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）
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
#include /* For module specific items */
#include /* For new moduleparam's */
#include /* For standard types (like size_t) */
#include /* For the -ENODEV/... values */
#include /* For printk/panic/... */
#include /* For file operations */^M
#include /* For io-port access */
#include /* For platform_driver framework */
#include /* For __init/__exit/... */
#include /* For copy_to_user/put_user/... */
#include /* For inb/outb/... */
#include
#include
#include
#include /*kamlloc */
//#include
//ioctl
#define CMD_FLAG 'i'
#define POS_PWR_ON _IOR(CMD_FLAG,0x00000001,__u32)
#define POS_PWR_OFF _IOR(CMD_FLAG,0x00000000,__u32)
#define gpio_lp 57
static int major =0;
static struct class *pos_class;
struct cdev_pos {
struct cdev cdev;
};
struct cdev_pos *pos_dev;
static int pos_ioctl(struct file* filp,unsigned int cmd,unsigned long argv)
{
printk(KERN_INFO "entry kernel.... \n");
printk(KERN_INFO "%d\n", POS_PWR_ON);
void __iomem *ldo_mmio_base = ioremap(0xe46002e4, 4);
switch(cmd)
{
case POS_PWR_ON:
{
#if 0
gpio_set_value(gpio_lp,1); //
printk(KERN_INFO "POS on\n");
#endif
iowrite32(0x1700, ldo_mmio_base)
break;
}
case POS_PWR_OFF:
{
#if 0
gpio_set_value(gpio_lp,0);
printk(KERN_INFO "POS off \n");
#endif
iowrite32(0x1500, ldo_mmio_base);
break;
}
default:
return -EINVAL;
}
return 0;
}
//open
static int pos_open(struct inode* i_node,struct file* filp)
{
printk(KERN_INFO "taosong open init.... \n");
int err;
#if 0
err = gpio_request(gpio_lp,"pos_pwr");
if(err<0)
{
printk(KERN_INFO "gpio request faile \n");
return err;
}
gpio_direction_output(gpio_lp,1);
#endif
return 0;
}
//close
static void pos_close(struct inode* i_node,struct file* filp)
{
printk(KERN_INFO "taosong close init \n");
#if 0
gpio_free(gpio_lp);
#endif
return ;
}
/* file operations */
struct file_operations fops={
.owner = THIS_MODULE,
.open = pos_open,
.unlocked_ioctl = pos_ioctl,
.release= pos_close,
};
static int __init pos_init(void)
{
printk(KERN_INFO "init .... \n");
dev_t dev_no;
int result,err;
err = alloc_chrdev_region(&dev_no,0,1,"my_pos"); //dynamic request device number
if(err<0)
{
printk(KERN_INFO "ERROR\n");
return err;
}
major = MAJOR(dev_no);
pos_dev = kmalloc(sizeof(struct cdev_pos),GFP_KERNEL);
if(!pos_dev)
{
result = -ENOMEM;
goto fail_malloc;
}
memset(pos_dev,0,sizeof(pos_dev));
cdev_init(&pos_dev->cdev,&fops);
pos_dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
result = cdev_add(&pos_dev->cdev,dev_no,1);
if(result <0)
{ printk(KERN_INFO "error\n");
goto fail_add;
}
pos_class = class_create(THIS_MODULE,"mypos"); //in sys/class create sysfs file
device_create(pos_class,NULL,MKDEV(major,0),NULL,"mypos"); //dynamic create device file /dev/mypos
return 0;
fail_add:
kfree(pos_dev);
fail_malloc:
unregister_chrdev_region(dev_no,1);
return result;
}
static void __exit pos_exit(void)
{
dev_t dev_no=MKDEV(major,0);
unregister_chrdev_region(dev_no,1);
cdev_del(&pos_dev->cdev);
kfree(pos_dev);
device_destroy(pos_class,dev_no);
class_destroy(pos_class);
printk(KERN_INFO "exit........ \n");
}
module_init(pos_init);
module_exit(pos_exit);
MODULE_AUTHOR("*@*.com");
MODULE_DESCRIPTION("control_pos_power");
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-$(CONFIG_TTY_PRINTK) += ttyprintk.o
obj-y += misc.o
要让这个节点让别人可读写，还必须修改节点的系统所有者以及他的权限，这个步骤我们一版在 init.rc中进行
我的代码是system/core/rootdir/init.rc
diff --git a/core/rootdir/init.rc b/core/rootdir/init.rc
index fc5d73f..b3095c0 100644
--- a/core/rootdir/init.rc
+++ b/core/rootdir/init.rc
@@ -308,6 +308,8 @@ on boot
chmod 0777 /dev/ttyS1
chmod 0777 /sys/devices/l68ie_switch/chip_switch
+ chown system system /dev/mypos
+ chmod 0766 /dev/mypos
chown system system /sys/devices/system/cpu/cpufreq/interactive/timer_rate
chmod 0660 /sys/devices/system/cpu/cpufreq/interactive/timer_rate
至此一个可用的字符设备节点 /dev/mypos 已经生成并能供给上层可读写的权限
二.jni环境搭建及代码编写
2.1 NDK本地开发环境搭建
这里主要介绍在eclipse上搭建NDK开发环境。
以前做Android的项目要用到NDK就必须要下载NDK，下载安装Cygwin(模拟Linux环境用的)，下载CDT（Eclipse C/C++开发插件），还要配置编译器，环境变量...
