如何以JNI方式实现安卓APP控制GPIO?

发表时间:2024-06-04 16:11


本文档提供了在 Android 10 设备上通过应用程序(App)控制通用输入输出(GPIO)的详细指南。这涵盖了从创建 gpio驱动到App 配置 以及 SELinux 策略以允许特定访问的所有必要步骤。

1.驱动实现  

添加创建gpio控制驱动bsp\kernel\kernel4.14\drivers\gpio\gpio_led.c,并添加好对应的Makfile编译












































































































































































































































#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include    #include#include#include#include#include#include#include#include#include
#define GPIO_HIGH _IO('L', 0)#define GPIO_LOW _IO('L', 1)
#define LED_ON 1#define LED_OFF 0#define SIMPIE_LED_MAX 4
//============================== Upper interface value ==============================//// 驱动模块名称定义#define MODULE_NAME "gpio_led"          // 驱动模块的名字#define MISC_NAME "gpio_led_device"     // 用于注册为“misc”设备的名字
// 模块函数接口定义,供上层应用调用的接口。通过MM_DEV_MAGIC区分不同系统接口,通过_IO()加上自己的编号作为接口number。#define MM_DEV_MAGIC 'N'
// LED 控制命令#define RFID_IO1 _IO(MM_DEV_MAGIC, 93)#define RFID_IO2 _IO(MM_DEV_MAGIC, 130)#define RFID_IO3 _IO(MM_DEV_MAGIC, 121)#define RFID_LED _IO(MM_DEV_MAGIC, 138)
static int major;static struct class *cls;
// GPIO 描述数组struct gpio_desc *led_gpio[SIMPIE_LED_MAX];
// cat命令将调用该函数static ssize_t gpio_value_show(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf){    return sprintf(buf, "%d\n", gpiod_get_value(led_gpio[0]));}
// echo命令将调用该函数static ssize_t gpio_value_store(struct device *dev, struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t len){    pr_err("[vanxoak]%c\n", buf[0]);    if ('0' == buf[0])    {        gpiod_direction_output(led_gpio[0], 0);        pr_err("[vanxoak]: _%s_ :gpio off\n", __func__);    }    else if ('1' == buf[0])    {        gpiod_direction_output(led_gpio[0], 1);        pr_err("[vanxoak]: _%s_ :gpio on\n", __func__);    }    else        pr_err("I only support 0 or 1 to ctrl gpio on or off\n");    pr_err("[vanxoak]gpio_value_store\n");    return len;}
// 定义一个名为gpio_led的设备属性static DEVICE_ATTR(gpio_led, 0664, gpio_value_show, gpio_value_store);
// 提供给上层控制的接口long gpio_led_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg){    switch (cmd)    {    case RFID_LED:        gpiod_direction_output(led_gpio[0], arg);        break;    case RFID_IO1:        gpiod_direction_output(led_gpio[1], arg);        break;    case RFID_IO2:        gpiod_direction_output(led_gpio[2], arg);        break;    case RFID_IO3:        gpiod_direction_output(led_gpio[3], arg);        break;
    default:        pr_err("[vanxoak] %s default: break\n", __func__);        break;        }    return 0;}
struct file_operations gpio_led_ops = {    .owner = THIS_MODULE,    .unlocked_ioctl = gpio_led_ioctl,};
// LED灯初始化static int simpie_led_init(struct platform_device *pdev){    int ret = 0;    int i;
    // 申请gpio设备    led_gpio[0] = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "led0", GPIOD_OUT_LOW);    led_gpio[1] = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "led1", GPIOD_OUT_LOW);    led_gpio[2] = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "led2", GPIOD_OUT_LOW);    led_gpio[3] = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "led3", GPIOD_OUT_LOW);
    for (i = 0; i < SIMPIE_LED_MAX; i++)    {        if (IS_ERR(led_gpio[i]))        {            ret = PTR_ERR(led_gpio[i]);            return ret;        }        // 输出初始电平        ret = gpiod_direction_output(led_gpio[i], LED_OFF);    }
    device_create_file(&pdev->dev, &dev_attr_gpio_led);    return ret;}
// 驱动入口static int gpio_led_probe(struct platform_device *pdev){    int ret = 0;    pr_err("[vanxoak]gpio_led_probe start...\n");
    // LED灯gpio初始化及输出配置    ret = simpie_led_init(pdev);   
    pr_err("[vanxoak]gpio_led_probe end...\n");
    return 0;}
// 绑定设备static struct of_device_id gpio_led_match_table[] = {    {.compatible = "yz,gpio-led"},    {}};
static int gpio_led_remove(struct platform_device *pdev){    pr_err("[vanxoak]gpio_led_remove...\n");    return 0;}
static struct platform_driver gpio_led_driver = {    .driver = {        .name = MODULE_NAME,        .owner = THIS_MODULE,        .of_match_table = gpio_led_match_table,    },    .probe = gpio_led_probe,    .remove = gpio_led_remove,};
// gpio初始化入口static int gpio_led_init(void){    struct device *mydev;
    pr_err("[vanxoak]gpio_led_init start...\n");    platform_driver_register(&gpio_led_driver);
    major = register_chrdev(0, "gpiotest", &gpio_led_ops);
    // 创建gpio_led_class设备    cls = class_create(THIS_MODULE, "gpio_led_class");
    // 在gpio_led_class设备目录下创建一个gpio_led_device属性文件    mydev = device_create(cls, 0, MKDEV(major, 0), NULL, MISC_NAME);    if (sysfs_create_file(&(mydev->kobj), &dev_attr_gpio_led.attr))    {            return -1;    }
    return 0;}
static void gpio_led_exit(void){    pr_err("[vanxoak]gpio_led_exit...\n");    platform_driver_unregister(&gpio_led_driver);
    device_destroy(cls, MKDEV(major, 0));    class_destroy(cls);    unregister_chrdev(major, "gpiotest");}
module_init(gpio_led_init);module_exit(gpio_led_exit);
MODULE_DESCRIPTION("Device_create Driver");MODULE_LICENSE("GPL");
设备树配置 gpio_led: yz,gpio-led {                status = "disabled";                compatible = "yz,gpio-led";                led0-gpio = <&ap_gpio 138 GPIO_ACTIVE_HIGH>;                led1-gpio = <&ap_gpio 93 GPIO_ACTIVE_HIGH>;                led2-gpio = <&ap_gpio 130 GPIO_ACTIVE_HIGH>;                led3-gpio = <&ap_gpio 121 GPIO_ACTIVE_HIGH>;};

