱动

LED的驱动很简单，就不多废话了。

{% codeblock lang:c %}
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#include
#include
#include

static int led_gpios[] = {
EXYNOS4212_GPM4(0),
EXYNOS4212_GPM4(1),
EXYNOS4212_GPM4(2),
EXYNOS4212_GPM4(3),
};

static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
int i;
for (i = 0; i < 4; i++)
s3c_gpio_cfgpin(led_gpios[i], S3C_GPIO_OUTPUT);

return 0;

}

/* app : ioctl(fd, cmd, arg) */
static long led_ioctl(struct file filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
/ cmd : 0-off, 1-on /
/ arg : 0-3, which led */

if ((cmd != 0) && (cmd != 1))
    return -EINVAL;

if (arg > 4)
    return -EINVAL;

gpio_set_value(led_gpios[arg], !cmd);

return 0;

}

static struct file_operations leds_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.unlocked_ioctl = led_ioctl,

};

static int major;
static struct class *cls;

int leds_init(void)
{
major = register_chrdev(0, “leds”, &leds_ops);

cls = class_create(THIS_MODULE, "leds");
device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "leds"); /* /dev/leds */

return 0;

}

void leds_exit(void)
{
device_destroy(cls, MKDEV(major, 0));
class_destroy(cls);
unregister_chrdev(major, “leds”);
}

module_init(leds_init);
module_exit(leds_exit);

MODULE_LICENSE(“GPL”);
MODULE_AUTHOR(“hceng [email protected]”);
MODULE_DESCRIPTION(“Tiny4412 leds driver.”);
MODULE_VERSION(“v1.0”);
{% endcodeblock %}

编写好后，放在内核目录drivers/char/里，并在Makefile里添加obj-y += leds_drv.o。
重新编译make zImage，将内核重新烧写到开发板里。

3.1.2 编写C库文件

参考前面Java的JNI，编写hardcontrol.c，生成libhardcontrol.so。
在hardcontrol.c里，操作/dev/leds，将操作函数与Java方法绑定，并注册。

{% codeblock lang:c %}
#include
#include

#include
#include
#include
#include

#include

#define DEBUG 1

#if(DEBUG==1)
#define LOG_TAG “JNI”
#define LOGV(…) __android_log_print(ANDROID_LOG_VERBOSE,TAG,VA_ARGS)
#define LOGD(…) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, VA_ARGS)
#define LOGI(…) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, VA_ARGS)
#define LOGE(…) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG, VA_ARGS)
#else
#define LOGV(…) NULL
#define LOGD(…) NULL
#define LOGI(…) NULL
#define LOGE(…) NULL
#endif

static jint fd;

jint ledOpen(JNIEnv *env, jobject cls)
{
LOGD(“hardcontrol ledOpen\n”);

fd = open("/dev/leds", O_RDWR);
if (fd >= 0)
    return 0;
else
    return -1;

}

void ledClose(JNIEnv *env, jobject cls)
{
LOGD(“hardcontrol ledClose\n”);

close(fd);

return;

}

jint ledCtrl(JNIEnv *env, jobject cls, jint number, jint status)
{
LOGD(“hardcontrol ledCtrl number=%d status=%d\n”, number, status);

int ret = ioctl(fd, status, number);

return ret;

}

static const JNINativeMethod methods[] = {
{“ledOpen”, “()I”, (void *)ledOpen},
{“ledClose”, “()V”, (void *)ledClose},
{“ledCtrl”, “(II)I”, (void *)ledCtrl},
};

JNIEXPORT jint JNICALL
JNI_OnLoad(JavaVM *jvm, void *reserved)
{
JNIEnv *env;
jclass cls;

if ((*jvm)->GetEnv(jvm, (void **)&env, JNI_VERSION_1_4)) 
    return JNI_ERR; 

cls = (*env)->FindClass(env, "cn/hceng/hardlibrary/HardControl"); 
if (cls == NULL) 
    return JNI_ERR;

if ((*env)->RegisterNatives(env, cls, methods, sizeof(methods)/sizeof(methods[0])) < 0)
    return JNI_ERR;

return JNI_VERSION_1_4;

}
{% endcodeblock %}

编译：

arm-linux-gcc -fPIC -shared hardcontrol.c -o libhardcontrol.so -I /usr/lib/jvm/java-1.7.0-openjdk-amd64/include/ -nostdlib /work/android_source/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-19/arch-arm/usr/lib/libc.so