麻烦到不想说了，本人在网上查了一下资料，发现了一个超级快配置NDK的办法。
Step1：到Android官网下载Android的开发工具ADT(Android Development Tool的缩写)，该工具集成了最新的ADT和NDK插件以及Eclipse，还有一个最新版本SDK。解压之后就可以用了，非常爽！
ADT插件：管理Android SDK和相关的开发工具的
NDK插件：用于开发Android NDK的插件，ADT版本在20以上，就能安装NDK插件，另外NDK集成了CDT插件
也可以在线更新ADT、NDK插件，不过速度超级慢...所以果断在网上下载集成开发工具ADT，下载链接见：http://developer.android.com/sdk/index.html 本地百度云地址链接：http://pan.baidu.com/s/1slcVhxF 密码：ucf9
Step2：到Android官网下载最新的NDK，注：NDK版本在r7（本文使用android-ndk-r9b）以上之后就集成了Cygwin，而且还是十分精简版。比起下载Cygwin要方便多啦！
下载链接见：http://developer.android.com/tools/sdk/ndk/index.html
android-ndk-r9b 百度云地址链接：http://pan.baidu.com/s/1hrPGtKC 密码：od7o
Step3：打开Eclipse，点Window->Preferences->Android->NDK,设置NDK路径，例如我的是E:\qf项目20160603\s600\android-ndk-r9b-windows-x86\android-ndk-r9b
Step4：新建一个Android工程，在工程上右键点击Android Tools->Add Native Support...,然后给我们的.so文件取个名字，例如:poscontrol
这时候工程就会多一个jni的文件夹，jni下有Android.mk和poscontrol.cpp(我这里改成.c文件了)文件。Android.mk是NDK工程的Makefile，poscontrol.cpp就是NDK的源文件。
Step5：右键项目工程点击Run as 就会生成libposcontrol.so
Step6：完成了，然后运行。运行之前先编译NDK，然后在编译JAVA代码。编译也许会遇到Unable to launch cygpath. Is Cygwin on the path?错误，解决办法如下：
1.工程右键，点Properties->C/C++ Build的Building Settings中去掉Use default build command，然后输入${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！
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include // 一定要包含此文件
#include
#include
#include
#include
//驱动里的命令码.
#define CMD_FLAG 'i'
#define LED_ON _IOR(CMD_FLAG,0x00000001,__u32)
#define LED_OFF _IOR(CMD_FLAG,0x00000000,__u32)
#define DEVICE_NAME "/dev/mypos"
int fd;
static const char *TAG="012";
#define LOGI(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, TAG, fmt, ##args)
#define LOGD(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, TAG, fmt, ##args)
#define LOGE(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, fmt, ##args)
/* * Class: Linuxc
* Method: openled
* Signature: ()I
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOn(JNIEnv* env, jclass mc)
{
LOGI("POWER ON BY QINFENG");
LOGI("LED_ON:%d LED_OFF:%d",LED_ON,LED_OFF);
fd=open(DEVICE_NAME,O_RDWR);
if(fd<0)
{
LOGI("don't open dev");
}
else
{
ioctl(fd,LED_ON,NULL) ;
LOGI("open success");
}
}
/* * Class: Linuxc
* Method: clsoeled
* Signature: ()V
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOff(JNIEnv* env, jclass mc)
{
LOGI("POWER Off BY QINFENG");
ioctl(fd,LED_OFF,NULL) ;
close(fd);
}
#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) ;JNICALL Java_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOnJava_com_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager_posPowerOffcom_idean_s600_pay_manage_IntelPosPowerManager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)
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
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
package com.idean.s600.pay.manage;
import android.media.AudioManager;
import android.os.Bundle;
import android.app.Activity;
import android.content.Intent;
import android.util.Log;
import android.view.Menu;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
public class IntelPosPowerManager extends Activity {
private Button power_on;
private Button power_off;
private OnClickListener mylistener;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_intel_pos_power_manager);
power_on= (Button)findViewById(R.id.power_on);
power_off= (Button)findViewById(R.id.power_off);
//成功点击事件
power_on.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
// TODO Auto-generated method stub
Log.d("012", "power_on by android\n");
posPowerOn();
}
});
power_off.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
// TODO Auto-generated method stub
Log.d("012", "power_off by android\n");
posPowerOff();
}
});
}
protected void onDestroy(){
super.onDestroy();
}
@Override
public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
// Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
getMenuInflater()
.inflate(R.menu.activity_intel_pos_power_manager, menu);
return true;
}
static {
try{
Log.i("012","try to load poscontrol.so");
System.loadLibrary("poscontrol");
//加载本地库,也就是JNI生成的libxxx.so文件，下面再说。
}catch (UnsatisfiedLinkError ule){
Log.e("012","WARNING: Could not load poscontrol.so");
}
}
/**
* 控制金融芯片上电
*/
public native static void posPowerOn();
/**
* 控制金融芯片下电
*/
public native static void posPowerOff();
}
System.loadLibrary("poscontrol"); poscontrol名字要和.so库对应起来本地调用方法： 控制金融芯片上电
public native static void posPowerOn();
控制金融芯片下电
public native static void posPowerOff();附录xml文件布局：
activity_intel_pos_power_manager.xml
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
通过按钮 power_on 和 power_off 就能够控制GPIO口的高低电平了