配置好上面gpio驱动后重新编译更新kernel 可以在/dev目录下找到对应的设备文件

"/dev/gpio_led_device",通过读写设备文件就可以操作gpio了。

1.2创建 Native 库  

1.2.1设置 JNI 方法  

在 App 中定义 JNI 方法以实现与 GPIO 设备的交互。   

















publicclassNativeClass {          


    static {                  try {                      System.loadLibrary("jni_gpiocontrol");                      Log.d("NativeClass", "Native library loaded successfully.");                  } catch (UnsatisfiedLinkError e) {                      Log.e("NativeClass", "Failed to load native library: " + e.getMessage());                      // throw new RuntimeException("Failed to load native library", e);                  }              }              // 声明本地方法              publicnativeintcontrolGPIO(int cmd, long arg);          }

1.2.2实现 Native 方法  

在app/src/main目录下创建一个cpp文件夹(如果你的项目是用Kotlin编写的,这个步骤仍然适用,因为JNI是用C/C++实现的)。将你的libjni_gpiocontrol.cpp文件放到这个cpp目录中。

注意事项:确保本地方法签名正确,Java方法签名和本地(C/C++)方法实现之间必须完全匹配。



































































#include#include#include#include#include#include#include#include
#define MM_DEV_MAGIC 'N'#define RFID_LED _IO(MM_DEV_MAGIC, 138)#define RFID_IO1 _IO(MM_DEV_MAGIC, 93)#define RFID_IO2 _IO(MM_DEV_MAGIC, 130)#define RFID_IO3 _IO(MM_DEV_MAGIC, 121)   
#define DEVICE_PATH "/dev/gpio_led_device"#define LOG_TAG "GPIOControl"

