初入android驱动之字符设备(三)

回想当初在大学玩51单片机的时候，实验室的老师第一个任务，就是设计一个基于51单片机的LED流水灯设计，并实现几种样式。第二个任务，就是设计一个基于51单片机的按键控制LED流水灯样式的设计。需要自己设计硬件图、画protel电路图，并设计出PCB，实现keil和proteus的联调，然后焊接电路板，实现其功能。那时候什么都不懂，秉这一股冲劲，各种百度、看书，那时候郭天祥的51单片机视频超火，所以那时候基本以他的书和视频学得，牛人，膜拜。

所以，这主要讲关于按键最简单的字符驱动，通过设置连接该引脚为输入，并读取其数据寄存器，来判断按键按下，然后在整体的讲述android的应用如何调用led和按键的字符设备，并实现简单的功能测试（按键按下，led亮，按键松开，led灭）。下一节，也是最后一节，主要讲字符设备中一些关于定时器、中断、竞争一些机制。废话有点多，进入主题：

1. 按键最简单的驱动程序：

<span style="font-size:14px;">#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <mach/gpio.h>
#include <linux/io.h>
#include <mach/hardware.h>
#include <linux/delay.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>

static struct class *buttondrv_class;
static struct device *buttondrv_class_dev;
int major;
volatile unsigned long *GPCCON;
volatile unsigned long *GPCDAT;

static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>button_drv_open\n");
	*GPCCON &= ~((0xf<<(2*4)) | (0xf<<(3*4)));
        *GPCCON |= (0<<(2*4) | (0<<(3*4)));
	return 0;
}

static int button_drv_read(struct file *filp, char __user *buf,
                                         size_t count, loff_t *offp)
{
	printk(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>button_drv_read\n");
	unsigned char k_val[2];
	int regval;
	regval = *GPCDAT;
	k_val[0] = (regval & (1<<2)) ? 1 : 0;
	k_val[1] = (regval & (1<<3)) ? 1 : 0;
	printk("keyvalue[0]=%02x keyvalue[1]=%02x \n",k_val[0],k_val[1]);
	copy_to_user(buf, k_val, sizeof(k_val));
	return sizeof(k_val);
}

static struct file_operations button_drv_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,
    .open   =   button_drv_open,
    .read	=	button_drv_read,
};

static int button_drv_init(void){
	printk(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>button_drv_init\n");
    GPCCON = (volatile unsigned long *)ioremap(0xE0200080, 8);
	GPCDAT= GPCCON + 1;
	if (!GPCCON) {
		return -EIO;
	}
	major = register_chrdev(0, "button_drv", &button_drv_fops);
	buttondrv_class = class_create(THIS_MODULE, "buttondrv");
	buttondrv_class_dev = device_create(buttondrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "button");
	return 0;
}

static void button_drv_exit(void){
	printk(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>button_drv_exit\n");
	unregister_chrdev(major, "button_drv");
	device_unregister(buttondrv_class_dev);
	class_destroy(buttondrv_class);
	iounmap(GPCCON);
}

module_init(button_drv_init);
module_exit(button_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");</span><span style="font-size:24px;">
</span>

关于demo的简单说明

按键这里有两个，一个接GPC12，GPC13，想想最早操作51单片机的时候，检测按键最简单的做好就是，把该引脚设为输入，然后读取该引脚的状态。这里S5PV210的字符设备，这里也先试试。

首先，用户或者上层APP，对于按键的功能需求，无非就是通过按下按键，读取按键的不同状态，从而去做某些事情。所以，按键，就是上报某种事件或者说是信息。当然，不同的按键类型，各自的功能也会有差别。这里所说的是最普通的按键。

1. ioremap：根据引脚映射其物理地址 2. 设置为输入：
*GPCCON &= ~((0xf<<(2*4)) | (0xf<<(3*4))); *GPCCON |= (0<<(2*4) | (0<<(3*4)));

3.在read函数中，读取该引脚DAT的值。regval = *GPCDAT;

k_val[0] = (regval & (1<<2)) ? 1 : 0;

k_val[1] = (regval & (1<<3)) ? 1 : 0;

