Android驱动开发示例及系统编译.doc

Android驱动开发示例及系统编译1基础部分在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新源代码 看完了前面说的几本书之后，对Linux Kernel和Android有一定的认识了，是不是心里蠢蠢欲动，想小试牛刀自己编译一把Android源代码了呢？一直习惯使用Windows系统，而Android源代码是不支持在Windows上编译上，于是决定使用虚拟机安装Ubuntu，然后下载、编译和安装Android源代码。一. 环境准备1. 磁盘空间预留20G左右，内存3G，因为一边要跑主机，一边要跑虚拟机，内存要求还是比较高的，这样才会比较流畅。2. 安装VMWare 7.1.4。我的操作系统是Win7，VMWare的版本要新一点的，旧版本的VMWare在网络支持上比较差，由于要在虚拟机上下载Android源代码，没有网络是万万不行的。3. 安装好VMWare后，接下来就安装Ubuntu系统了。我选择目前最新的版本ubuntu-11.04-alternate-i386，从网上查到的资料说，要编译Android源代码，Ubuntu的最低版本是8.04。下载好后，安装时采用一直默认安装即可。4. 安装Git工具。Android源代码采用Git工具来管理，与SVN相比，这是一种分布式的源代码管理工具，而SVN是集中式的源代码管理工具。要安装Git工具，在Ubuntu上执行以下命令即可：USER-NAMEMACHINE-NAME:$ sudo apt-get installgit-core gnupg5. 安装Java SDK。在Ubuntu上执行以下命令：USER-NAMEMACHINE-NAME:$sudo add-apt-repository ppa:ferramroberto/javaUSER-NAMEMACHINE-NAME:$sudo apt-get updateUSER-NAMEMACHINE-NAME:$sudo apt-get install sun-java6-jre sun-java6-pluginUSER-NAMEMACHINE-NAME:$sudo apt-get install sun-java6-jdk6. 依赖的其它包。在Ubuntu上执行以下命令：USER-NAMEMACHINE-NAME:$sudo apt-get install flex bison gperf libsdl-dev libesd0-dev libwxgtk2.6-dev build-essential zip curl7. 调试工具。在Ubuntu上执行以下命令：USER-NAMEMACHINE-NAME:$sudo apt-get install valgrind二. 下载Android源代码工程1. 下载repo工具。在Ubuntu上执行以下命令：USER-NAMEMACHINE-NAME:$wget /dl/googlesource/git-repo/repoUSER-NAMEMACHINE-NAME:$chmod 777 repoUSER-NAMEMACHINE-NAME:$cp repo /bin/2. 下载Android最新版本源代码。在Ubuntu上执行以下命令：USER-NAMEMACHINE-NAME:$mkdir AndroidUSER-NAMEMACHINE-NAME:$ cd AndroidUSER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$repoinit -u/dl/googlesource/git-repo/repoUSER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$repo sync 经过漫长的等待（我下载了两三天）后，就可以把Android源代码下载下来了。其间可能还有经历下载中断的情况，这时只要重新执行repo sync就可以了。三. 编译Android源代码1. 编译 在Android目录下执行以下命令：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$ make 第一次编译要等待比较久的时间，编译成功后，可以看到下面的输出：Target system fs image: out/target/product/generic/obj/PACKAGING/systemimage_intermediates/system.img Install system fs image: out/target/product/generic/system.img Target ram disk: out/target/product/generic/ramdisk.img Target userdata fs image: out/target/product/generic/userdata.img Installed file list: out/target/product/generic/installed-files.txt2. 编译过程中可能会遇到的问题。问题一：You are attempting to build on a 32-bit system. 两个地方需要个修改： 1）修改build/core目录下的main.mk文件： ifeq ($(BUILD_OS),linux) build_arch := $(shell uname -m) #Change the following line for building on a 32-bit system. #ifneq (64,$(findstring 64,$(build_arch) ifneq (i686,$(findstring i686,$(build_arch) $(warning *) $(warning You are attempting to build on a 32-bit system.) $(warning Only 64-bit build environments are supported beyond froyo/2.2.) 