这里的-I指定头文件jni.h的路径；-nostdlib是为了不使用标准的libc库，因为后面libhardcontrol.so依赖libc.so.6，需要重新构建系统得到libc.so.6，但源码中有很多libc.so也能用，为了方便找了一个版本较高的libc.so。

最后把生成的libhardcontrol.so放在APP的D:\Android\APP\LED\app\libs\armeabi\路径下。

如何在C语言中打印log到android控制台：
1.修改app\build.gradle，在Android里添加ndk：

        //hceng add for c language printing
        ndk {
            moduleName "printing"
            abiFilters "armeabi","armeabi-v7a","x86"

            ldLibs "log"
        }

2.C文件中添加：

#include 
#define DEBUG 1 

#if(DEBUG==1)
#define LOG_TAG "JNI"
#define LOGV(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_VERBOSE,TAG,__VA_ARGS__)
#define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, __VA_ARGS__)
#define LOGI(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__)
#define LOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG, __VA_ARGS__)
#else
#define LOGV(...) NULL
#define LOGD(...) NULL
#define LOGI(...) NULL
#define LOGE(...) NULL
#endif

3.和printf一样使用：

  //打印logcat
  LOGD("name=%s age=%f\n",name,age);

4.编译C文件，需指定android/log.h路径和添加liblog.so库:

arm-linux-gcc -fPIC -shared hardcontrol.c -o libhardcontrol.so -I /usr/lib/jvm/java-1.7.0-openjdk-amd64/include/ -I /work/android_source/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-19/arch-arm/usr/include/ -nostdlib /work/android_source/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-19/arch-arm/usr/lib/libc.so /work/android_source/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-19/arch-arm/usr/lib/liblog.so

参考博客：C语言中打印log到android控制台

3.1.2 修改APP文件

在APP目录app\src\main\java\cn\hceng\hardlibrary\下创建HardControl.java来加载C库和声明Native方法：
{% codeblock lang:java %}
package cn.hceng.hardlibrary;

public class HardControl {
//1.load
static {
try {
System.loadLibrary(“hardcontrol”); //Call libhardcontrol.so from C.
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
//2.Function declaration
public static native int ledCtrl(int number, int status);
public static native int ledOpen();
public static native void ledClose();
}
{% endcodeblock %}

在APP里，即可通过JNI调用本地方法：
{% codeblock lang:java %}
import cn.hceng.hardlibrary.*; //硬件库

HardControl.ledOpen(); //硬件初始化
HardControl.ledCtrl(0, 1); //硬件操作
HardControl.ledCtrl(0, 0); //硬件操作

{% endcodeblock %}
在APP的适当位置，根据操作逻辑，调用本地方法。

最后还要修改app\build.gradle，在Android里添加：

    //hceng add for led
    sourceSets {
        main {
            jniLibs.srcDirs = ['libs'];
        }
    }

此时修改后，将不能在AVD里仿真了，必须在开发板上测试。

最后，编译APP，插上USB线，连接开发板，运行测试，通过APP实现对LED的控制。

3.2 Android硬件访问服务

前面直接通过JNI访问硬件，操作比较简单，同时也存在一些问题。
比如，当多个APP同时访问某个硬件时，就可能发生硬件冲突。
为了解决这个问题，Android提供了硬件访问服务，APP不能直接访问硬件，而是都给System Server申请操作硬件，System Server决策后，再去访问硬件，解决多个APP同时访问硬件冲突的问题。

驱动层：
和Linux驱动完全一样，编写驱动，向上提供/dev/leds节点；
C库：
HAL层操作/dev/leds，JNI层加载HAL文件和向上注册java本地方法；
系统服务：
通过注册android服务的方式加载C库，再将服务加入service_manager里面。
应用层：
从service_manager里获取相关服务，再通过接口调用，接口里实现对本地方法的调用。

3.2.1 编写AIDL

AIDL(Android Interface Definition Language)，即Android接口定义语言，顾名思义就是定义接口，提供给APP使用。
LED对APP而言，就一个控制方法，因此ILedService.aidl如下：
{% codeblock lang:aidl %}
package android.os;

interface ILedService {
int ledCtrl(int number, int status);
}
{% endcodeblock %}

