從java層到framework到JNI到HAL到kernel的hello 例子

轉載自 http://blog.csdn.net/Luoshengyang/article/category/838604/3   在智能手機時代，每個品牌的手機都有自己的個性特點。正是依靠這種與眾不同的個性來吸引使用者，營造品牌凝聚力和使用者忠城度，典型的代表非iphone莫屬了。 據統計，截止2011年5月，AppStore的應用軟體數量達381062個，位居第一，而Android Market的應用軟體數量達294738，緊隨AppStore後面，並有望在8月份越過AppStore。隨著Android系統逐步擴大市場佔有率，終端裝置的多樣性亟需更多的移動開發人員的參與。 據業內統計，Android研發人才缺口至少30萬。目前，對Android人才需求一類是偏向硬體驅動的Android人才需求，一類是偏向軟體應用的Android人才需求。總的來說，對有志於從事Android硬體驅動的開發工程師來說，現在是一個大展拳腳的機會。那麼，就讓我們一起來看看如何為Android系統編寫核心驅動程式吧。

        這裡，我們不會為真實的硬體裝置編寫核心驅動程式。為了方便描述為Android系統編寫核心驅動程式的過程，我們使用一個虛擬硬體裝置，這個裝置只有一個4位元組的寄存器，它可讀可寫。想起我們第一次學習程式語言時，都喜歡用“Hello, World”作為例子，這裡，我們就把這個虛擬裝置命名為“hello”，而這個核心驅動程式也命名為hello驅動程式。其實，Android核心驅動程式和一般Linux核心驅動程式的編寫方法是一樣的，都是以Linux模組的形式實現的，具體可參考前面Android學習啟動篇一文中提到的Linux Device Drivers一書。不過，這裡我們還是從Android系統的角度來描述Android核心驅動程式的編寫和編譯過程。

       一. 參照前面兩篇文章在Ubuntu上下載、編譯和安裝Android最新原始碼和在Ubuntu上下載、編譯和安裝Android最新核心原始碼（Linux Kernel）準備好Android核心驅動程式開發環境。

       二. 進入到kernel/common/drivers目錄，建立hello目錄：

       USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ cd kernel/common/drivers

       USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common/drivers$ mkdir hello

       三. 在hello目錄中增加hello.h檔案：

[cpp] view plain copy print ? #ifndef _HELLO_ANDROID_H_   #define _HELLO_ANDROID_H_      #include <linux/cdev.h>   #include <linux/semaphore.h>      #define HELLO_DEVICE_NODE_NAME  "hello"   #define HELLO_DEVICE_FILE_NAME  "hello"   #define HELLO_DEVICE_PROC_NAME  "hello"   #define HELLO_DEVICE_CLASS_NAME "hello"      struct hello_android_dev {       int val;       struct semaphore sem;       struct cdev dev;   };      #endif   #ifndef _HELLO_ANDROID_H_ #define _HELLO_ANDROID_H_ #include <linux/cdev.h> #include <linux/semaphore.h> #define HELLO_DEVICE_NODE_NAME "hello" #define HELLO_DEVICE_FILE_NAME "hello" #define HELLO_DEVICE_PROC_NAME "hello" #define HELLO_DEVICE_CLASS_NAME "hello" struct hello_android_dev { int val; struct semaphore sem; struct cdev dev; }; #endif

   這個標頭檔定義了一些字串常量宏，在後面我們要用到。此外，還定義了一個字元裝置結構體hello_android_dev，這個就是我們虛擬硬體裝置了，val成員變數就代表裝置裡面的寄存器，它的類型為int，sem成員變數是一個訊號量，是用同步訪問寄存器val的，dev成員變數是一個內嵌的字元裝置，這個Linux驅動程式自訂字元裝置結構體的標準方法。

   四.在hello目錄中增加hello.c檔案，這是驅動程式的實現部分。驅動程式的功能主要是向上層提供訪問裝置的寄存器的值，包括讀和寫。這裡，提供了三種訪問裝置寄存器的方法，一是通過proc檔案系統來訪問，二是通過傳統的裝置檔案的方法來訪問，三是通過devfs檔案系統來訪問。下面分段描述該驅動程式的實現。