2）找到下列文件： /external/clearsilver/cgi/Android.mk /external/clearsilver/cs/Android.mk /external/clearsilver/java-jni/Android.mk /external/clearsilver/util/Android.mk 修改LOCAL_CFLAGS和LOCAL_LDFLAGS变量： # This forces a 64-bit build for Java6 # Change the following two lines for building on a 32-bit system. # LOCAL_CFLAGS += -m64 # LOCAL_LDFLAGS += -m64 LOCAL_CFLAGS += -m32 LOCAL_LDFLAGS += -m32 问题二：Undefined reference to _dso_handle external/stlport/src/monetary.cpp:39: undefined reference to _dso_handleout/target/product/vm/obj/SHARED_LIBRARIES/libstlport_intermediates/src/locale.o: In function _static_initialization_and_destruction_0: external/stlport/src/locale.cpp:29: undefined reference to _dso_handleout/target/product/vm/obj/SHARED_LIBRARIES/libstlport_intermediates/src/locale_impl.o: In function _static_initialization_and_destruction_0: external/stlport/src/locale_impl.cpp:31: undefined reference to _dso_handleout/target/product/vm/obj/SHARED_LIBRARIES/libstlport_intermediates/src/locale_impl.o: In function std:_Locale_impl:make_classic_locale(): external/stlport/src/locale_impl.cpp:670: undefined reference to _dso_handle external/stlport/src/locale_impl.cpp:667: undefined reference to _dso_handleout/target/product/vm/obj/SHARED_LIBRARIES/libstlport_intermediates/src/locale_impl.o:external/stlport/src/locale_impl.cpp:604: more undefined references to _dso_handle follow collect2: ld returned 1 exit status 修改external/stlport/dll_main.cpp，加入以下声明： extern C void * _dso_handle = 0; 四. 编译SDK（这一步是可选的）1. 编译 执行以下命令： USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$make sdk2.编译过程中可能会遇到的问题 问题一：找不到bios.bin和vgabios-cirrus.bin文件 couldnt locate source file: usr/share/pc-bios/bios.bin couldnt locate source file: usr/share/pc-bios/vgabios-cirrus.bin 注意，这里的usr/share目录指的是/Android/out/host/linux-x86目录下的usr/share目录，修改办法是复制/Android/prebuilt/common下的pc-bios文件夹到/Android/out/host/linux-x86/usr/share即可：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$cp /Android/prebuilt/common/pc-bios /Android/out/host/linux-x86/usr/share 问题二：找不到ddmlib-tests.jar、 ninepath-tests.jar 、common-tests.jar 和sdkuilib-tests.jar文件 在/Android/out/host/linux-x86/framework这个目录下，可以找到以下几个文件common.jar、ddmlib.jar、ninepatch.jar、sdkuilib.jar这四个文件，然后将它们分别复制一份，并重命名，命名的原则很简单，就是在原有的名字后面跟上tests即可。五. 安装编译好的Android镜像到模拟器上。1. 设置环境变量：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$export PATH=$PATH:/Android/out/host/linux-x86/binUSER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$export ANDROID_PRODUCT_OUT=/Android/out/target/product/generic 其中，/Android/out/host/linux-x86/bin有我们要执行的emulator命令，而/Android/out/target/product/generic是Android镜像存放目录，下面执行emulator命令时会用到。