Led中间件开发

Android系统之中间件的开发,英蓓特培训中心2011.3,主要内容,Android中间件简介JNI标准简介如何实现JNI源码下开发AndroidLed中间件NDK开发AndroidLed中间件,一Android中间件简介,什么是Android中间件？,可以理解为操作系统与应用程序的沟通桥梁，处于Android系统架构中的第二层，包括：函数层（Library）：函数层是一套C/C+库，既能通过JNI标准为上层应用提供本地函数接口，又能调用内核代码与操作系统交互，中间件的开发就是在这一层。虚拟机（VirtualMachine）：虚拟机则为上层Java应用提供运行环境。绿色部分为函数层，黄色部分为虚拟机,二JNI简介,什么是JNI？,JNI（JavaNativeInterface）是本地编程接口，它使得在Java虚拟机（VM）内部运行的Java代码能够与其它编程语言编写的应用程序和库进行交互操作。JNI一般有以下一些应用场景:高性能要求：如一些图形的处理，运算量非常大，直接使用java是不能胜任；调用驱动：如调用一些外部系统接口的驱动-读卡器的驱动，OCI驱动；使用大内存：如进程内Cache，远远超过VM所能分配的内存；调用系统服务：如java调用搜索服务，搜索是由C/C+实现的。,AndroidJNI,使用Android已实现的JNI动态库，需要额外连接动态库libnativehelper.so对于开发者自己实现的JNI动态库*.so文件可以与Java应用一起打包到apk文件中。,由于Android的应用层是以Java语言开发的，使用下层c/c+库提供的服务时需使用JNI在Android源码中，主要的JNI代码（C+源文件）放在以下的路径中：frameworks/base/core/jni/。被编译成动态库libandroid_runtime.so,三如何实现JNI,实现JNI需要三个方面,Android源代码开发实现JNI与NDK下实现JNI有所不同，在源代码中需以下三点：,JNI本地方法,实现JNI方法的核心是JNINativeMethod结构体，这个结构体规定了JNI函数的相关描述信息，在jni.h中定义如下：typedefstructconstchar*name;/*JNI函数的名称*/constchar*signature;/*描述JNI函数的参数和返回值*/void*fnPtr;/*JNI函数对应的C语言的指针函数*/JNINativeMethod;这里值得注意的是JNINativeMethod的第二个成员，用字符串来表示JNI函数的参数和返回值,JNI的数据类型及对应字母,例如：staticJNINativeMethodmethods=add,(II)I,(void*)add,;对照表可知JNI函数add的类型是”(II)I”,表示两个参数都是整型，返回值也为整型。,方法数组的注册,JNINativeMethod类型的数组，需要完成系统注册才能够使用。staticintregisterNativeMethods(JNIEnv*env,constchar*className，JNINativeMethod*gMethods,intnumMethods)staticintregisterNatives(JNIEnv*env)jintJNI_OnLoad(JavaVM*vm,void*reserved)以上三个函数从下到上依次调用，分别为Java类、平台、虚拟机注册本地JNI方法。,JNI函数的声明,在Java代码中，定义的函数由JNI实现时，需要指定函数为native。System.loadLibrary(“”);载入由JNI源文件生成的动态库，“”里的内容为so文件名去掉前面的lib和后面的.so。例如加载libsimplejni.so动态库，“”里为simplejni。,应用程序使用JNI,可以通过源代码中/development/samples/SimpleJNI此例程来分析，目录结构如下：|-SimpleJNI|-jniJNI目录|-native.cppJNI源文件|-Android.mk脚本文件，向编译系统该如何编译cpp文件|-srcsrc目录，与Eclipse工程下的src相同|-Android.mk脚本文件，描述如何编译整个工程|-AndroidManifest配置文件，与Eclipse工程下的相同,应用程序使用JNI,分析顶层Android.mk文件LOCAL_PACKAGE_NAME:=SimpleJNI/生成PACKAGE的名字LOCAL_JNI_SHARED_LIBRARIES:=libsimplejni/生成JNI共享库的名字include$(BUILD_PACKAGE)/以生成APK的方式编译include$(callall-makefiles-under,$(LOCAL_PATH)/调用下层makefile,应用程序使用JNI,分析JNI目录下Android.mk文件LOCAL_SRC_FILES:=native.cpp/JNI的C+源文件include$(BUILD_SHARED_LIBRARY)/以共享库方式编译,应用程序使用JNI,native.cpp/定义JAVA