Android震动vibrator系统开发全过程

一、前言

本人刚学习安卓驱动开发，水平不能说菜，是根本没有水平，在这里把学习过程贴出来，跟大家一起学习交流，还望大家多多指正，转载的请标明出处。

二、android驱动介绍

安卓总体架构是在 Linux内核基础上，增加硬件抽象层（HAL），运行库，java虚拟机，程序框架等组成的，具体如下图。

 

安卓的应用程序是从application framework层架构上建立的。所有APK应用程序都是通过framework层来运行的。application framework是google写好的，除非自己深度定制，一般是不会更改这个层的。对于驱动开发来讲，我们要做的就是让framework层能认识并操作我们的硬件设备就OK了。因此我们关心主要有3个层面：

linux Kernel层

HAL层

JNI层

1.       linuxKernel：是google在linux内核基础上，专门为移动设备优化后的内核，增加修改一些东西，担修改的不多，对于内核驱动来讲，基本没有修改，做过linux驱动开发的人应该很容易理解。

2.       HAL，硬件抽象层：简单来说，就是对Linux 内核驱动程序的封装，向上提供接口，屏蔽低层的实现细节。也就是说，把对硬件的支持分成了两层，一层放在用户空间（User Space），一层放在内核空间（Kernel Space），其中，硬件抽象层运行在用户空间。用户空间不属于内核不必遵守GPL协议，各个厂商可以把与自己硬件设备相关，具有商业机密的一些代码放在HAL层。

3.       JNI层：提供java和底层C、C++的动态链接库的接口。我理解的是JNI就是一个代理，可以把C和C++生成的接口函数翻译成Java可用，提供给framework层。

三、振动系统开发过程

1.       硬件平台

           CPU:IMX6Q4核1G

           RAM:1G

           FLASH:8G板载

   这次开发用的代码都是google和飞思卡尔提供的具体的就不再说明了，因为每个平台代码都有所不同，而且买开发板时候都会带相应的资料。

2.       震动系统是android里面比较简单的一个系统, 我采用的是从高层到底层的学习方式。因为我们的驱动最终是给应用程序用的，从application的需求分析JNI，然后分析HAL最后在我们写linux kernel驱动时候，很容易理解为什么要这么写。好了开始正式分析。

3.       Application层：通过google我找到关于APK访问震动的如下说明：

A、通过系统服务获得手机震动服务，Vibrator vibrator =(Vibrator)getSystemService(VIBRATOR_SERVICE); 

B、得到震动服务后检测vibrator是否存在：

vibrator.hasVibrator();

检测当前硬件是否有vibrator，如果有返回true，如果没有返回false。

C、根据实际需要进行适当的调用，

vibrator.vibrate(longmilliseconds);

开始启动vibrator持续milliseconds毫秒。    

vibrator.vibrate(long[]pattern, int repeat);

以pattern方式重复repeat次启动vibrator。

（pattern的形式为new long[]{arg1,arg2,arg3,arg4......},其中以两个一组的如arg1 和arg2为一组、arg3和arg4为一组，每一组的前一个代表等待多少毫 秒启动vibrator，后一个代表vibrator持续多少毫秒停止，之后往复即 可。Repeat表示重复次数，当其为-1时，表示不重复只以pattern的方 式运行一次）。

D、vibrator.cancel();

Vibrator停止。

从上面的说明，可以看出应用程序调用震动系统，是调用一个叫VIBRATOR_SERVICE的服务，这个服务有3个函数，分别是hasVibrator()，r.vibrate，.cancel();当然这个三个函数可能在framework层进行的另一层的封装，我没有去深究。但可以推测出JNI层要做的是与注册VIBRATOR_SERVICE服务和实现这三个函数相关的.

4.       HAL层：这一层我找到了具体的代码我们会好分析很多，其代码是:

android\frameworks\base\services\jni\ com_android_server_VibratorService.cpp

[cpp] view plaincopy

#define LOG_TAG"VibratorService"

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

#include<utils/misc.h>
#include<utils/Log.h>
#include<hardware_legacy/vibrator.h>