2. 运行模拟器USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$emulator 模拟器运行需要四个文件，分别是Linux Kernel镜像zImage和Android镜像文件system.img、userdata.img和ramdisk.img。执行emulator命令时，如果不带任何参数，则Linux Kernel镜像默认使用/Android/prebuilt/android-arm/kernel目录下的kernel-qemu文件，而Android镜像文件则默认使用ANDROID_PRODUCT_OUT目录下的system.img、userdata.img和ramdisk.img，也就是我们刚刚编译出来的镜像问题。 当然，我们也可以以指定的镜像文件来运行模拟器，即运行emulator时，即：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$emulator -kernel ./prebuilt/android-arm/kernel/kernel-qemu -sysdir ./out/target/product/generic -system system.img -data userdata.img -ramdisk ramdisk.img 到这里，我们就可以在模拟器上运行我们自己编译的Android镜像文件了，是不是很酷呢？但是注意，这里说的Android镜像文件，只是包括system.img、userdata.img和ramdisk.img这三个文件，而Linux Kernel镜像用的是Android为我们预编译好的kernel-qemu镜像。那么，有没有办法使用我们自己编译的Linux Kernel镜像呢？答案上肯定的，这样我们就可以完全DIY自己的Android系统了！我将在下一篇文章描述如果编译自己的Linux Kernel镜像，敬请期待PS：主线上最新源代码是不稳定版本，使用过程可能会有问题另外，如果从官方下载不到源代码（大家懂的），可以从这里下：http:/zhu.im/Android/更正式的源码编译方法，请参考官网：/source/initializing.html在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新内核源代码（Linux Kernel） 在前一篇文章提到，从源代码树下载下来的最新Android源代码，是不包括内核代码的，也就是Android源代码工程默认不包含Linux Kernel代码，而是使用预先编译好的内核，也就是prebuilt/android-arm/kernel/kernel-qemu文件。那么，如何才能DIY自己的内核呢？这篇文章一一道来。一. 环境准备 首选，参照前一篇在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新源代码准备好Android源代码目录。二. 下载Linux Kernel for Android源代码1. 使用GIT工具下载，执行以下命令：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$mkdir kernelUSER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$cd kernelUSER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel$git clone/kernel/goldfish.git 同样是经过漫长的等待后，在kernel目录下有一个common目录，Linux内核代码就在这里了。2. 下载完成后，可以查看下载的内核代码版本：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel$ cdcommonUSER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common$ gitbranch android-2.6.363. 上面得到的是主线上的内核源代码，现在我们需要适用于模拟器用的内核，因此，我们需要checkout goldfish版本：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common$git branch a * android-2.6.36 remotes/origin/android-2.6.35 remotes/origin/android-2.6.36 remotes/origin/archive/android-2.6.25 remotes/origin/archive/android-2.6.27 remotes/origin/archive/android-2.6.29 remotes/origin/archive/android-2.6.32 remotes/origin/archive/android-gldfish-2.6.29 remotes/origin/archive/android-goldfish-2.6.27 选择android-gldfish-2.6.29：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common$git checkout remotes/origin/archive/android-gldfish-2.6.29三. 编译内核代码1. 导出交叉编译工具目录到$PATH环境变量中去：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common$export PATH=$PATH:/Android/prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.4.3/bin2.修改common目录下的Makefile文件的以下两行为： # ARCH ?