方法addstaticjintadd(JNIEnv*env,jobjectthiz,jinta,jintb)/本地实现方法列表staticJNINativeMethodmethods=add,(II)I,(void*)add,;/三个注册函数staticintregisterNativeMethods(JNIEnv*env,constchar*className,JNINativeMethod*gMethods,intnumMethods)staticintregisterNatives(JNIEnv*env)jintJNI_OnLoad(JavaVM*vm,void*reserved),应用程序使用JNI,SimpleJNI.javaclassNativestaticSystem.loadLibrary(simplejni);/载入由native.cpp生成的动态库，全名是lib+simplejni+.ostaticnativeintadd(inta,intb);/声明动态库中实现的JNI函数add，供JAVA调用,应用程序使用JNI,编译SimpleJNI模块$cd/usr/local/src/EMobile/EMB9G45/Android-2.1_r2$soucebuild/envsetup.sh$choosecombo11sam9g45eng$mmmdevelopment/samples/SimpleJNI在Android-2.1_r2/out/target/product/sam9g45/system/app得到SimpleJNI.apk安装到Android系统中运行.,四源代码开发LED中间件,开发要素,中间件是操作系统与应用程序的沟通桥梁，所以除去应用级别的代码和Linux内核代码，其余的所有内容都是LED中间件开发所要关注的。1实现JNI，为上层Java应用程序提供函数接口。2实现本地C/C+代码，调用内核代码提供的LED驱动。,LED中间件开发结构图,红色部分为中间件开发内容1.上层应用调用JNI提供的native函数接口2.硬件抽象层根据设备驱动文件调用内核代码,实现LED中间件的JNI方法,在JNI的cpp源文件中要实现以下几种JNI方法，native函数就是提供给Java代码的本地程序接口。open和close函数对应leds设备文件的打开与关闭，switch函数对应led的亮灭选择，get_state函数是获取led的当前状态：staticJNINativeMethodledsCtrlmethods=native_open,()I,(void*)android_emobile_LedDevice_open,native_close,()I,(void*)android_emobile_LedDevice_close,native_switch_on_off,(II)I,(void*)android_emobile_LedDevice_switch_on_off,native_get_state,(I)I,(void*)android_emobile_LedDevice_get_state;,实现LED中间件的JNI注册,JNI的注册函数只需修改registerNatives函数中调用registerNativeMethods时的参数，参数className为自己定义的java类的路径classPathName，参数gMethods为自己JNI方法数组名ledsCtrlmethods，其余函数registerNativeMethods，JNI_OnLoad不变：staticintregisterNatives(JNIEnv*env)if(!registerNativeMethods(env,classPathName,ledsCtrlmethods,sizeof(ledsCtrlmethods)/sizeof(ledsCtrlmethods0)returnJNI_FALSE;returnJNI_TRUE;,LED中间件JNI的声明,JNI的声明在框架层java文件中，还要加载so文件，注意参数名为ledsctrl_jni,前面没有lib，后面没有.so：publicclassLedDevicestaticSystem.loadLibrary(ledsctrl_jni);/加载本地库publicstaticnativeintnative_open()/JNI的声明，注意native关键字publicstaticnativeintnative_close();publicstaticnativeintnative_switch_on_off(intnum,inton_off);/*/publicstaticnativeintnative_get_state(intnum);,硬件抽象层,LED中间件的最终目的是去控制开发平台上的灯D7、D8，所以JNI需要调用led硬件抽象层代码与内核通信，而不是像SimpleJNI那样把result返回给Java函数就结束了。