#include<stdio.h>

namespace android
{

static jbooleanvibratorExists(JNIEnv *env, jobject clazz)       //判断振动器是否存在
{
    return vibrator_exists() > 0 ? JNI_TRUE: JNI_FALSE;
}

static voidvibratorOn(JNIEnv *env, jobject clazz, jlong timeout_ms)//打开振动器
{
    // LOGI("vibratorOn\n");
    vibrator_on(timeout_ms);
}

static voidvibratorOff(JNIEnv *env, jobject clazz)//关闭振动器
{
    // LOGI("vibratorOff\n");
    vibrator_off();
}

staticJNINativeMethod method_table[] = {
    { "vibratorExists","()Z", (void*)vibratorExists },
    { "vibratorOn", "(J)V",(void*)vibratorOn },
    { "vibratorOff", "()V",(void*)vibratorOff }
};

intregister_android_server_VibratorService(JNIEnv *env)    //注册vibrator服务
{
    return jniRegisterNativeMethods(env,"com/android/server/VibratorService",
            method_table, NELEM(method_table));
}

从上面代码可以看出，JNI做了两件事：其一注册vibrator服务，其二，实现了vibratorExists，vibratorOn，vibratorOff三个服务函数。 进而我们可以分析出HAL层主要的就是实现次代码里调用的三个函数vibrator_exists()，vibrator_on(timeout_ms)，vibrator_off()。

5.       HAL层：经过各种查找我们找到了vibrator的hal层代码：

\android40\hardware\libhardware_legacy\vibrator\vibrator.c

[cpp] view plaincopy

#include<hardware_legacy/vibrator.h>
#include"qemu.h"

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>

#define THE_DEVICE"/sys/class/timed_output/vibrator/enable"

intvibrator_exists()         //判断 振动器是否存在
{
    int fd;

#ifdefQEMU_HARDWARE                 //模拟器情况下实现此功能
    if (qemu_check()) {
        return 1;
    }
#endif

    fd = open(THE_DEVICE, O_RDWR);
    if(fd < 0)
        return 0;
    close(fd);
    return 1;
}

static intsendit(int timeout_ms)       //打开振动器 timeout_ms 毫秒
{
    int nwr, ret, fd;
    char value[20];

#ifdefQEMU_HARDWARE        //模拟器情况下实现次功能
    if (qemu_check()) {
        return qemu_control_command("vibrator:%d", timeout_ms );
    }
#endif

    fd = open(THE_DEVICE, O_RDWR);
    if(fd < 0)
        return errno;

    nwr = sprintf(value, "%d\n",timeout_ms);
    ret = write(fd, value, nwr);

    close(fd);

    return (ret == nwr) ? 0 : -1;
}

intvibrator_on(int timeout_ms)
{
    /* constant on, up to maximum allowed time*/
    return sendit(timeout_ms);
}

int vibrator_off()     //关闭振动器就是设置振动器打开时间为0
{
    return sendit(0);
}

分析上面代码可以看出，HAL访问这个设备是打开/sys/class/timed_output/vibrator/enable，这个设备文件，然后向文件中写入打开时间来完成设备操作的。因此很容易我们可以推断出，linux kernel层是要生成这个设备文件然后，实现相应的函数。

6.       Linuxkernel层：通过上面分析我们大概了解了内核驱动所要实现的功能。通过各种参考资料，我查到了这个设备驱动是通过timed_output框架来实现的，有框架在又简单了不少，我们找到timed_output框架实现的函数在：

\kernel\drivers\staging\android\timed_output.c

[cpp] view plaincopy

#include<linux/module.h>
#include<linux/types.h>
#include<linux/device.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/err.h>

#include"timed_output.h"

static structclass *timed_output_class;
static atomic_tdevice_count;

static ssize_t enable_show(structdevice *dev, struct device_attribute *attr,
             char *buf)
{
    struct timed_output_dev *tdev =dev_get_drvdata(dev);
    int remaining = tdev->get_time(tdev);

    return sprintf(buf, "%d\n",remaining);
}

static ssize_tenable_store(
             struct device *dev, structdevice_attribute *attr,
             const char *buf, size_t size)
{
    struct timed_output_dev *tdev =dev_get_drvdata(dev);
    int value;

    if (sscanf(buf, "%d", &value)!= 1)
             return -EINVAL;

    tdev->enable(tdev, value);

    return size;
}

static DEVICE_ATTR(enable,S_IRUGO | S_IWUSR, enable_show, enable_store);

static intcreate_timed_output_class(void)
{
    if (!timed_output_class) {
             timed_output_class =class_create(THIS_MODULE, "timed_output");
             if (IS_ERR(timed_output_class))
                       return PTR_ERR(timed_output_class);
             atomic_set(&device_count, 0);
    }

    return 0;
}

inttimed_output_dev_register(struct timed_output_dev *tdev)
{
    int ret;

    if (!tdev || !tdev->name ||!tdev->enable || !tdev->get_time)
             return -EINVAL;