= (SUBARCH) #CROSS_COMPILE ?= ARCH ?= arm #体系结构为armCROSS_COMPILE ?= arm-eabi- #交叉编译工具链前缀，参考/Android/prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.4.3/bin目录3.开始编译USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common$make goldfish_defconfigUSER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common$make 编译成功后，可看到下面两行：OBJCOPY arch/arm/boot/zImageKernel: arch/arm/boot/zImage is ready 在执行make命令前，你也可以执行make menuconfig先配置一下编译选项。四. 在模拟器中运行编译好的内核1. 在启动模拟器之前，先设置模拟器的目录到环境变量$PATH中去：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$export PATH=$PATH:/Android/out/host/linux-x86/bin2. 设置ANDROID_PRODUCT_OUT环境变量：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$export ANDROID_PRODUCT_OUT=/Android/out/target/product/generic3. 在后台中指定内核文件启动模拟器USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$ emulator -kernel ./kernel/common/arch/arm/boot/zImage &4. 用adb工具连接模拟器，查看内核版本信息，看看模拟器上跑的内核是不是我们刚才编译出来的内核：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$ adb shell 这时候如果是第一次运行 adb shell命令，会看到以下输出，不用管它，再运行一次adb shell命令就可以了。 * daemon not running. start it now on port 5037 * * daemon started successfully * error: device offline 切换到proc目录： rootandroid:/ # cd proc rootandroid:/proc # cat version Linux version 2.6.29-gb0d93fb-dirty (luoubuntu-11-04) (gcc version 4.4.3 (GCC) ) #1 Fri Jun 3 23:17:24 HKT 2011 从机器名luoubuntu-11-04和日期1 Fri Jun 3 23:17:24 HKT 2011可以看出，模拟器使用的内核即为刚刚编译出来的内核。PS：主线上最新源代码是不稳定版本，使用过程可能会有问题更正式的源码编译方法，请参看官网：/source/building-kernels.htmlAndroid硬件抽象层（HAL）概要介绍和学习计划 Android的硬件抽象层，简单来说，就是对Linux内核驱动程序的封装，向上提供接口，屏蔽低层的实现细节。也就是说，把对硬件的支持分成了两层，一层放在用户空间（User Space），一层放在内核空间（Kernel Space），其中，硬件抽象层运行在用户空间，而Linux内核驱动程序运行在内核空间。为什么要这样安排呢？把硬件抽象层和内核驱动整合在一起放在内核空间不可行吗？从技术实现的角度来看，是可以的，然而从商业的角度来看，把对硬件的支持逻辑都放在内核空间，可能会损害厂家的利益。我们知道，Linux内核源代码版权遵循GNU License，而Android源代码版权遵循Apache License，前者在发布产品时，必须公布源代码，而后者无须发布源代码。如果把对硬件支持的所有代码都放在Linux驱动层，那就意味着发布时要公开驱动程序的源代码，而公开源代码就意味着把硬件的相关参数和实现都公开了，在手机市场竞争激烈的今天，这对厂家来说，损害是非常大的。因此，Android才会想到把对硬件的支持分成硬件抽象层和内核驱动层，内核驱动层只提供简单的访问硬件逻辑，例如读写硬件寄存器的通道，至于从硬件中读到了什么值或者写了什么值到硬件中的逻辑，都放在硬件抽象层中去了，这样就可以把商业秘密隐藏起来了。也正是由于这个分层的原因，Android被踢出了Linux内核主线代码树中。大家想想，Android放在内核空间的驱动程序对硬件的支持是不完整的，把Linux内核移植到别的机器上去时，由于缺乏硬件抽象层的支持，硬件就完全不能用了，这也是为什么说Android是开放系统而不是开源系统的原因。 撇开这些争论，学习Android硬件抽象层，对理解整个Android整个系统，都是极其有用的，因为它从下到上涉及到了Android系统的硬件驱动层、硬件抽象层、运行时库和应用程序框架层等等，下面这个图阐述了硬件抽象层在Android系统中的位置，以及它和其它层的关系： 在学习Android硬件抽象层的过程中，我们将会学习如何在内核空间编写硬件驱动程序、如何在硬件抽象层中添加接口支持访问硬件、如何在系统启动时提供硬件访问服务以及 如何编写JNI使得可以通过Java接口来访问硬件，而作为中间的一个小插曲，我们还将学习一下如何在Android系统中添加一个C可执行程序来访问硬件驱动程序。由于这是一个系统的学习过程，笔者将分成六篇文章来描述每一个学习过程，包括: 一.在Android内核源代码工程中编写硬件驱动程序。 二.在Android系统中增加C可执行程序来访问硬件驱动程序。 三.在Android硬件抽象层增加接口模块访问硬件驱动程序。 四.