LED硬件访问服务(1)——AS App编写

一、Android Studio应用编程

1.应用程序界面layout对应的界面是activity_main.xml，后台对应的java文件是MainActivity.java，修改activity_main.xml来修改UI显示效果，
点击UI上的控件的事件处理由MainActivity.java完成，一般放在onCreate()函数内。

2.当拖动修改界面的时候，对应的activity_main.xml会被自动修改。layout上面的控件的排布应该由layout的属性来决定。

3.视频上使用的AS的模拟器是Nexus 5，我Tiny4412上使用的Nexus One模拟器。

4.System.loadLibrary("hardcontrol"); 这个库应该放在开发板上的/vendor/lib或/system/lib下，也可以将这个库打包进应用程序里面。

5.修改这个xml文件后编译一下工程，可能会使AS根据xml文件生成一些java源代码。

6.比如下面编译报错Toast找不到，然后在Toast上弹出提示是不是XXX, 按Ctrl+enter即可确认，然后就可以编译成功了。
Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED2 on",Toast.LENGTH_SHORT).show();

7.其实这个App可以在手机上运行，前提是手机开启了调试模式，而且Android版本要超过4.0，因为在建立此工程时指定了最小SDK版本号为4.0。

二、使用到的工程文件和更改

1.activity_main.xml注释

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
//默认是android.support.constraint.ConstraintLayout，居中排列，改为LinearLayout后控件线性排列
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" 
    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"
    android:orientation="vertical"  //添加它后由之前的控件水平排列变为垂直排列
    tools:context=".MainActivity">

    <TextView //首字母大写就表示它是一个类对象。Ctrl+单击:到这个类定义的位置处，Ctrl+h:查看这个类的继承关系。
        android:layout_width="wrap_content"  //表示显示信息的宽度，"wrap_content"表示宽度取决于其内容
        android:layout_height="wrap_content" //其高度也是由其内容决定
        android:text="SunFaliang coming!"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

    /* 下面是手动添加的部分 */
    <Button //双击“Button”，然后按下Shift+Fn+F1会在浏览器中打开Button的使用帮助文档，可根据帮助文档编写Button事件的处理函数。
        android:id="@+id/BUTTON"  //给Button控件添加一个id,此后，MainActivity.java中就可以通过findViewById(R.id.BUTTON)来attach这个Button。
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="ALL ON"/>  //这个Button上默认显示的内容

    <CheckBox  //输入"<",然后tab键，系统帮我们补全了宽度和高度的代码
        android:id="@+id/LED1"
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="LED1"
        android:onClick="onCheckboxClicked"/>

    <CheckBox
        android:id="@+id/LED2"
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="LED2"
        android:onClick="onCheckboxClicked"/>

    <CheckBox
        android:id="@+id/LED3"
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="LED3"
        android:onClick="onCheckboxClicked"/>

    <CheckBox
        android:id="@+id/LED4"
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="LED4"
        android:onClick="onCheckboxClicked"/>
</LinearLayout>

2.MainActivity.java注释

/* 这个包的位置是AS自动生成的 */
package com.example.mm.app_0001_led_demo;

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;
import com.example.mm.hardLibrary.*;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private boolean ledon = false;
    /*双击Button，Shift+Fn+F1可以在浏览器中打开其帮助文档*/
    private Button button = null;

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

    class MyButtonListener implements View.OnClickListener { //OnClickListener is a inner interface of View

        /* Ctrl + i 是复写快捷键，按下后复写哪个函数直接点击提示即可 */
        @Override
        public void onClick(View v) {
            ledon = !ledon;
            if (ledon) {
                button.setText("ALL OFF");
                checkBoxLed1.setChecked(true);
                checkBoxLed2.setChecked(true);
                checkBoxLed3.setChecked(true);
                checkBoxLed4.setChecked(true);
                for (int i = 0; i < 4; i++) {
                    HardControl.ledCtrl(i, 1);
                }
            } else {
                button.setText("ALL ON");
                checkBoxLed1.setChecked(false);
                checkBoxLed2.setChecked(false);
                checkBoxLed3.setChecked(false);
                checkBoxLed4.setChecked(false);
                for (int i = 0; i < 4; i++) {
                    HardControl.ledCtrl(i, 0);
                }
            }
        }
    }

    public void onCheckboxClicked(View view) {
        // Is the view now checked?
        boolean checked = ((CheckBox) view).isChecked();

        // Check which checkbox was clicked
        switch(view.getId()) {
            case R.id.LED1:
                if (checked) {
                    HardControl.ledCtrl(1, 1);
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED1 on", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                } else {
                    HardControl.ledCtrl(1, 0);
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED1 off", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
                break;
            case R.id.LED2:
                if (checked) {
                    HardControl.ledCtrl(2, 1);
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED2 on", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                } else {
                    HardControl.ledCtrl(2, 0);
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED2 off", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
                break;
            case R.id.LED3:
                if (checked) {
                    HardControl.ledCtrl(3, 1);
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED3 on", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                } else {
                    HardControl.ledCtrl(3, 0);
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED3 off",Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
                break;
            case R.id.LED4:
                if (checked) {
                    HardControl.ledCtrl(4, 1);
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED4 on", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                } else {
                    HardControl.ledCtrl(4, 0);
                    Toast.makeText(getApplicationContext(), "LED4 off", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
                break;
        }
    }