   首先是包含必要的標頭檔和定義三種訪問裝置的方法：

[cpp] view plain copy print ? #include <linux/init.h>   #include <linux/module.h>   #include <linux/types.h>   #include <linux/fs.h>   #include <linux/proc_fs.h>   #include <linux/device.h>   #include <asm/uaccess.h>      #include "hello.h"      /*主裝置和從裝置號變數*/   static int hello_major = 0;   static int hello_minor = 0;      /*裝置類別和裝置變數*/   static struct class* hello_class = NULL;   static struct hello_android_dev* hello_dev = NULL;      /*傳統的裝置檔案操作方法*/   static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp);   static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp);   static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);   static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);      /*裝置檔案操作方法表*/   static struct file_operations hello_fops = {       .owner = THIS_MODULE,       .open = hello_open,       .release = hello_release,       .read = hello_read,       .write = hello_write,    };      /*訪問設定屬性方法*/   static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr,  char* buf);   static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count);      /*定義裝置屬性*/   static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO | S_IWUSR, hello_val_show, hello_val_store);   #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/types.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/proc_fs.h> #include <linux/device.h> #include <asm/uaccess.h> #include "hello.h" /*主裝置和從裝置號變數*/ static int hello_major = 0; static int hello_minor = 0; /*裝置類別和裝置變數*/ static struct class* hello_class = NULL; static struct hello_android_dev* hello_dev = NULL; /*傳統的裝置檔案操作方法*/ static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp); static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp); static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos); static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos); /*裝置檔案操作方法表*/ static struct file_operations hello_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = hello_open, .release = hello_release, .read = hello_read, .write = hello_write, }; /*訪問設定屬性方法*/ static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf); static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count); /*定義裝置屬性*/ static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO | S_IWUSR, hello_val_show, hello_val_store);

        定義傳統的裝置檔案存取方法，主要是定義hello_open、hello_release、hello_read和hello_write這四個開啟、釋放、讀和寫裝置檔案的方法：

[cpp] view plain copy print ? /*開啟裝置方法*/   static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp) {       struct hello_android_dev* dev;                      /*將自訂裝置結構體儲存在檔案指標的私人資料域中，以便訪問裝置時拿來用*/       dev = container_of(inode->i_cdev, struct hello_android_dev, dev);       filp->private_data = dev;              return 0;   }      /*裝置檔案釋放時調用，空實現*/   static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp) {       return 0;   }      /*讀取裝置的寄存器val的值*/   static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) {       ssize_t err = 0;       struct hello_android_dev* dev = filp->private_data;                  /*同步訪問*/       if(down_interruptible(&(dev->sem))) {           return -ERESTARTSYS;       }          if(count < sizeof(dev->val)) {           goto out;       }                  /*將寄存器val的值拷貝到使用者提供的緩衝區*/       if(copy_to_user(buf, &(dev->val), sizeof(dev->val))) {           err = -EFAULT;           goto out;       }          err = sizeof(dev->val);      out:       up(&(dev->sem));       return err;   }      /*寫裝置的寄存器值val*/   static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) {       struct hello_android_dev* dev = filp->private_data;       ssize_t err = 0;                  /*同步訪問*/       if(down_interruptible(&(dev->sem))) {           return -ERESTARTSYS;               }                  if(count != sizeof(dev->val)) {           goto out;               }                  /*將使用者提供的緩衝區的值寫到裝置寄存器去*/       if(copy_from_user(&(dev->val), buf, count)) {           err = -EFAULT;           goto out;       }          err = sizeof(dev->val);      out:       up(&(dev->sem));       return err;   }   /*開啟裝置方法*/ static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp) { struct hello_android_dev* dev; /*將自訂裝置結構體儲存在檔案指標的私人資料域中，以便訪問裝置時拿來用*/ dev = container_of(inode->i_cdev, struct hello_android_dev, dev); filp->private_data = dev; return 0; } /*裝置檔案釋放時調用，空實現*/ static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp) { return 0; } /*讀取裝置的寄存器val的值*/ static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) { ssize_t err = 0; struct hello_android_dev* dev = filp->private_data; /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } if(count < sizeof(dev->val)) { goto out; } /*將寄存器val的值拷貝到使用者提供的緩衝區*/ if(copy_to_user(buf, &(dev->val), sizeof(dev->val))) { err = -EFAULT; goto out; } err = sizeof(dev->val); out: up(&(dev->sem)); return err; } /*寫裝置的寄存器值val*/ static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) { struct hello_android_dev* dev = filp->private_data; ssize_t err = 0; /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } if(count != sizeof(dev->val)) { goto out; } /*將使用者提供的緩衝區的值寫到裝置寄存器去*/ if(copy_from_user(&(dev->val), buf, count)) { err = -EFAULT; goto out; } err = sizeof(dev->val); out: up(&(dev->sem)); return err; }

        定義通過devfs檔案系統存取方法，這裡把裝置的寄存器val看成是裝置的一個屬性，通過讀寫這個屬性來對裝置進行訪問，主要是實現hello_val_show和hello_val_store兩個方法，同時定義了兩個內部使用的訪問val值的方法__hello_get_val和__hello_set_val：

[cpp] view plain copy print ? /*讀取寄存器val的值到緩衝區buf中，內部使用*/   static ssize_t __hello_get_val(struct hello_android_dev* dev, char* buf) {       int val = 0;                  /*同步訪問*/       if(down_interruptible(&(dev->sem))) {                           return -ERESTARTSYS;               }                  val = dev->val;               up(&(dev->sem));                  return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%d\n", val);   }      /*把緩衝區buf的值寫到裝置寄存器val中去，內部使用*/   static ssize_t __hello_set_val(struct hello_android_dev* dev, const char* buf, size_t count) {       int val = 0;                  /*將字串轉換成數字*/               val = simple_strtol(buf, NULL, 10);                  /*同步訪問*/               if(down_interruptible(&(dev->sem))) {            &n