Android 设备上实现串口的移植

转自： http://blog.csdn.net/vv0_0vv/article/details/7449594

de项目需要，要实现在Android中实现串口的收发功能，有几种方法可以参考使用。

1. 标准的Android HAL层思想，把串口的功能加入framework的API中（类似于android中sensor的实现）

    a. 确保驱动层中基于tty的串口驱动可以正常read、write、poll数据，当然了，也可以自己写一个字符驱动来实现串口的读写功能。

    b. 在BSP的HAL层中添加串口读写功能的回调函数（linux 应用层 c/c++）

    c. Android framework中添加jni层，解析HAL中生成的module，然后对回调函数进行封装，生成.so库，提供给java层。

    d. 添加远程调用接口，使用aidl在framework中添加远程调用

    e. 添加serviceManagement

2. 绕过HAL，直接使用JNI来完成读写等回调函数，之后同1 。

3. 绕过android系统，直接编写jni库，在应用程序中直接调用jni接口，完成串口的收发。

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以上都是可用的方法，这里我采用最简单的第三种方法，其中第一种方法最繁琐，但也是android最标准的方法，之后我会在can bus的移植中使用（先打个哑谜^0^），OK 废话不多说，开始码代码，工作！

首先是驱动层，我使用的是fsl的开发板，这边freescale已经帮我们实现了驱动，可以在/dev/下发现ttymxc0，ttymxc1.。。。这些就是CPU上各个串口的驱动文件，可以尝试echo "123" > /dev/mxctty0 之后可以看到串口终端上会打印出“123”。

但是，我们做驱动的不能就这样拿着别人的东西就用，咱要分析，要学习，要膜拜，要抄袭，要。。。貌似我最喜欢干这种事情了，好吧，这里我自己照着Linux设备驱动详解这书写了一个虚拟的字符驱动，当做我们的串口吧。

提供了跟串口同样的功能，这个驱动中我使用阻塞的方式来读写数据，一边看书，一边学习，一边自己写代码，一边学习jni，一边学习android的框架，何乐而不为呢？

首先，我们要注册一个字符驱动，然后初始化等待队列，初始化信号量，初始化变量，给结构体分配内存空间，老一套了。。。是个写驱动的都知道要干这些事情。

/*设备驱动模块加载函数*/
int globalfifo_init(void)
{
    int result;
    globalfifo_devp = kmalloc(sizeof(struct globalfifo_dev) ,GFP_KERNEL);
    if(!globalfifo_devp) {
        result = -ENOMEM;
    }
    memset(globalfifo_devp, 0, sizeof(struct globalfifo_dev));

    globalfifo_devp->mdev = mdev_struct;

    result = misc_register(&(globalfifo_devp->mdev));
    if(result<0)
        return result;

    init_MUTEX(&globalfifo_devp->sem);   /*初始化信号量*/
    init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait); /*初始化读等待队列头*/
    init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait); /*初始化写等待队列头*/

    return 0;

}

/*设备驱动模块加载函数*/
int globalfifo_init(void)
{
	int result;
	globalfifo_devp = kmalloc(sizeof(struct globalfifo_dev) ,GFP_KERNEL);
	if(!globalfifo_devp) {
		result = -ENOMEM;
	}
	memset(globalfifo_devp, 0, sizeof(struct globalfifo_dev));
	
	globalfifo_devp->mdev = mdev_struct;

	result = misc_register(&(globalfifo_devp->mdev));
	if(result<0)
		return result;

	init_MUTEX(&globalfifo_devp->sem);   /*初始化信号量*/
	init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait); /*初始化读等待队列头*/
	init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait); /*初始化写等待队列头*/

	return 0;

}

看到没，这里使用了miscdevice驱动，这个简单容易实现，HOHO~~偷懒了。这里给我们的全局结构体分配了内存空间，然后把结构体操作函数挂到我们的全局结构体变量中，最后注册这个miscdevice驱动。