ILedService.aidl并不能直接被APP调用，需要生成ILedService.java才能被APP使用。
将ILedService.aidl放在frameworks/base/core/java/android/os/里，修改frameworks/base/Android.mk，添加：

core/java/android/os/ILedService.aidl \

然后执行mmm frameworks/base/，将自动生成out/target/common/obj/JAVA_LIBRARIES/framework_intermediates/src/core/java/android/os/ILedService.java。

3.2.2 编写LedService.java

前面生成了ILedService.java，需要实现ILedService接口的成员函数。
{% codeblock lang:java %}
package com.android.server;
import android.os.ILedService;

public class LedService extends ILedService.Stub {
private static final String TAG = “ILedService”;

//Call native c function to access hardware
public int ledCtrl(int number, int status) throws android.os.RemoteException 
{
	return native_ledCtrl(number, status);
}

public LedService() {
	native_ledOpen();
}

//Function declaration
public static native int native_ledCtrl(int number, int status);
public static native int native_ledOpen();
public static native void native_ledClose();

}
{% endcodeblock %}

将其放在frameworks/base/services/core/java/com/android/server/路径下。

可以看到LedService.java继承于ILedService，并调用本地方法实现了成员函数。并在构造函数里调用native_ledOpen()。

3.2.3 修改SystemServer.java

SystemServer.java主要做两件事，一是加载C库，二是使用addService将LED服务加入service_manager里面。
加载C库这个是调用onload.cpp，这个后面只修改onload.cpp，这里就不需要改了。
修改frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java，添加：
{% codeblock lang:java %}
Slog.i(TAG, “Led Service”);
ServiceManager.addService(“led”, new LedService());
{% endcodeblock %}

3.2.4 修改onload.cpp

SystemServer.java会加载C库，调用到onload.cpp，需要在onload.cpp注册LED服务。
修改frameworks/base/services/core/jni/onload.cpp，添加：
{% codeblock lang:c %}
int register_android_server_LedService(JNIEnv* env);

……

register_android_server_LedService(env);
{% endcodeblock %}

3.2.5 编写com_android_server_LedService.cpp

前面用到了register_android_server_LedService()，是在com_android_server_LedService.cpp里实现的。
com_android_server_LedService.cpp理论上可以直接操作节点/dev/leds，但一般不这样做。
通常的做法是，向上提供本地方法(native_ledOpen)，向下加载hal文件(led_hal.c)，并调用HAL的函数。
这样操作有两个好处：
1.方便修改；
如果需要修改硬件部分的操作，只需要修改led_hal.c，生成so文件，放入系统即可，而不需要编译整个Android系统；
2.保密代码；
因为Linux的GPL协议，一旦使用的内核代码，自己的代码也得开源出去，硬件厂商为了保密硬件的具体细节，只在内核实现操作寄存器的接口，具体的操作逻辑放在HAL文件里，而Android采用Apache协议，修改了代码而无需开源，这样就实现了保密代码；

Google的这一"骚"操作就不评论了，积极的看确实加快的Linux的传播，但也伤害了Linux的开源社区。

编写步骤如下：
1、定义JNINativeMethod，建立Java本地方法与C库函数名的映射关系；
2、使用jniRegisterNativeMethods注册本地方法，将在onload.cpp被调用；
3、在open()里：
　3.1、使用hw_get_module获得hw_module_t结构体；
　3.2、使用module->methods->open获得hw_device_t结构体；
　3.3、将hw_device_t转换为led_device_t，调用对应open；
4、完成其它函数ctrl、close的调用；

{% codeblock lang:cpp %}
#define LOG_TAG “LedService”

#include “jni.h”
#include “JNIHelp.h”
#include “android_runtime/AndroidRuntime.h”

#include
#include

#include

#include
#include
#include
#include

#include

namespace android
{
static led_device_t* led_device;

jint ledOpen(JNIEnv *env, jobject cls)
{
    jint err;
    hw_module_t* module;
    hw_device_t* device;

    ALOGI("native ledOpen");

