深入解析Android驱动框架：全面介绍与应用指南

在现行的软件开发行业里，将C/C++代码嵌入框架，直接操作Linux底层驱动，并向应用层提供JNI接口，这既是技术上的难题，又极具实用性。这样做对于确保代码安全、增强软件性能等方面至关重要，同时其中涉及的技术细节也颇多，值得进一步深入研究。

C/C++与Java在代码保护和操作方面的差异

C/C++和Java在软件开发领域各有特点。Java相对容易遭到逆向工程，而C/C++库则更难被反汇编。比如，在文件操作上，Java可能找不到对应的API，而C/C++在这方面则可能更有优势。特别是在处理硬件底层文件操作时，C/C++能更直接地展现其能力。因此，在需要编写安全性要求高的底层代码，如与Linux驱动交互的代码时，C/C++显得更为合适。这也解释了为何在某些情况下，我们会选择使用C/C++来调用底层驱动。

#include#include#include#include#include#include#include#includestatic struct cdev dev;
static dev_t dev_num;
#define GPM4CON 0x110002E0
#define GPM4DAT 0X110002E4
#define LED_ON _IOW('G',0,int)
#define LED_OFF _IOW('G',1,int)
static unsigned int *led_con = NULL;
static unsigned int *led_dat = NULL;
static struct class *led_class = NULL;
static long led_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
		switch(cmd)
		{
				case LED_ON:
				{
						writel(readl(led_dat)& ~(0x1<<arg), led_dat);
						break;		
				}
					
				case LED_OFF:
				{
						writel(readl(led_dat)| (0x1<<arg), led_dat);
						break;		
				}
					
				default:
				{
						return -EINVAL;		
						break;
				}
			
		}
	
		return 0;
}
static struct file_operations led_fops = {
		.owner = THIS_MODULE,
		.unlocked_ioctl = led_ioctl,
};
static void hw_init()//GPM4_0-3
{
			//1.2.1 映射地址
			led_con = ioremap(GPM4CON,4);
			led_dat = ioremap(GPM4DAT,4);
			
			//1.2.2 设置为输出状态
			writel((readl(led_con)& ~0xffff) | 0x1111, led_con);
			
			//1.2.3 设置为高电平
			writel(readl(led_dat)|0xf, led_dat);
	
}
static int led_init()
{
	  //1.1 cdev字符设备初始化
		//1.1.1 分配cdev结构(静态分配) 
		
		//1.1.2 初始化cdev结构
		alloc_chrdev_region(&dev_num,0,1,"callon_led");
		cdev_init(&dev, &led_fops);
		dev.owner = THIS_MODULE;
		
		//1.1.3 注册cdev结构 
		cdev_add(&dev,dev_num,1);
		
		//1.2 硬件初始化
		hw_init();
		
		//1.3 创建设备文件
		//1.3.1 创建类
		led_class = class_create(THIS_MODULE,"callon_led");
		
		//1.3.2 创建设备
		device_create(led_class,NULL,dev_num,NULL,"%s","callon_led");
		
		printk("init led device is OK!n");
		return 0;
}
static void led_exit()
{
		device_destroy(led_class,dev_num);
		class_destroy(led_class);
	
		iounmap(led_dat);
		iounmap(led_con);
		
		cdev_del(&dev);
		unregister_chrdev_region(dev_num,1);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);

从实际开发来看，各种编程语言的特点影响了代码的安全性。若需开发安全性极高的应用，C/C++可能是更佳之选。然而，若更看重开发效率和跨平台能力，Java则有其独特优势。如何在C/C++和Java之间取得平衡，并实现功能的融合，正是我们面临的一大难题。

Linux驱动编写与上层访问逻辑

要让上层应用能够使用LED资源，首先得开发一个Linux驱动。其中，部分代码在内核中是公开的，而另一部分则在框架内部。编写驱动程序是整个流程中的核心，它必须精确地规定与底层硬件的交互方式。在构建驱动代码结构时，如何进行分层、如何设定接口等问题，都需要细致规划。

package com.led.ndk.example.callon.ndk_led;
import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.view.View;
import android.widget.CheckBox;
public class MainActivity extends Activity {
    private CheckBox[] Led = new CheckBox[4];
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        Led[0] = (CheckBox)findViewById(R.id.checkbox_led1);
        Led[1] = (CheckBox)findViewById(R.id.checkbox_led2);
        Led[2] = (CheckBox)findViewById(R.id.checkbox_led3);
        Led[3] = (CheckBox)findViewById(R.id.checkbox_led4);
    }
    private void SendCmd(View view)
    {
        for(int i =1; i<5; i++)
        {
            if(Led[i].isChecked())
            {
                cmdLeds(1, i);
            }
            else
            {
                cmdLeds(0, i);
            }
        }
    }
    public native void cmdLeds(int cmd, int arg);
    
}

在具体开发过程中，以某个特定的硬件开发板为例，开发者需根据其硬件特性来编写和调整驱动程序。若是在科技公司的研究部门，他们通常会在公司办公场所进行这些工作。参与的人员主要是开发者本人，同时，在编写驱动时，还需考虑硬件资源的状态参数等数据。

javah -d jni -classpath /opt/AndroidSDK/platforms/android-23/android.jar:/home/callon/Downloads/callon_ndk_led/ndk_led/app/build/intermediates/classes/debug/ com.led.ndk.example.callon.ndk_led.MainActivity

利用NDK开发C/C++动态库

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_led_ndk_example_callon_ndk_1led_MainActivity_cmdLeds
  (JNIEnv *, jobject, jint, jint);

