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如何以JNI方式实现安卓APP控制GPIO？

news 2025/6/29 18:57:34

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 <linux/init.h>#include <linux/slab.h>#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/device.h>#include <linux/ioctl.h>#include <linux/uaccess.h>#include <linux/string.h>#include <linux/wait.h>#include <linux/types.h>#include <linux/proc_fs.h>#include <linux/of.h>#include <linux/of_gpio.h>#include <linux/gpio.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/platform_device.h>#include <linux/err.h>#include <linux/gpio/consumer.h>#include <linux/io.h>#include <linux/miscdevice.h>#include <linux/irq.h>#include <linux/of_irq.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/dmi.h>#include <linux/firmware.h>#include <linux/gpio/consumer.h>#include <linux/input.h>#include <linux/input/mt.h>#include <linux/module.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/irq.h>#include <linux/interrupt.h>#include <linux/slab.h>#include <linux/acpi.h>#include <linux/of.h>#include <asm/unaligned.h>#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__);}elsepr_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。

public class NativeClass {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public native int controlGPIO(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 <jni.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <sys/ioctl.h>#include <stdio.h>#include <android/log.h>#include <errno.h>#include <string.h>#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 filedevice_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 inputswitch (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 deviceioctl_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 deviceclose(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;@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.activity_main);nativeClass = new NativeClass();// 示例：打开LEDint 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