在Android系统中编写JNI方法在应用程序框架层提供Java接口访问硬件。 五.在Android系统的应用程序框架层增加硬件服务接口。 六.在Android系统中编写APP通过应用程序框架层访问硬件服务。 学习完这六篇文章，相信大家对Android系统就会有一个更深刻的认识了，敬请关注。一.在Android内核源代码工程中编写硬件驱动程序在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序 在智能手机时代，每个品牌的手机都有自己的个性特点。正是依靠这种与众不同的个性来吸引用户，营造品牌凝聚力和用户忠城度，典型的代表非iphone莫属了。据统计，截止2011年5月，AppStore的应用软件数量达381062个，位居第一，而Android Market的应用软件数量达294738，紧随AppStore后面，并有望在8月份越过AppStore。随着Android系统逐步扩大市场占有率，终端设备的多样性亟需更多的移动开发人员的参与。据业内统计，Android研发人才缺口至少30万。目前，对Android人才需求一类是偏向硬件驱动的Android人才需求，一类是偏向软件应用的Android人才需求。总的来说，对有志于从事Android硬件驱动的开发工程师来说，现在是一个大展拳脚的机会。那么，就让我们一起来看看如何为Android系统编写内核驱动程序吧。 这里，我们不会为真实的硬件设备编写内核驱动程序。为了方便描述为Android系统编写内核驱动程序的过程，我们使用一个虚拟的硬件设备，这个设备只有一个4字节的寄存器，它可读可写。想起我们第一次学习程序语言时，都喜欢用“Hello, World”作为例子，这里，我们就把这个虚拟的设备命名为“hello”，而这个内核驱动程序也命名为hello驱动程序。其实，Android内核驱动程序和一般Linux内核驱动程序的编写方法是一样的，都是以Linux模块的形式实现的，具体可参考前面Android学习启动篇一文中提到的Linux Device Drivers一书。不过，这里我们还是从Android系统的角度来描述Android内核驱动程序的编写和编译过程。一. 环境准备参照前面两篇文章在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新源代码和在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新内核源代码（Linux Kernel）准备好Android内核驱动程序开发环境。二. 进入到kernel/common/drivers目录，新建hello目录：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android$ cd kernel/common/driversUSER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common/drivers$ mkdir hello三. 在hello目录中增加hello.h文件：USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common/drivers$ cd helloUSER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common/drivers/ hello $vi hello.h按照如下编辑内容：1. #ifndef_HELLO_ANDROID_H_2. #define_HELLO_ANDROID_H_3. 4. #include5. #include6. 7. #defineHELLO_DEVICE_NODE_NAMEhello8. #defineHELLO_DEVICE_FILE_NAMEhello9. #defineHELLO_DEVICE_PROC_NAMEhello10. #defineHELLO_DEVICE_CLASS_NAMEhello11. 12. structhello_android_dev13. intval;14. structsemaphoresem;15. structcdevdev;16. ;17. 18. #endif编辑完成后，按“ESC”，输入“:wq”，按“Enter”键，即完成hello.h的创建和保存。（更多vi编辑器使用请查阅网上资料）这个头文件定义了一些字符串常量宏，在后面我们要用到。此外，还定义了一个字符设备结构体hello_android_dev，这个就是我们虚拟的硬件设备了，val成员变量就代表设备里面的寄存器，它的类型为int，sem成员变量是一个信号量，是用同步访问寄存器val的，dev成员变量是一个内嵌的字符设备，这个Linux驱动程序自定义字符设备结构体的标准方法。四.在hello目录中增加hello.c文件，这是驱动程序的实现部分。驱动程序的功能主要是向上层提供访问设备的寄存器的值，包括读和写。这里，提供了三种访问设备寄存器的方法，一是通过proc文件系统来访问，二是通过传统的设备文件的方法来访问，三是通过devfs文件系统来访问。下面分段描述该驱动程序的实现。USER-NAMEMACHINE-NAME:/Android/kernel/common/drivers/ hello $vi hello.c首先是包含必要的头文件和定义三种访问设备的方法：1. #include2. #include3. #include4. #include5. #include6. #include7. #include8. 9. #includehello.h10. 11. /*主设备和从设备号变量*/12. staticinthello_major=0;13. staticinthello_minor=0;14. 15. /*设备类别和设备变量*/16. staticstructclass*hello_class=NULL;17. staticstructhello_android_dev*hello_dev=NULL;18. 