NDK为开发者提供了多种工具，旨在加速C/C++动态库的开发进程。同时，它还能将.so动态库与Java代码集成，生成APK文件。这一功能显著提升了开发速度。举例来说，在一个小型项目中，开发者能够借助NDK迅速搭建C/C++动态库的架构，随后转入代码编写阶段。

开发人员需遵照NDK规范调整各项设置，比如在设定不同平台编译选项时需格外留心。开发场所这一条件同样关键，不同的开发环境可能使NDK工具应用出现细微差异，故开发人员需细致操作。

#include "com_led_ndk_example_callon_ndk_led_MainActivity.h"
#include#include#include#include#include#include#include#define LED_ON _IOW('G',0,int)
#define LED_OFF _IOW('G',1,int)
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_led_ndk_example_callon_ndk_1led_MainActivity_cmdLeds
  (JNIEnv * env, jobject thiz, jint cmd, jint arg)
{
		int fd;
		int temp_cmd;
		fd = open("/dev/callon_led",O_WRONLY);
		
		if(cmd == 1)
			temp_cmd = LED_ON;
		else
			temp_cmd = LED_OFF;
			
		ioctl(fd, temp_cmd, arg);
		close(fd);
		  	
}

通过Javah产生头文件及后续源文件编写

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := callon_ndk_led
LOCAL_SRC_FILES := ndk_led.c
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

要使用Javah命令自动生成头文件，首先得写一个不太完善的app程序，只需定义所需的接口即可。但程序必须准确无误，才能生成正确的头文件。操作步骤是：使用“javah-djni-你的sdk目录//你的平台名/.jar:你的应用程序/app/build///debug/你的包名.主类名”这样的命令。

生成jni文件夹并包含.h头文件后，需根据头文件中的方法名称编写源代码。此类源代码通常涉及对内核驱动文件的操控。在此过程中，开发者可能面临诸多问题，例如对命令参数的误解。若出现错误，需反复核对代码及操作步骤。

callon@ubuntu:~/Downloads/callon_ndk_led/jni$ ls
Android.mk  com_led_ndk_example_callon_ndk_led_MainActivity.h  ndk_led.c
callon@ubuntu:~/Downloads/callon_ndk_led/jni$ cd ..
callon@ubuntu:~/Downloads/callon_ndk_led$ ndk-build 
[armeabi] Compile thumb  : callon_ndk_led  libs/armeabi/libcallon_ndk_led.so
callon@ubuntu:~/Downloads/callon_ndk_led$

相关文件的构建与编译过程

static
    {
        System.loadLibrary("callon_ndk_led");
    }

编写完源文件和.mk文件后，jni文件夹中便出现了三个核心文件。离开jni文件夹，执行ndk-build命令即可。在安卓源代码的根目录中，设立一个专用于存放hal代码的路径，比如led。这样，最终会在安卓源代码根目录下的led文件夹中生成led.c和.mk文件，以及led.h文件。每个步骤都需精确无误，任何小错误都可能导致编译无法成功。

各类开发项目往往有各自的目录结构标准，开发人员需根据具体情况作出相应调整。例如，某些大型公司内部的项目，往往遵循统一的编程规范和目录布局。

处理访问冲突和隐藏类问题

#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#define LOG_TAG "callon_led"
static int fd;
static int led_close(struct hw_device_t *device)
{
	struct led_device_t* led = (struct led_device_t*)device;
	free(led);
	close(fd);
	return 0;
}
int led_on(struct led_device_t* dev,int arg)
{
	ioctl(fd,LED_ON,arg);
	return 0;
}
int led_off(struct led_device_t* dev,int arg)
{
	ioctl(fd,LED_OFF,arg);
	return 0;
}
static struct led_device_t led_dev = {
	.led_device = {
		.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG,
		.close = led_close,
	},
	.set_on = led_on,
	.set_off = led_off,
};
static int open_led(const struct hw_module_t* module, char const* name,
        struct hw_device_t** device)
{
	*device = &led_dev;
	fd = open("/dev/callon_led",O_RDWR);
	if(fd < 0)
	{
		ALOGD(LOG_TAG, "open device fail!");
		return -1;
	}
	return 0;
}
static struct hw_module_methods_t led_methods = {
    .open =  open_led,
};
struct hw_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
    .tag = HARDWARE_MODULE_TAG,
    .id = "led",
    .methods = &led_methods,
};

为了解决访问上的矛盾，必须编写硬件服务并完成注册步骤。只有将底层硬件服务注册到对应系统，应用程序才能进行底层操作。同时，代码中可能存在隐藏类问题，这些问题可能导致编译失败，这时需要添加相应的jar包来解决问题。在处理这些问题时，开发人员需要具备全面的知识体系，对安卓系统的运作机制要有深入了解。

面对这类棘手的难题，开发者的经验多少直接影响到解决问题的速度。在编程过程中，大家是否也遭遇过因隐蔽类型而引发的编译难题？期待大家在评论区分享个人遭遇，同时也欢迎点赞和转发本篇文章。

#ifndef _HARDWARE_LED_H
#define _HARDWARE_LED_H
#include#define LED_ON _IOW('G',0,int)
#define LED_OFF _IOW('G',1,int)
struct led_device_t {
	struct hw_device_t led_device;
	int (*set_on)(struct led_device_t* dev,int arg);//means led_number
	int (*set_off)(struct led_device_t* dev,int arg);
};
#endif  // _HARDWARE_LED_H

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := led.default
# HAL module implementation stored in
# hw/.default.so
LOCAL_MODULE_RELATIVE_PATH := hw
LOCAL_C_INCLUDES := hardware/libhardware
LOCAL_SRC_FILES := led_hal.c
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := liblog
LOCAL_MODULE_TAGS := eng
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)