    /*onCreate是方法的入口，我们所有的操作都在这里面做*/
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        /*打开驱动设备节点*/
        HardControl.ledOpen();

        /* 
         * 光标定位到()中后，Ctrl+Shift+Space自动填充Button实现强制类型转换。
         * 这里使用了findViewById()，在main_activity.xml中就需要给Button控件指定一个id.
         * 双击BUTTON，按Ctrl+b会跳转到main_activity.xml文件中定义的地方
         * 双击BUTTON，按Alt+Fn+F7可以打开其引用的地方。我这里没有跳出来R.java，但是老师的跳出来了。
         * 光标定位在()中，Ctrl+Shift+Space键自动补上括号中的Button
         */
        button = (Button) findViewById(R.id.BUTTON);
        /* 找到这个Button并设置其监听器，此后按下Button后会触发上面的onClick()被调用 */
        button.setOnClickListener(new MyButtonListener());

        /* 光标定位在()中间，Ctrl+shift+Space会自动填充强制类型转换*/
        checkBoxLed1 = (CheckBox) findViewById(R.id.LED1);
        checkBoxLed2 = (CheckBox) findViewById(R.id.LED2);
        checkBoxLed3 = (CheckBox) findViewById(R.id.LED3);
        checkBoxLed4 = (CheckBox) findViewById(R.id.LED4);

        /*
        // OnClickListener是View类的内部类，而且是一个接口，这里定义了一个匿名类，
        // 看起来很别扭，改为上面的操作了。
        button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            public void onClick(View v) {
                // Code here executes on main thread after user presses button
                ledon = !ledon;
                if (ledon) {
                    button.setText("ALL OFF");
                } else {
                    button.setText("ALL ON");
                }
            }
        });
        */
    }
}

3.HardControl.java

/* 参考MainActivity.java， HardControl.java存放在目录com/example/mm/hardLibrary下的，所以包名是这个 */
package com.example.mm.hardLibrary;

public class HardControl {
    /* 指定与驱动通过的JNI函数 */
    public static native int ledCtrl(int which, int status);
    public static native int ledOpen();
    public static native void ledClose();

    static {
        try {
            /*选中这一行，Ctrl+Alt+t自动补全catch异常的代码*/
            System.loadLibrary("hardcontrol");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

三、JNI库实现

1.hardcontrol.c实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <jni.h>
#include <android/log.h> /*liblog*/

jint g_fd;

/*可以先使用java -jni <class文件>来查看这些native函数的函数签名*/
jint led_open(JNIEnv *env, jclass cls) {
    g_fd = open("/dev/leds", O_RDWR);
    if (g_fd < 0) {
        /*Android liblog中的打印函数，它可以在AS和串口上打印出来，不能使用printf(),它无法打印出来*/
        __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "LEDDemo", "led_open failed!");
        return -1;
    }
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "LEDDemo", "led_open called");
    return 0;
}


jint led_ctrl(JNIEnv * env, jclass cls, jint which, jint status) {
    jint ret;
    /*这里status和which是反的，为了使用tiny4412_led.c这个驱动*/
    ret = ioctl(g_fd, status, which);
    if (ret != 0) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "LEDDemo", "led_ctrl failed!: which=%d, status=%d", which, status);
        return -1;
    }
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "LEDDemo", "led_ctrl called: which=%d, status=%d", which, status);
    return 0;
}

void led_close(JNIEnv *env, jclass cls) {
    close(g_fd);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "LEDDemo", "led_close called!");
}


#define ARRAY_SIZE(x) (sizeof(x) / sizeof((x)[0]))

static const JNINativeMethod methods[] = {
    {"ledOpen", "()I", (void *)led_open},
    {"ledCtrl", "(II)I", (void *)led_ctrl},
    {"ledClose", "()V", (void *)led_close},
};


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

    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void **)&env, JNI_VERSION_1_4)) {
        return JNI_ERR; /* JNI version not supported */
    }

    /*注意这里是包名(定义这些native函数的文件路径名)*/
    cls = (*env)->FindClass(env, "com/example/mm/hardLibrary/HardControl");
    if (cls == NULL) {
        return JNI_ERR;
    }

    if ((*env)->RegisterNatives(env, cls, methods, ARRAY_SIZE(methods)) < 0)
        return JNI_ERR;

    return JNI_VERSION_1_4;
}

2.将编译出来的libhardcontrol.so放到apk包中的方法：
(1)编译.so文件的时候需要额外加上-nostdlib选项。
加这个选项的目录是要.so文件不要使用标准的libc.so.6库，而是使用我们指定的C库libc.so。因为tiny4412开发板上没有libc.so.6这个库文件，只有libc.so这个文件.
$ arm-linux-gcc -shared -fPIC hardcontrol.c -o libhardcontrol.so -I /usr/lib/jvm/java-1.7.0-openjdk-amd64/include/ -nostdlib /media/ubuntu/works/tiny4412/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-18/arch-arm/usr/lib/libc.so