led硬件抽象层头文件leds_hal.h定义结构体：structleds_ctrl_dev_t/通过此结构体JNI调用硬件抽象层函数int(*open)(void);int(*close)(void);int(*switch_on_off)(intnum,intstate);int(*get_state)(intnum);structleds_ctrl_dev_t*get_leds_ctrl_dev(void);,硬件抽象层,硬件抽象层的c文件leds_hal.c定义结构成员get_leds_ctrl_dev：staticstructleds_ctrl_dev_tledsCtrlDevice=/定义结构体成员函数open:leds_ctrl_open,close:leds_ctrl_close,switch_on_off:leds_ctrl_switch_on_off,get_state:leds_ctrl_get_leds_state;structleds_ctrl_dev_t*get_leds_ctrl_dev(void)return,硬件抽象层,JNI的cpp源文件通过包含头文件leds_hal.h，调用硬件抽象层open函数方法如下，其余函数调用也是如此。staticstructleds_ctrl_dev_t*ledsCtrlDev=NULL;staticjintandroid_emobile_LedDevice_open(JNIEnv*env,jclassclazz)ledsCtrlDev=get_leds_ctrl_dev();if(ledsCtrlDev=NULL)LOGD(get_leds_ctrl_devfailed!);return-1;returnledsCtrlDev-open();/JNI调用硬件抽象层open函数,硬件抽象层,最后便是硬件抽象层与Linux内核驱动的通信，需包含头文件sys/ioctl.h。应用程序的启动时相关函数通过层层调用到硬件抽象层的leds_ctrl_open()，当系统调用open(FILE_PATH,O_RDWR)时，操作系统会将文件系统对应路径为FILE_PATH的设备文件inode中的file_operations安装进用户进程的task_struct中的file_struct，然后再调用具体文件的file_operations中的open函数。其他操作close、ioctl也是如此。open(FILE_PATH,O_RDWR)是通过读、写方式（所以在访问设备节点前要修改设备节点的权限，改为可读可写）打开一个路径为FILE_PATH的设备，如果打开设备出错，返回值为-1，打开正确返回值为一个不小于0的文件描述符。后期的其他操作都是通过控制文件描述符来完成对设备的操作。,硬件抽象层,硬件抽象层的switch和get_state函数直接调用设备驱动文件给出的ioctl函数接口即可与内核通信#defineFILE_PATH/dev/leds_ctrl“/设备节点staticintleds_ctrl_fd=-1;staticintleds_ctrl_open(void)leds_ctrl_fd=open(FILE_PATH,O_RDWR);/打开设备文件，获得文件描述符staticintleds_ctrl_close(void)/释放进程staticintleds_ctrl_switch_on_off(intnum,intstate)/根据设备文件的ioctl函数定义switch函数/*ioctl控制参数LEDS_CTRL_IOC_*在leds_hal.h定义，应与设备文件定义控制参数的一致*/returnioctl(leds_ctrl_fd,state?LEDS_CTRL_IOC_LED6ON:LEDS_CTRL_IOC_LED6OFF,NULL);staticintleds_ctrl_get_leds_state(intnum)/根据设备文件的ioctl函数定义get_state函数,编译运行例程,例程Leds-ctrl复制到/usr/local/src/EMobile/EMB9G45/Android-2.1_r2/hardware下编译：$cd/usr/local/src/EMobile/EMB9G45/Android-2.1_r2$soucebuild/envsetup.sh$choosecombo11sam9g45eng$mmmhardware/Leds-ctrl编译结束后，在源码包Android-2.1_r2/out/target/product/sam9g45/system/app目录下生成LedsCtrl.apk文件在源码包Android-2.1_r2/out/target/product/sam9g45/system/lib目录下生成libleds_hal.so和libledsctrl_jni.so文件。使用ADB工具安装，将上述的LedsCtrl.apk和libleds_hal.so文件拷贝到挂载的C盘目录下。进入windows，启动Android系统，连接usb到PC端，PC桌面点击开始-运行-cmd，进入dos界面，操作如下：cdc:adbinstallLedsCtrl.apkadbpushlibleds_hal.so/system/lib,运行结果（1）,进入应用程序，如右界面，点击按键,固化或使用tftp服务启动挂载有/dev/leds_ctrl节点的Linux内核映像,进入Android系统后还必须修改leds_ctrl节点的权限才能读写该文件。