2. jni共享库的编写

2.1 源码

Button_test.cpp

<span style="font-size:14px;">#define LOG_TAG "RfidSerialPort"
#include "utils/Log.h"
#include     <stdio.h>
#include     <stdlib.h>
#include     <unistd.h>
#include     <sys/types.h>
#include     <sys/stat.h>
#include     <fcntl.h>
#include     <termios.h>
#include     <errno.h>
#include     <string.h>
#include 	 <jni.h>
#include "button_test.h"
#include <ctype.h>

static int fd_led=-1;
static int fd_button=-1;

jint led_open(JNIEnv *env, jobject thiz)
{
	LOGE("led_open >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
	fd_led = open("/dev/led", O_RDWR);
	if (fd_led < 0)
	{
		LOGE("open fd_led	error: %s\n", strerror(errno));
 	 	return -1;
	}
	return 0;
}

jint led_close(JNIEnv *env, jobject thiz)
{
	close(fd_led);
	return 0;
}

jint led_set(JNIEnv *env, jobject thiz, jint state)
{
	if(state==1)
		write(fd_led,"1",1);
	else
		write(fd_led,"0",1);

	return 0;
}

jint button_open(JNIEnv *env, jobject thiz)
{
	LOGE("button_open >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
	fd_button = open("/dev/button", O_RDWR);
	if (fd_button < 0)
	{
		LOGE("open fd_button	error: %s\n", strerror(errno));
 	 	return -1;
	}
	return 0;
}

jint button_close(JNIEnv *env, jobject thiz)
{
	close(fd_button);
	return 0;
}

jint button_get(JNIEnv *env, jobject thiz, jbyteArray state)
{
	LOGE("button_get >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
	jbyte *jstate = env->GetByteArrayElements(state, NULL);
	int reply=-1;
	char value[2];
	memset(value,0,2);
	reply=read(fd_button,value,2);
	LOGE("value[0]=%02x value[1]=%02x ",value[0],value[1]);
	if(reply<0)
		return -1;
	memcpy(jstate,value,2);
	env->ReleaseByteArrayElements( state,  jstate, 0);
	return 0;
}

static JNINativeMethod gMethods[] = {
		{"led_open", "()I" , (void*)led_open},
		{"led_close", "()I" , (void*)led_close},
		{"led_set", "(I)I" , (void*)led_set},
		{"button_open", "()I" , (void*)button_open},
		{"button_close", "()I" , (void*)button_close},
		{"button_get", "([B)I" , (void*)button_get},

}; 

/*
 * Register several native methods for one class.
 */

 //notice
static const char *classPathName = "com/example/button_test/ButtonTest";

static int registerNatives(JNIEnv* env)
{
    jclass clazz;

    clazz = env->FindClass(classPathName);
    if (clazz == NULL) {
        LOGE("Native registration unable to find class '%s'", classPathName);
        return JNI_FALSE;
    }else{
    	LOGI("find class sucess");
    }
    if (env->RegisterNatives(clazz, gMethods, sizeof(gMethods)/sizeof(gMethods[0])) < 0) {
        LOGE("RegisterNatives failed for '%s'", classPathName);
        return JNI_FALSE;
    }

    return JNI_TRUE;
}

/*
 *
 **This is called by the VM when the shared library is first loaded.
 *
 */

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    jint result = -1;
    JNIEnv* env = NULL;

    LOGI("JNI_OnLoad");

    if (vm->GetEnv((void **)&env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        LOGE("ERROR: GetEnv failed");
        goto bail;
    }

    if (registerNatives(env) != JNI_TRUE) {
        LOGE("ERROR: registerNatives failed");
        goto bail;
    }

    result = JNI_VERSION_1_4;

bail:
    return result;
}</span><span style="font-size:18px;">
</span>

Button_test.h

<span style="font-size:14px;">#include <jni.h>
#ifndef _Included_button_test
#define _Included_button_test

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
jint led_open(JNIEnv *env, jobject thiz);
jint led_close(JNIEnv *env, jobject thiz);
jint led_set(JNIEnv *env, jobject thiz,int stat);
jint button_open(JNIEnv *env, jobject thiz);
jint button_close(JNIEnv *env, jobject thiz);
jint button_get(JNIEnv *env, jobject thiz,jbyteArray state);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif</span><span style="font-size:18px;">
</span>

Android.mk

<span style="font-size:14px;">LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE_TAGS := eng
LOCAL_SRC_FILES:= 		button_test.cpp
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := 	libutils 	libhardware 	libdl
LOCAL_C_INCLUDES +=        		 $(JNI_H_INCLUDE)
LOCAL_MODULE:= libButtonTest
LOCAL_PRELINK_MODULE := false
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)</span>