/*globalfifo设备结构体*/
struct globalfifo_dev
{
//  struct cdev cdev; /*cdev结构体*/
    struct miscdevice mdev;
    unsigned int current_len;    /*fifo有效数据长度*/
    unsigned char mem[GLOBALFIFO_SIZE]; /*全局内存*/
    struct semaphore sem; /*并发控制用的信号量*/
    wait_queue_head_t r_wait; /*阻塞读用的等待队列头*/
    wait_queue_head_t w_wait; /*阻塞写用的等待队列头*/
};

/*globalfifo设备结构体*/
struct globalfifo_dev                                     
{                                                        
//	struct cdev cdev; /*cdev结构体*/                       
	struct miscdevice mdev;
	unsigned int current_len;    /*fifo有效数据长度*/
	unsigned char mem[GLOBALFIFO_SIZE]; /*全局内存*/        
	struct semaphore sem; /*并发控制用的信号量*/           
	wait_queue_head_t r_wait; /*阻塞读用的等待队列头*/     
	wait_queue_head_t w_wait; /*阻塞写用的等待队列头*/     
};

看到我们的globalfifo结构体的定义了吧，这里，就是这里，所以在init函数中，我们要初始化信号量，初始化读写等待队列头。要不咱先来讲讲这里的阻塞的概念吧。

顾名思义，就是堵在那边不动了，其实是真的不动了，利用等待队列实现设备的阻塞，当用户进程访问系统资源的时候，当这个资源不能被访问，我们又不想让之后的事情继续发生，这样的话我们就可以阻塞在那边，放心，我们可以让该进程进入休眠，这样的话就不会浪费CPU的资源了，然而等到这个资源可以访问的时候，我们就可以唤醒该阻塞的进程，继续让他执行下去，如果没有地方唤醒他，那他就真的“堵死”在那边了。

简单的介绍了下，接下来看看我们要实现哪些功能函数

/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations globalfifo_fops =
{
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = globalfifo_read,
    .write = globalfifo_write,
    .ioctl = globalfifo_ioctl,
    .poll = globalfifo_poll,
    .open = globalfifo_open,
    .release = globalfifo_release,
};

/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations globalfifo_fops =
{
	.owner = THIS_MODULE,
	.read = globalfifo_read,
	.write = globalfifo_write,
	.ioctl = globalfifo_ioctl,
	.poll = globalfifo_poll,
	.open = globalfifo_open,
	.release = globalfifo_release,
};

咱有读，写，打开。。。。等函数，继续往下分析。

struct globalfifo_dev *globalfifo_devp; /*设备结构体指针*/
/*文件打开函数*/
int globalfifo_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    /*将设备结构体指针赋值给文件私有数据指针*/
    filp->private_data = globalfifo_devp;
    return 0;
}
/*文件释放函数*/
int globalfifo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}

struct globalfifo_dev *globalfifo_devp; /*设备结构体指针*/
/*文件打开函数*/
int globalfifo_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	/*将设备结构体指针赋值给文件私有数据指针*/
	filp->private_data = globalfifo_devp;
	return 0;
}
/*文件释放函数*/
int globalfifo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}

open和release函数没什么好说的了，其实这里还是蛮有讲究的，比如说这个设备我们只能让一个用户进行访问，那我们可以再open函数里面做点手脚，一般我们读内核驱动模型的时候都会看到很多时候在open函数中都会设计引用计数自加1，这样的话可以更好的管控我们设备被打开次数。

但是这里我们没做什么，我们只是把我们的全局结构体变量赋值给了这里filp的一个私有成员变量中，这样的话我们可以再每一个功能函数中取出这个私有成员，有利于代码的可读性，release就不讲了。

/*globalfifo读函数*/
static ssize_t globalfifo_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,
loff_t *ppos)
{
    int ret;
    struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; //获得设备结构体指针
    DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); //定义等待队列

    down(&dev->sem); //获得信号量
    add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); //进入读等待队列头