(2)在app/libs目录下建立armeabi子目录，放入.so文件。

(3)修改Module:app的build.gradle，在顶层defaultConfig下加：

sourceSets {
    main {
        jniLibs.srcDirs = ['libs']  表示so文件是放在这个libs目录下面
    }
}

注意修改了gradle文件之后必须点击工具栏sync一下，否则libs文件夹根本不会编译静apk文件中，可以使用2345好压打开apk文件进行查看。

3.不能在hardcontrol.so文件中直接是使用printf(),printf()的打印我们是看不见的。需要使用Android提供的liblog库进行打印，它可以在串口终端也可以在AS的logcat窗口打印出来。

#include <android/log.h> /*liblog*/
__android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "JNIDemo", "xxxxx");

如下可以编译成功：
$ arm-linux-gcc -shared -fPIC hardcontrol.c -o libhardcontrol.so -I /usr/lib/jvm/java-1.7.0-openjdk-amd64/include/ -I /media/ubuntu/works/tiny4412/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-19/arch-arm/usr/include -nostdlib /media/ubuntu/works/tiny4412/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-18/arch-arm/usr/lib/libc.so

但是执行时报错：找不到__android_log_print，所以还需要添加一个库：
在prebuilts目录下查找liblog.so,然后拷贝和头文件对应的loblog.so，链接的时候要链接到它，改为：
$ arm-linux-gcc -shared -fPIC hardcontrol.c -o libhardcontrol.so -I /usr/lib/jvm/java-1.7.0-openjdk-amd64/include/ -I /media/ubuntu/works/tiny4412/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-19/arch-arm/usr/include -nostdlib /media/ubuntu/works/tiny4412/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-18/arch-arm/usr/lib/libc.so /media/ubuntu/works/tiny4412/android-5.0.2/prebuilts/ndk/9/platforms/android-19/arch-arm/usr/lib/liblog.so

====>使用arm-linux-gcc可以直接链接成功Android工程编译出来的库！
====>编译时加了-nostdlib，运行时再找不到符号，不一定就是开发板上没有这个库了，可能编译时根本就没有链接这个库。

4.驱动中的class_create()和device_create()的作用是在/sys目录下创建一些文件，然后udev机制根据这些文件创建设备节点。

四、驱动

驱动使用的是tiny4412_leds.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/delay.h>

#include <linux/gpio.h>
#include <mach/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>


#define DEVICE_NAME "leds"

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

#define LED_NUM        ARRAY_SIZE(led_gpios)


/*要使用这个驱动就需要将cmd和arg的值在JNI层互换*/
static long tiny4412_leds_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd,
        unsigned long arg)
{
    switch(cmd) {
        case 0:
        case 1:
            if (arg > LED_NUM) {
                return -EINVAL;
            }

            gpio_set_value(led_gpios[arg], !cmd);
            //printk(DEVICE_NAME": %d %d
", arg, cmd);
            break;

        default:
            return -EINVAL;
    }

    return 0;
}

static struct file_operations tiny4412_led_dev_fops = {
    .owner            = THIS_MODULE,
    .unlocked_ioctl    = tiny4412_leds_ioctl, /*没有提供open和close指针也是可以使用的*/
};

static struct miscdevice tiny4412_led_dev = {
    .minor            = MISC_DYNAMIC_MINOR,
    .name            = DEVICE_NAME,
    .fops            = &tiny4412_led_dev_fops,
};

static int __init tiny4412_led_dev_init(void) {
    int ret;
    int i;

    for (i = 0; i < LED_NUM; i++) {
        ret = gpio_request(led_gpios[i], "LED");
        if (ret) {
            printk("%s: request GPIO %d for LED failed, ret = %d
", DEVICE_NAME,
                    led_gpios[i], ret);
            return ret;
        }

        s3c_gpio_cfgpin(led_gpios[i], S3C_GPIO_OUTPUT);
        gpio_set_value(led_gpios[i], 1);
    }

    ret = misc_register(&tiny4412_led_dev);

    printk(DEVICE_NAME"	initialized
"); /*启动时打印了这个，说明它注册的驱动*/

    return ret;
}

static void __exit tiny4412_led_dev_exit(void) {
    int i;

    for (i = 0; i < LED_NUM; i++) {
        gpio_free(led_gpios[i]);
    }

    misc_deregister(&tiny4412_led_dev); /*这个应该放在前面*/
}

module_init(tiny4412_led_dev_init);
module_exit(tiny4412_led_dev_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("FriendlyARM Inc.");