,开发平台上的D7、D8随按键亮灭,将平台通过usb到PC端，PC桌面点击开始-运行-cmd，操作如下：adbshell#chmod777/dev/leds_crtl,运行结果(2),另外，即使没有leds_ctrl节点也没有关系，我们可以通过在函数里添加一些debug信息，使用logcat命令打印调试信息，确认中间件的发开是否正确。将平台通过usb到PC端，PC桌面点击开始-运行-cmd，操作如下：adbshell#logcat,进入应用程序，点击应用界面的按钮，我们可以看到如图红框中的debug信息，例如启动应用程序过程，从java应用函数OpenThemLedDevice开始依次调用，直到HAL的function调用Linuxdrverfunction，因为没有对应的driver，所以最后显示mLedDeviceopenfailed。另外两个红框里的信息分别对应按下TurnOn/OffLed7和GetLed7State后函数的调用过程。,五NDK开发LED中间件,NDK出现背景,1.在AndroidSDK文档里，找不到任何JNI方面的帮助。2.即使第三方应用开发者使用JNI完成了自己的C动态链接库（so）开发，但是so如何和应用程序一起打包成apk并发布？这里面也存在技术障碍。NDK集成了交叉编译器，并提供了相应的mk文件隔离CPU、平台、ABI等差异，开发人员只需要简单修改mk文件（指出“哪些文件需要编译”、“编译特性要求”等），就可以创建出so。NDK可以自动地将so和Java应用一起打包，极大地减轻了开发人员的打包工作。,Cygwin安装,由于NDK编译代码时必须要用到make和gcc，所以你必须先搭建一个linux环境，cygwin是一个在windows平台上运行的unix模拟环境。安装过程这里不做赘述，注意一点：为避免安装失败，在选择安装方式时，最好是下载好工具包使用本地全部安装。,编译NDK例程,现在我们用安装好的NDK来编译一个简单的程序，我们选择ndk自带的例子hello-jni。运行cygwin，操作如下：cd/cygdrive/d/android-ndk-r4/samples/hello-jni././ndk-build第一条指令是通过cygdrive进入你windows下NDK工具包的hello-jni例程目录第二条指令是编译例程执行成功后，它会自动生成一个libs目录，并在目录下生成的.so文件。此时去hello-jni的libs目录下看有没有生成的.so文件，如果有，ndk就运行正常了。将整个hello-jni工程导入Eclipse，运行后在bin目录下生成将so和应用程序打包的APK文件。,NDK下开发与源码开发差异,JNI的实现更加简单，NDK下JNI文件不需要去注册方法，只需要本地函数有标准的命名规则，例如一个本地函数在java文件被native声明如下：publicstaticnativeintopendevice();对应的JNI源文件中，只需这样定义函数即可，而并不需要前面实验中讲到的方法实现数组与注册函数：JNIEXPORTstaticjintJNICALLJava_com_android_emobile_LedDevice_opendevice(JNIEnv*env,jobjectobj)这里的命名规则为：类型：JNIEXPORTJNICALL函数名：Java_PackageName_ClassName_FunctionNamePackageName是包名，其中的“.”用“_”代替，如果包名中本身含有“_”字符，则用“_1”代替；ClassName是类名，同样如果类名中包含“_”，则用“_2”代替；FunctionName即为Java中用native声明的函数名。参数：JNIENV*env与jobjectobj为默认参数，必须得有。,NDK下开发与源码开发差异,因为JNI的函数只是靠命名规则识别，而不是方法实现与注册，JNI只能查找到Cstyle的Symbol，如果JNI是C+文件，则函数实现必须使用extern“C”来修饰：例如：externCJNIEXPORTstaticjintJNICALLJava_com_android_emobile_LedDevice_opendevice(JNIEnv*env,jobjectobj);此外在调用log的方式也不同：例如要使用LOGD函数，在源码编译下只需包含头文件#include而在NDK编译下则麻烦一些，在源文件中#include#defineLOGD(.)_android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG,keymatch,_VA_ARGS_)还得在脚本文件Android.mk编译对应文件处加上：LOCAL_LDLIBS:=-L$(SYSROOT)/usr/libllog,NDK下开发与源码开发差异,NDK在实现双库更加简单，可以实现将硬件抽象层的函数编译成静态库.a文件并引用到JNI编译成的共享库.so里，那么在