19. /*传统的设备文件操作方法*/20. staticinthello_open(structinode*inode,structfile*filp);21. staticinthello_release(structinode*inode,structfile*filp);22. staticssize_thello_read(structfile*filp,char_user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos);23. staticssize_thello_write(structfile*filp,constchar_user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos);24. 25. /*设备文件操作方法表*/26. staticstructfile_operationshello_fops=27. .owner=THIS_MODULE,28. .open=hello_open,29. .release=hello_release,30. .read=hello_read,31. .write=hello_write,32. ;33. 34. /*访问设置属性方法*/35. staticssize_thello_val_show(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,char*buf);36. staticssize_thello_val_store(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,constchar*buf,size_tcount);37. 38. /*定义设备属性*/39. staticDEVICE_ATTR(val,S_IRUGO|S_IWUSR,hello_val_show,hello_val_store); 定义传统的设备文件访问方法，主要是定义hello_open、hello_release、hello_read和hello_write这四个打开、释放、读和写设备文件的方法：1. /*打开设备方法*/2. staticinthello_open(structinode*inode,structfile*filp)3. structhello_android_dev*dev;4. 5. /*将自定义设备结构体保存在文件指针的私有数据域中，以便访问设备时拿来用*/6. dev=container_of(inode-i_cdev,structhello_android_dev,dev);7. filp-private_data=dev;8. 9. return0;10. 11. 12. /*设备文件释放时调用，空实现*/13. staticinthello_release(structinode*inode,structfile*filp)14. return0;15. 16. 17. /*读取设备的寄存器val的值*/18. staticssize_thello_read(structfile*filp,char_user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos)19. ssize_terr=0;20. structhello_android_dev*dev=filp-private_data;21. 22. /*同步访问*/23. if(down_interruptible(&(dev-sem)24. return-ERESTARTSYS;25. 26. 27. if(countval)28. gotoout;29. 30. 31. /*将寄存器val的值拷贝到用户提供的缓冲区*/32. if(copy_to_user(buf,&(dev-val),sizeof(dev-val)33. err=-EFAULT;34. gotoout;35. 36. 37. err=sizeof(dev-val);38. 39. out:40. up(&(dev-sem);41. returnerr;42. 43. 44. /*写设备的寄存器值val*/45. staticssize_thello_write(structfile*filp,constchar_user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos)46. structhello_android_dev*dev=filp-private_data;47. ssize_terr=0;48. 49. /*同步访问*/50. if(down_interruptible(&(dev-sem)51. return-ERESTARTSYS;52. 53. 54. if(count!=sizeof(dev-val)55. gotoout;56. 57. 58. /*将用户提供的缓冲区的值写到设备寄存器去*/59. if(copy_from_user(&(dev-val),buf,count)60. err=-EFAULT;61. gotoout;62. 63. 64. err=sizeof(dev-val);65. 66. out:67. up(&(dev-sem);68. returnerr;69. 定义通过devfs文件系统访问方法，这里把设备的寄存器val看成是设备的一个属性，通过读写这个属性来对设备进行访问，主要是实现hello_val_show和hello_val_store两个方法，同时定义了两个内部使用的访问val值的方法_hello_get_val和_hello_set_val：1. /*读取寄存器val的值到缓冲区buf中，内部使用*/2. staticssize_t_hello_get_val(structhello_android_dev*dev,char*buf)3. intval=0;4. 5. /*同步访问*/6. if(down_interruptible(&(dev-sem)7. return-ERESTARTSYS;8. 9. 10