    ret = create_timed_output_class();
    if (ret < 0)
             return ret;

    tdev->index =atomic_inc_return(&device_count);
    tdev->dev =device_create(timed_output_class, NULL,
             MKDEV(0, tdev->index), NULL,tdev->name);
    if (IS_ERR(tdev->dev))
             return PTR_ERR(tdev->dev);

    ret = device_create_file(tdev->dev,&dev_attr_enable);
    if (ret < 0)
             goto err_create_file;

    dev_set_drvdata(tdev->dev, tdev);
    tdev->state = 0;
    return 0;

err_create_file:
    device_destroy(timed_output_class, MKDEV(0,tdev->index));
    printk(KERN_ERR "timed_output: Failedto register driver %s\n",
                       tdev->name);

    return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(timed_output_dev_register);

voidtimed_output_dev_unregister(struct timed_output_dev *tdev)
{
    device_remove_file(tdev->dev,&dev_attr_enable);
    device_destroy(timed_output_class, MKDEV(0,tdev->index));
    dev_set_drvdata(tdev->dev, NULL);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(timed_output_dev_unregister);

static int __inittimed_output_init(void)
{
    return create_timed_output_class();
}

static void __exittimed_output_exit(void)
{
    class_destroy(timed_output_class);
}

module_init(timed_output_init);
module_exit(timed_output_exit);

MODULE_AUTHOR("MikeLockwood <[email protected]>");
MODULE_DESCRIPTION("timedoutput class driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

\kernel\drivers\staging\android\timed_output.h

[cpp] view plaincopy

#ifndef _LINUX_TIMED_OUTPUT_H
#define _LINUX_TIMED_OUTPUT_H

struct timed_output_dev {
         constchar  *name;

         /* enablethe output and set the timer */
         void   (*enable)(struct timed_output_dev *sdev, inttimeout);

         /*returns the current number of milliseconds remaining on the timer */
         int              (*get_time)(structtimed_output_dev *sdev);

         /*private data */
         structdevice       *dev;
         int              index;
         int              state;
};

extern int timed_output_dev_register(struct timed_output_dev*dev);
extern void timed_output_dev_unregister(structtimed_output_dev *dev);

#endif

分析上面代码可以看出，我们的驱动是要实现timed_output_dev结构体，然后注册这个结构体就行了。下面我们开始真正动手。由于本人水平有限，参考了samung一个公开kernel的代码里的马达驱动。写出了自己的驱动:

本人硬件的马达通过P4.17脚控制 高打开 低关闭

\kernel_imx\drivers\vibrator\vibrator.c

[cpp] view plaincopy

#include <linux/hrtimer.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/wakelock.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/clk.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include <asm/mach-types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

#include<../drivers/staging/android/timed_output.h>

#define IMX_GPIO_NR(bank, nr)             (((bank) - 1) * 32 + (nr))        //IO定义
#define SABRESD_VIBRATOR_CTL                   IMX_GPIO_NR(4, 17)   //电机通过P4.17脚控制 高打开 低关闭
#define MAX_TIMEOUT        10000/* 10s */  //最长可打开10s

 static structvibrator {
         structwake_lock wklock;      //wake_lock 防止震动过程中系统休眠,线程不释放此设备,造成不必要错误
         structhrtimer timer;    //高精度定时器
         structmutex lock;        //互斥锁,防止多线程同时访问这个设备.
         structwork_struct work; //设备操作队列,用于一次操作完成和下一次开始同步用 (三星这么用的，具体为什么不直接用回调函数，我也不懂,还望大神们私信给个说明 感激不尽)
} vibdata;

static void mx6_vibrator_off(void)
{

         gpio_direction_output(SABRESD_VIBRATOR_CTL,0);
         wake_unlock(&vibdata.wklock);              //震动关闭就可以释放 wake_lock锁

}
void mx6_motor_enable(struct timed_output_dev *sdev,int value)
{
         mutex_lock(&vibdata.lock);                     //关键代码段,同一时间只允许一个线程执行