    /* 等待FIFO非空 */
    while (dev->current_len == 0)
    {
        if (filp->f_flags &O_NONBLOCK)
        {
            ret = - EAGAIN;
            goto out;
        }
        __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
        up(&dev->sem);

        schedule(); //调度其他进程执行
        if (signal_pending(current))
        //如果是因为信号唤醒
        {
            ret = - ERESTARTSYS;
            goto out2;
        }

        down(&dev->sem);
    }

    /* 拷贝到用户空间 */
    if (count > dev->current_len)
        count = dev->current_len;

    if (copy_to_user(buf, dev->mem, count))
    {
        ret = - EFAULT;
        goto out;
    }
    else
    {
        memcpy(dev->mem, dev->mem + count, dev->current_len - count); //fifo数据前移
        dev->current_len -= count; //有效数据长度减少
        printk(KERN_INFO "read %d bytes(s),current_len:%d\n", count, dev->current_len);

        wake_up_interruptible(&dev->w_wait); //唤醒写等待队列

        ret = count;
    }
out:
    up(&dev->sem); //释放信号量
out2:
    remove_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); //从附属的等待队列头移除
    set_current_state(TASK_RUNNING);
    return ret;
}

/*globalfifo读函数*/
static ssize_t globalfifo_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,
loff_t *ppos)
{
	int ret;
	struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; //获得设备结构体指针
	DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); //定义等待队列

	down(&dev->sem); //获得信号量
	add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); //进入读等待队列头

	/* 等待FIFO非空 */
	while (dev->current_len == 0)
	{
		if (filp->f_flags &O_NONBLOCK)
		{
			ret = - EAGAIN;
			goto out;
		} 
		__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
		up(&dev->sem);

		schedule(); //调度其他进程执行
		if (signal_pending(current))
		//如果是因为信号唤醒
		{
			ret = - ERESTARTSYS;
			goto out2;
		}

		down(&dev->sem);
	}

	/* 拷贝到用户空间 */
	if (count > dev->current_len)
		count = dev->current_len;

	if (copy_to_user(buf, dev->mem, count))
	{
		ret = - EFAULT;
		goto out;
	}
	else
	{
		memcpy(dev->mem, dev->mem + count, dev->current_len - count); //fifo数据前移
		dev->current_len -= count; //有效数据长度减少
		printk(KERN_INFO "read %d bytes(s),current_len:%d\n", count, dev->current_len);

		wake_up_interruptible(&dev->w_wait); //唤醒写等待队列

		ret = count;
	}
out: 
	up(&dev->sem); //释放信号量
out2:
	remove_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); //从附属的等待队列头移除
	set_current_state(TASK_RUNNING);
	return ret;
}

然后这就是我们的读函数，在进行读之前，我们把等待队列加进我们的队列链表中，然后检查我们的buff是否为空，如果为空的话，那就没什么好读的了，所以我们让进城休眠，当有货给我们读了，再唤醒我们的队列。

首先是把当前进城加入等待队列中add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); 

没东西读的时候，使进程睡眠，在调度到别的任务去

/* 等待FIFO非空 */
while (dev->current_len == 0)
{
    if (filp->f_flags &O_NONBLOCK)
    {
        ret = - EAGAIN;
        goto out;
    }
    __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
    up(&dev->sem);

    schedule(); //调度其他进程执行
    if (signal_pending(current))
    //如果是因为信号唤醒
    {
        ret = - ERESTARTSYS;
        goto out2;
    }

    down(&dev->sem);
}

	/* 等待FIFO非空 */
	while (dev->current_len == 0)
	{
		if (filp->f_flags &O_NONBLOCK)
		{
			ret = - EAGAIN;
			goto out;
		} 
		__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
		up(&dev->sem);

		schedule(); //调度其他进程执行
		if (signal_pending(current))
		//如果是因为信号唤醒
		{
			ret = - ERESTARTSYS;
			goto out2;
		}

		down(&dev->sem);
	}

这段代码比较关键，与写函数中一样，当我们的buff被写满时，我们也会发生阻塞。

/*globalfifo写操作*/
static ssize_t globalfifo_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t count, loff_t *ppos)
{
    struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; //获得设备结构体指针
    int ret;
    DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); //定义等待队列

    down(&dev->sem); //获取信号量
    add_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); //进入写等待队列头