    //1. hw_get_module for get module
    err = hw_get_module("led", (hw_module_t const**)&module);
    if (err == 0) {
        //2. module->methods->open for get device 
        err = module->methods->open(module, NULL, &device);
        
        if (err == 0) {
            //3. conversion, call led_open
            led_device = (led_device_t *)device;
            return led_device->led_open(led_device);
        } else {
            return -1;
        }
    }
    return -1;
}

void ledClose(JNIEnv *env, jobject cls)
{
    ALOGI("nativeled Close");
    
    return;
}

jint ledCtrl(JNIEnv *env, jobject cls, jint number, jint status)
{
    ALOGI("native ledCtrl %d, %d", number, status);
    
    return led_device->led_ctrl(led_device, number, status);
}

static const JNINativeMethod method_table[] = {
    {"native_ledOpen",  "()I",   (void *)ledOpen}, 
    {"native_ledClose", "()V",   (void *)ledClose}, 
    {"native_ledCtrl",  "(II)I", (void *)ledCtrl}, 
};

int register_android_server_LedService(JNIEnv *env)
{
    return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/server/LedService",
            method_table, NELEM(method_table));
}

};
{% endcodeblock %}

将其放到./frameworks/base/services/core/jni/路径下。

3.2.6 编写HAL文件led_hal.c

接着前面，HAL负责访问驱动程序执行硬件操作。

编写步骤如下：
1、创建一个名为HMI(HAL_MODULE_INFO_SYM)的hw_module_t结构体；
2、创建一个open函数, 它返回led_device_t结构体；
3、创建led_device_t结构体，里面包含hw_device_t结构体和提供的函数；
4、操作设备节点实现提供的函数；

{% codeblock lang:h [led_hal.h] %}
#ifndef ANDROID_LED_INTERFACE_H
#define ANDROID_LED_INTERFACE_H

#include
#include
#include

#include

__BEGIN_DECLS

struct led_device_t {
struct hw_device_t common;

int (*led_open) (struct led_device_t* dev);
int (*led_ctrl) (struct led_device_t* dev, int number, int status);

};

__END_DECLS

#endif
{% endcodeblock %}

{% codeblock lang:c [led_hal.c] %}
#include

#include

#include
#include
#include
#include

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

#include

#define LOG_TAG “LED_HAL”

static int fd;

static int led_open(struct led_device_t* dev __unused)
{
fd = open("/dev/leds", O_RDWR);

ALOGI("led_open : %d", fd);

if (fd >= 0)
    return 0;
else
    return -1;

}

static int led_ctrl(struct led_device_t* dev __unused, int number, int status)
{
int ret = ioctl(fd, status, number);

ALOGI("led_ctrl : %d, %d, %d", number, status, ret);

return ret;

}

static int led_close(struct hw_device_t* device __unused)
{
ALOGI(“led_close : %d”, fd);

close(fd);

return 0;

}

static struct led_device_t led_dev = {
.common = {
.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG,
.close = led_close,
},
.led_open = led_open,
.led_ctrl = led_ctrl,
};

static int led_device_open(const struct hw_module_t* module __unused, const char* id __unused,
struct hw_device_t** device)
{
//return by id
*device = &led_dev;

return 0;

}

static struct hw_module_methods_t led_module_methods = {
.open = led_device_open,
};

struct hw_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
.tag = HARDWARE_MODULE_TAG,
.id = “led”,
.methods = &led_module_methods,
};
{% endcodeblock %}

将led_hal.h放在./hardware/libhardware/include/hardware/目录下；
将led_hal.c上放在./hardware/libhardware/modules/led/目录下；

3.2.7 编译和重新烧写system.img

前面添加了LedService.java，其Android.mk自动包含了所有java文件，不需要修改Android.mk。
前面添加了com_android_server_LedService.cpp，不会自动包含cpp文件，其Android.mk需要修改。
打开frameworks/base/services/core/jni/Android.mk，添加：

$(LOCAL_REL_DIR)/com_android_server_LedService.cpp \

前面添加了led_hal.c，需要创建hardware/libhardware/modules/led/Android.mk，内容如下：
{% codeblock lang:mk %}
LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE := led.default

LOCAL_MODULE_RELATIVE_PATH := hw
LOCAL_C_INCLUDES := hardware/libhardware
LOCAL_SRC_FILES := led_hal.c
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := liblog
LOCAL_MODULE_TAGS := eng