extern "C" JNIEXPORT jint JNICALLJava_com_example_gpio_NativeClass_controlGPIO(JNIEnv *env, jobject obj, jint cmd, jlong arg) {
    int device_fd;    long ioctl_result;    unsigned int ioctl_cmd = cmd;
    // Open the device file    device_fd = open(DEVICE_PATH, O_RDWR);    if (device_fd < 0) {        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG, "Could not open device: %s", strerror(errno));        return -1;    }
    // Translate cmd to appropriate ioctl command based on input    switch (cmd) {        case 138:            ioctl_cmd = RFID_LED;            break;        case 93:            ioctl_cmd = RFID_IO1;            break;        case 130:            ioctl_cmd = RFID_IO2;            break;        case 121:            ioctl_cmd = RFID_IO3;            break;        default:            __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG, "Invalid command");            close(device_fd);            return -1;    }
    // Send an ioctl to the device    ioctl_result = ioctl(device_fd, ioctl_cmd, arg);    if (ioctl_result < 0) {        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG, "Failed to call ioctl: %s", strerror(errno));            close(device_fd);        return -1;    }
    // Close the device    close(device_fd);
    return 0;}

1.2.3编译 Native 库  

使用 CMake 或 ndk-build 工具编译你的 native 代码为共享库(.so 文件)。

添加app\src\main\cpp\CMakeLists.txt










cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)project("gpiotest")add_library(jni_gpiocontrol SHARED libjni_gpiocontrol.cpp)

find_library( log-lib log )
target_link_libraries(jni_gpiocontrol                       ${log-lib} )  

1.2.4调用 Native 方法

通过 JNI 接口在 App 中调用实现的 native 方法以控制 GPIO。
















public class MainActivity extends AppCompatActivity {    private NativeClass nativeClass;
    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);
        nativeClass = new NativeClass();
        // 示例:打开LED            int result = nativeClass.controlGPIO(138, 1);        // 根据result处理结果    }}

2. SELinux 配置  

由于直接访问硬件设备在 Android 中受到 SELinux 策略的限制,需要修改 SELinux 策略以允许 App 访问 GPIO 设备文件。

定义设备类型:为 GPIO 设备定义一个新的 SELinux 类型(如 gpio_led_device_t)。

在SDK_dir/device/sprd/sharkle/common/sepolicy/device.te 添加



# 定义新的设备类型type gpio_led_device_t, dev_type;

分配文件上下文:为 GPIO 设备文件分配新定义的 SELinux 类型。

SDK_dir/device/sprd/sharkle/common/sepolicy/file_contexts中添加


/dev/gpio_led_device u:object_r:gpio_led_device_t:s0

授予权限:在 SELinux 策略中添加规则,允许 App 访问 GPIO 设备。

SDK_dir/device/sprd/sharkle/common/sepolicy/system_app.te



# 允许 system_app 访问 gpio_led_deviceallow system_app gpio_led_device_t:chr_file { read write };

重新编译 SELinux 策略:对更改的 SELinux 策略进行编译,并将其部署到设备上。这一步骤的目的是将自定义的安全策略更改应用到Android构建系统的预设SELinux策略中,确保在编译系统镜像时,这些更改会被包含进去。



cp system/sepolicy/public/app.te system/sepolicy/prebuilts/api/29.0/public/app.tecp system/sepolicy/private/coredomain.te system/sepolicy/prebuilts/api/29.0/private/coredomain.te

3. 测试与部署  

测试 App:在具有所需硬件支持的 Android 10 设备上测试 App。确保 App 能成功加载 native 库,并能通过 JNI 调用控制 GPIO。

SELinux 策略测试:验证 SELinux 策略更改是否允许 App 无障碍地访问 GPIO 设备。

问题排查:如果遇到访问被拒绝的情况,请检查 SELinux 审计日志以确定是否需要进一步调整策略。

3.1注意事项  

安全性:在修改 SELinux 策略以增加访问权限时,务必小心谨慎,避免引入安全漏洞。

设备兼容性:确保你的实现考虑到了不同设备可能存在的硬件和配置差异。

文档和维护:适当记录你的设计和实现过程,包括 JNI 接口、native 代码和 SELinux 策略更改,以便于未来的审计和维护。

通过遵循以上步骤,你可以在遵守 Android 安全模型的同时,实现 App 对 GPIO 的有效控制。

             



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