    /* 等待FIFO非满 */
    while (dev->current_len == GLOBALFIFO_SIZE)
    {
        if (filp->f_flags &O_NONBLOCK)
        //如果是非阻塞访问
        {
            ret = - EAGAIN;
            goto out;
        }
        __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
        up(&dev->sem);

        schedule(); //调度其他进程执行
        if (signal_pending(current))
        //如果是因为信号唤醒
        {
            ret = - ERESTARTSYS;
            goto out2;
        }

        down(&dev->sem); //获得信号量
    }

    /*从用户空间拷贝到内核空间*/
    if (count > GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len)
        count = GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len;

    if (copy_from_user(dev->mem + dev->current_len, buf, count))
    {
        ret = - EFAULT;
        goto out;
    }
    else
    {
        dev->current_len += count;
        printk(KERN_INFO "written %d bytes(s),current_len:%d\n", count, dev->current_len);

        wake_up_interruptible(&dev->r_wait); //唤醒读等待队列

/*globalfifo写操作*/
static ssize_t globalfifo_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t count, loff_t *ppos)
{
	struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; //获得设备结构体指针
	int ret;
	DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); //定义等待队列

	down(&dev->sem); //获取信号量
	add_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); //进入写等待队列头

	/* 等待FIFO非满 */
	while (dev->current_len == GLOBALFIFO_SIZE)
	{
		if (filp->f_flags &O_NONBLOCK)
		//如果是非阻塞访问
		{
			ret = - EAGAIN;
			goto out;
		} 
		__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
		up(&dev->sem);

		schedule(); //调度其他进程执行
		if (signal_pending(current))
		//如果是因为信号唤醒
		{
			ret = - ERESTARTSYS;
			goto out2;
		}

		down(&dev->sem); //获得信号量
	}

	/*从用户空间拷贝到内核空间*/
	if (count > GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len)
		count = GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len;

	if (copy_from_user(dev->mem + dev->current_len, buf, count))
	{
		ret = - EFAULT;
		goto out;
	}
	else
	{
		dev->current_len += count;
		printk(KERN_INFO "written %d bytes(s),current_len:%d\n", count, dev->current_len);

		wake_up_interruptible(&dev->r_wait); //唤醒读等待队列

写函数最后会唤醒我们的等待队列，因为写进去东西了，就可以去读了，就是这样，这部分跟我们的串口收发相同。

别的功能我就不说了，OK，驱动完成之后，我们加载进去，然后进行测试下。

首先我们去cat /dev/globalfifo

发生阻塞，一直停在那，这时候我们再打开一个终端，去写数据

echo "123" > /dev/globalfifo

写完之后，我们立马会发现之前的cat有东西出来了，每次都会把数据全部读出来。

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下面是我们的jni，首先咱要明确我们做的事情，打开设备，读设备，最后不用的话就关闭设备，所以我们至少要实现这3个API，

#define FIFO_CLEAR 0x01
#define BUFFER_LEN 20
#define GLOBALFIFO_PATH "/dev/globalfifo"

int globalfifo_fd = -1;

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_liujun_globalfifo_init(JNIEnv *env, jobject obj)
{
    globalfifo_fd = open(GLOBALFIFO_PATH, O_RDONLY); // | O_NOBLOCK
    if(globalfifo_fd != -1)
    {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","open device done.");
        //clear the buff
        if(ioctl(globalfifo_fd, FIFO_CLEAR, 0) < 0)
            __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","clear buff error!");
    } else
        __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","open device error!");
}

#define FIFO_CLEAR 0x01
#define BUFFER_LEN 20
#define GLOBALFIFO_PATH	"/dev/globalfifo"

int globalfifo_fd = -1;