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
{% endcodeblock %}

然后执行：

mmm ./frameworks/base/services/             //保证com_android_server_LedService.cpp和onload.cpp都重新编译
mmm ./hardware/libhardware/modules/led/     //保证led_hal.c编译
make snod                                   //重新生成./out/target/product/tiny4412/system.img
./gen-img.sh                                //脚本，生成system.img并移动到源码根目录，且生成其他用户数据镜像等

将生成的system.img重新烧写，重新启动后界面卡在Android logo，串口一直打印request_suspend_state: wakeup (0->0)。
解决方法：
修改android源码的./device/friendly-arm/tiny4412/conf/init.rc
将mount rootfs rootfs / ro remount改为mount rootfs rootfs / rw remount，重新编译，烧写即可。

3.2.8 修改APP文件

在APP里，会用到ILedService类，这个类是我们自己定义的，直接在APP里使用，连编译都过不了。
因此，就需要把包含ILedService类的文件导入工程，或者使用JAVA的反射机制。

1、使用导入的方法
①首先还是修改MainActivity.java，修改其中对硬件的调用，参考如下：
{% codeblock lang:c %}
import android.os.ILedService;
import android.os.ServiceManager;
import static android.os.ServiceManager.getService;
……
ILedService iLedService = ILedService.Stub.asInterface(ServiceManager.getService(“led”));
……
iLedService.ledCtrl(0, 1);
{% endcodeblock %}
注意getService()的名字和SystemServer.java里addServer添加的名字要一致。

②将out/target/common/obj/JAVA_LIBRARIES/framework_intermediates/classes.jar放在Windows里。
在Android Studio里，选择File->Project Structure，此时弹出配置界面，点击左上角的+，选择Import .JAR/.AAR Package，选择刚才的classes.jar。
再选中app，切换到Dependencies选项卡，点击右边的+号，选择3 Module dependency，在弹出的界面选择刚才添加的classes，最后点击OK。

以上操作后，会在APP工程根目录下生成`classes`文件夹，里面就包含了`classes.jar`。

为了减小生成的APP体积，还需要设置JAR包只在编译时使用，而不打包到APP里面。如下图，选中classes，在右边的选项卡选择Compile only。

③此时，再次编译可能遇到INSTALL_FAILED_NO_MATCHING_ABIS: Failed to extract native libraries, res=-113等错误，在app\build.gradle添加：

    //hceng add for solved:INSTALL_FAILED_NO_MATCHING_ABIS: Failed to extract native libraries, res=-113.
    splits {
        abi {
            enable true
            reset()
            include 'x86', 'armeabi-v7a', 'x86_64'
            universalApk true
        }
    }

2、使用反射机制

JAVA的反射机制原理参考之前的JAVA学习笔记——4.2反射。

使用放射机制就不用导入classes.jar，通过Class.forName()获取类、getMethod()获取方法，最终得到ledCtrl()方法。
{% codeblock lang:java %}
Object proxy = null;
Method ledCtrl = null;

……

try {
//iLedService = ILedService.Stub.asInterface(ServiceManager.getService(“led”));
Method getService = Class.forName(“android.os.ServiceManager”).getMethod(“getService”, String.class);
Object ledService = getService.invoke(null, “led”);
Method asInterface = Class.forName(“android.os.ILedService$Stub").getMethod("asInterface",IBinder.class);proxy=asInterface.invoke(null,ledService);ledCtrl=Class.forName("android.os.ILedService$Stub$Proxy”).getMethod(“ledCtrl”, int.class, int.class);
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
{% endcodeblock %}

使用：
{% codeblock lang:java %}
try {
ledCtrl.invoke(proxy, i, 1);
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
{% endcodeblock %}

4.总结

如何实现一个硬件访问服务:
①编写Linux驱动led_drv.c，操作硬件；
②编写HAL层led_hal.c，访问Linux设备节点；
③编写JNI层com_android_server_LedService.cpp，调用HAL层，注册本地方法；
④修改onload.cpp注册服务，修改SystemServer.java加入服务；
⑤编写LedService.java调用本地方法；
⑥编写ILedService.aidl生成ILedService.java，提供接口；
⑦编写APP，实现UI、操作逻辑，调用接口访问硬件；

参考资料：
韦东山第四期Android驱动_Android系统
Android系统源代码情景分析_罗升阳
第一行代码：Android

涉及示例源码:
Github