2.2 源码简单的分析

先回想一下之前测试led的程序，可知道，led主要调用三个方法，open、write、close，同button也为三个，open、read、close。

现在知道native需要给上层app提供6个方法，那怎么去实现了？

这里需要知道jni（java native interface），想详细了解其机制，可看《深入理解android卷》第二章（若需要一些资料，可以留言）。这里主要是如何去做，具体的原理性东西，需要你事后去学习。简单来说，jni就是在native（c、c++）和java之间的一座桥梁。同时，用时一定要注意代码的严谨性，容易出错。jni有静态注册和动态注册的两种方式，这里用的是动态注册。

button_test.cpp

首先从后面看起：

JNI_OnLoad：动态注册才用到，在java 调用system.loadlibrary方法时，就会调用JNI_OnLoad,在这个函数里面，主要调用registerNatives方法。

registerNatives：1. clazz = env->FindClass(classPathName) 这个是关联native和java的class，很主要，路径错误的话，在java加载so之后，会出现找不到native方法的错误。

2. env->RegisterNatives(clazz, gMethods, sizeof(gMethods)/sizeof(gMethods[0])) < 0 这个主要是注册函数的关联关系，可以连接为建立了一直从native方法到java class方法的一直双向映射。

JNINativeMethod：这个就是方法映射表，这里得注意参数和返回值的签名信息。看到这，基本的框架已经出来了。

button_test.h

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

#ifdef __cplusplus

}

#endif

这里因为是c++的代码，所以考虑到与C的兼容问题，故加上这一部分。

Android.mk

上一部分已经介绍过了，这里 include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)，就是把模块编译成动态共享库。

那么，你在android环境下或者ndk下编译，会生成libButtonTest.so.

3 APP的编写

这里主要有两部分，一部分导入native函数，一部分调用native方法。

ButtonTest.java

package com.example.button_test;

import android.content.Context;
import android.util.Log;

public class ButtonTest
 {
	static{
	 	System.loadLibrary("ButtonTest");
	}
	public native int led_open();
	public native int led_close();
	public native int led_set(int state);
	public native int button_open();
	public native int button_close();
	public native int button_get(byte state[]);
}

这里System.loadLibrary("ButtonTest")，不需要写成libButtonTest.so。下面那些就是映射表里面的native函数，注意参数、返回值的一致。

package com.example.button_test；与jni中的static const char *classPathName = "com/example/button_test/ButtonTest" 一致。

MainActivity.java

package com.example.button_test;

import android.support.v7.app.ActionBarActivity;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import android.view.Menu;
import android.view.MenuItem;
import com.example.button_test.ButtonTest;

public class MainActivity extends ActionBarActivity {
	ButtonTest Test=new ButtonTest(); // notice
	byte state[]={0,0};
	int flag=1;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        Test.led_open();
        Test.button_open();

        for(;;)
        {
        	Test.button_get(state);
        	if(state[1] == 1 || state[0] == 1)
        	{
        			Test.led_set(1);
        			flag++;
            		if(flag>20)
            			break;
        	}
        	else
        	{
        		Test.led_set(0);
        		flag++;
        		if(flag>20)
        			break;
        	}
        	try {
        		Thread.sleep(500);
        			} catch (InterruptedException e) {
        					e.printStackTrace();
        				}
        	}
        Test.button_close();
        Test.led_close();
    }

    @Override
    public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
        // Inflate the menu; this adds items to the action bar if it is present.
        getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
        return true;
    }

    @Override
    public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
        // Handle action bar item clicks here. The action bar will
        // automatically handle clicks on the Home/Up button, so long
        // as you specify a parent activity in AndroidManifest.xml.
        int id = item.getItemId();
        if (id == R.id.action_settings) {
            return true;
        }
        return super.onOptionsItemSelected(item);
    }

}

这里需要对eclipse的了解，如何新建一个android的项目。

1.import com.example.button_test.ButtonTest; 这里导入ButtonTest到本地

2.ButtonTest Test=new ButtonTest(); 定义一个ButtonTest的class。

3. 在函数中调用native方法即可。

备注：这整个过程中，不可能一次性写好，这里主要用到打印的调试手段，对于一些比较难解决的问题，可能就需要借助一些工具。整个流程：

1.把两个驱动编号，把ko push到android设备中，insmod加载两个驱动，并更改其设备节点的权限，chmod 777 /dev/led && chmod 777 dev/button ，不然jni中的open方法，会打开失败。

2.编写jni库。把生成的so库push到system/lib下，当然，你也可以放在你eclipse的项目libs/armeabi/下，一般建议放在工程项目下。

3.编写应用程序。运行应用程序，可以看出，按下按键灯亮，松开灯灭。

时间： 2024-08-28 12:58:13

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