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_liujun_globalfifo_init(JNIEnv *env, jobject obj)
{
	globalfifo_fd = open(GLOBALFIFO_PATH, O_RDONLY); // | O_NOBLOCK
	if(globalfifo_fd != -1)
	{
		__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","open device done.");
		//clear the buff
		if(ioctl(globalfifo_fd, FIFO_CLEAR, 0) < 0)
			__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","clear buff error!");
	} else
		__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","open device error!");
}

这是我们的初始化函数，定义了一个全局的文件描述符，init函数只做了open的动作。

JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_liujun_globalfifo_read(JNIEnv *env, jobject obj)
{
    int nread = 0;
    char buff[512] = "";
    __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","read !");
    nread = read(globalfifo_fd, buff, sizeof(buff));
    if(nread != -1)
        __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","===> %s", buff);

    return (*env)->NewStringUTF(env, buff);
}

JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_liujun_globalfifo_read(JNIEnv *env, jobject obj)
{
	int nread = 0;
	char buff[512] = "";
	__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","read !");
	nread = read(globalfifo_fd, buff, sizeof(buff));
	if(nread != -1)
		__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","===> %s", buff);
	
	return (*env)->NewStringUTF(env, buff);
}

这个API封装了read函数，然后把读到的buff转换成为java中能识别的string，最后返回到java层的是string类型的字符串。

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_liujun_globalfifo_exit(JNIEnv *env, jobject obj)
{
    close(globalfifo_fd);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","close done!");
    return 0;
}

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_com_liujun_globalfifo_exit(JNIEnv *env, jobject obj)
{	
	close(globalfifo_fd);
	__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,"JNI","close done!");
	return 0;
}

最后这是我们的exit函数，调用了close来关闭我们的设备。然后编写Android.mk文件，最后编译，生成globalfifo库

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接下来我们创建一个Android 工程，导入jni库并且定义native API

public native int init();
public native String read();
public native int exit();
static {
    System.loadLibrary("globalfifo");
}

    public native int init();
    public native String read();
    public native int exit();
    static {  
        System.loadLibrary("globalfifo");  
    }  

然后在适当的地方调用。设置3个按键，先试打开，然后read，按下read按键的时候开启一个thread去读数据。

public class MyThread implements Runnable{
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(100);//
                string = read();
                Message message=new Message();
                message.what=1;
                handler.sendMessage(message);//發送消息

            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class MyButtonListener implements OnClickListener{

    public void onClick(View v) {
        if(v.getId() == R.id.start ){
            init();
        }
        if(v.getId() == R.id.read) {
//string = read();
//Toast.makeText(mContext, string, Toast.LENGTH_SHORT).show();
            new Thread(new MyThread()).start();
        }
        if(v.getId() == R.id.close) {
            exit();
        }
    }
}

    public class MyThread implements Runnable{
    	public void run() {
    		// TODO Auto-generated method stub
    		while (true) {
    			try {
    				Thread.sleep(100);//
    				string = read();
    	    	    Message message=new Message();
    	    	    message.what=1;
    	    	    handler.sendMessage(message);//發送消息
    				 
    			} catch (InterruptedException e) {
    				// TODO Auto-generated catch block
    				e.printStackTrace();
    			}
    		}
    	}
    }
    
    class MyButtonListener implements OnClickListener{  
    	   
        public void onClick(View v) {
            if(v.getId() == R.id.start ){  
            	init();
            }  
            if(v.getId() == R.id.read) {
				//string = read();
				//Toast.makeText(mContext, string, Toast.LENGTH_SHORT).show();  
            	new Thread(new MyThread()).start();
            } 
            if(v.getId() == R.id.close) {
            	exit();
            }
        }  
    } 

安装apk，然后运行程序，点击open，然后点击read，使用adb shell进入系统，然后往里面写东西

echo "Jay Zhang" > dev/globalfifo

可以看到有Jay Zhang 吐出来。

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这样就模拟了串口，之后我们会用标准的android流程来完成can bus在android 设备上的开发。