         /* cancelprevious timer and set GPIO according to value */
         hrtimer_cancel(&vibdata.timer);            //当先前定时器完成后 关闭这个定时器
         cancel_work_sync(&vibdata.work);         //当上次震动完成后 关闭这次动作
         if(value)
         {
                   wake_lock(&vibdata.wklock);         //开始震动打开wake lock锁不允许休眠
                   gpio_direction_output(SABRESD_VIBRATOR_CTL,1);

                   if(value > 0)
                   {
                            if(value > MAX_TIMEOUT)
                                     value= MAX_TIMEOUT;
                            value+= 45;                                    //为了使震动变得明显,固定增加一个时间.跟硬件有关系
                            hrtimer_start(&vibdata.timer,                 //开始定时器
                                     ns_to_ktime((u64)value* NSEC_PER_MSEC),
                                     HRTIMER_MODE_REL);
                   }
         }
         else
                   mx6_vibrator_off();

         mutex_unlock(&vibdata.lock);                 //关键代码段执行完成,释放互斥锁


}
int     mx6_get_time(structtimed_output_dev *sdev)
{
         if(hrtimer_active(&vibdata.timer))
         {
                   ktime_tr = hrtimer_get_remaining(&vibdata.timer);                 //读取剩余时间按并返回
                   returnktime_to_ms(r);
         }

         return 0;
}
struct timed_output_dev mx6_motot_driver={
.name ="vibrator",                                  //注意这个名字,由于HAL层里面的设备为//"/sys/class/timed_output/vibrator/enable"
                                                                 //因此这个名字必须为"vibrator"
                   .enable= mx6_motor_enable,
                   .get_time= mx6_get_time,
};

static enum hrtimer_restartmx6_vibrator_timer_func(struct hrtimer * timer) //定时器结束时候的回调函数
{
         schedule_work(&vibdata.work);              //定时器完成了 执行work队列回调函数来关闭电机
         returnHRTIMER_NORESTART;
}
static void mx6_vibrator_work(struct work_struct *work)//工作队列处理函数,当工作队列执行 当
//schedule_work时候执行
{
         mx6_vibrator_off();
}


void __init mx6_motor_init()
{
         int ret =0;
         hrtimer_init(&vibdata.timer,CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);//初始化定时器
         vibdata.timer.function= mx6_vibrator_timer_func;           //设置回调函数
         INIT_WORK(&vibdata.work,mx6_vibrator_work);    //初始化工作队列
         ret =gpio_request(SABRESD_VIBRATOR_CTL, "vibrator-en");    //申请IO
         if (ret< 0)
         {
                   printk("vibratorrequest IO err!:%d\n",ret);
                   returnret;
         }
         wake_lock_init(&vibdata.wklock,WAKE_LOCK_SUSPEND, "vibrator"); //初始化 wake_lock
         mutex_init(&vibdata.lock);             //初始化 互斥锁
         ret=timed_output_dev_register(&mx6_motot_driver);//注册timed_output 设备
         if (ret< 0)
                   gotoerr_to_dev_reg;
         return 0;
err_to_dev_reg:           //错误了 就释放所有资源
         mutex_destroy(&vibdata.lock);
         wake_lock_destroy(&vibdata.wklock);

         gpio_free(SABRESD_VIBRATOR_CTL);
         printk("vibrator   err!:%d\n",ret);
         returnret;

}
void mx6_motor_exit()
{
         mutex_destroy(&vibdata.lock);
         wake_lock_destroy(&vibdata.wklock);
         gpio_free(SABRESD_VIBRATOR_CTL);
         printk("vibrator  exit!\n");
         timed_output_dev_register(&mx6_motot_driver);
}
module_init(mx6_motor_init);
module_exit(mx6_motor_exit);

MODULE_AUTHOR("<lijianzhang>");
MODULE_DESCRIPTION("Motor Vibrator driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

自此完成了驱动的所有内容,编译,烧写！

有两种方法可以测试是否成功：

其一就是 系统启动后，打开一个带振动的APP看能否实现震动功能。

其二调试口中 向设备文件中写数据.列如:

echo "1000">>/sys/class/timed_output/vibrator/enable          //震动1S中

 

试验成功! 大功告成!

 这里补充一下，关于android 应用程序中震动的的调用方法：在别人博客看到了一个写的很好贴出网址，供大家参考

http://blog.csdn.net/czh4869623/article/details/8956370

这里总结一下：通过这个例程学会了安卓驱动开发的一般步骤，对安卓每个层的认识都有深入。是个非常好的开始。这种从上往下的分析方法只适合于简单的系统，和项目时间要求不高的情况下，我在分析上就浪费了不少时间。项目比较紧张的话，直接百度一个历程按照说明改一下就成了，复杂的系统涉及的东西太多，比如视频之类的，一路分析下去的话可能半个月不一定能搞定。这个驱动属于非常简单，但是实际动手时候，还是多参考别人的例程，毕竟水平不高，再简单的驱动也不一定能想的周全。