实验二. 板载LED灯控制实验
实验目的
- 了解多核心平台底板设备电路结构;
- 掌握Android Studio下编写NDK代码，实现LED灯控制;
实验环境
- 硬件：CBT-EMB-MIP 实验平台,PC机,mini USB数据线;
- 软件： Android Studio 2.2 或更高版本， Android Plugin for Gradle 版本 2.2.0 或更高版本，CMake;
实验内容
- 编写NDK程序，实现对板载5个LED灯的控制。
实验原理
LED硬件原理及驱动移植请参见Linux实验文档LED驱动移植章节。
LED字符驱动程序(linux-3.5/drivers/char/4412_led.c)已动态编译进内核zImage里。
在Android文件系统中加载内核生成的module(4412_led.ko)会生成LED灯设备的文件(dev/leds)。
在Linux 系统中，所有设备都是以文件的形式被打开并进行读/写操作的。本实验中通过编写JNI层代码调用POSIX的文件接口函数对底层设备进行操作，实现上层应用程序控制LED灯亮灭。
本实验JNI编程时需要用到以下几个文件操作函数
OPEN - 打开设备
【函数原型】
#include <fcntl.h> int open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);【功能】打开名为path 的文件或设备，成功打开后返回文件句柄。
- 【参数】
pathname:文件路径或设备名；flags:打开方式，可选值是表4.1中的一个值或几个值的组合。
| 打开方式 | 含义 |
|---|---|
| O_RDONLY | 只读方式打开 |
| O_WRONLY | 只写方式打开 |
| O_RDWR | 读写方式打开(等同于 O_RDONLY | O_WRONLY) |
| ... | ... |
| O_NONBLOCK | 采用非阻塞文件I/O方式 |
表4.1 打开方式对照表
- 【返回值】成功打开后返回文件句柄，失败返回-1。
IOCTL - 控制高低电平
【函数原型】
#include <unistd.h> int ioctl(int fildes, int request, /* arg */ ...); int ioctl(int fd, int ledState,int ledID);
【功能】控制I/O设备(指定LED灯的亮灭)
【参数】
fildes：文件或设备句柄，通常由open函数返回；
ledState:LED灯控制参数(0:灭/1:亮);ledID:5个led灯对应的ID。- 【返回值】成功返回0，失败返回错误码。
CLOSE - 关闭设备
【函数原型】
#include <unistd.h> int close(int fildes);
【功能】关闭之前被打开的文件或设备
【参数】
fildes：文件或设备句柄，通常由open函数返回- 【返回值】成功返回0，失败返回-1。
JNI代码具体实现
在本实验中，需要使用1个设备文件：/dev/leds对多核心嵌入式平台的5个LED灯进行控制。
打开LED设备
#define DEVICE_NAME "/dev/leds" ... fd = open(DEVICE_NAME, O_RDWR);//打开设备调用IOCTL控制
#define LED_ON 1 #define LED_OFF 0 ... ioctl(fd, LED_ON, ledID); //打开指定ID的LED灯 ... ioctl(fd, LED_OFF, ledID); //关闭指定ID的LED灯关闭LED设备
close(fd);
实验步骤
在Android Studio下创建支持C/C++的新项目
创建步骤参见本章实验一，本实验例程中创建的项目如图5.1所示。
图5.1 LED项目工程
更改库名及CMake构建脚本
MainActivity更改加载库名称，注释掉stringFromJNI()相关调用。
static {
//System.loadLibrary("native-lib");
System.loadLibrary("leds-jni");
}
...
//TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.sample_text);
//tv.setText(stringFromJNI());
...
//public native String stringFromJNI();
- 修改CMake构建配置文件
add_library( # Sets the name of the library.
leds-jni
...
src/main/jni/leds-jni.c )
...
target_link_libraries( # Specifies the target library.
leds-jni
${log-lib} )
- 点击工具栏中的 Sync Project
应用更改。
在MainActivity中添加LED操作的本地方法
// public native String stringFromJNI();
public native int ledsOpen();
public native int ledsClose();
public native int ledsControl(int ledID, int ledState);
在方法名中按下Alt+Enter，选择Create Function ... > Fix all 'Missing JNI function' problems in file选项。项目src\main目录下会生成jni文件夹及leds-jni.c原生源文件。
删除文件夹
cpp及native-lib.cpp点击工具栏中的 Sync Project
应用更改。
编写原生源文件leds-jni.c
按照实验原理中的接口方法编写实现对应的打开、控制及关闭功能。
#include <jni.h>
#include <fcntl.h>
#include "android/log.h"
static const char *TAG = "libs";
#define LOGI(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, TAG, fmt, ##args)
#define LOGD(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, TAG, fmt, ##args)
#define LOGE(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, fmt, ##args)
#define DEVICE_NAME "/dev/leds"
#define LED_ON 1
#define LED_OFF 0
int fd;
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_cbt_edu_iot_leds_MainActivity_ledsControl(JNIEnv *env, jobject instance, jint ledID,
jint ledState) {
int i = ledState;
switch (i) {
case LED_ON:
ioctl(fd, LED_ON, ledID);
break;
case LED_OFF:
ioctl(fd, LED_OFF, ledID);
break;
default:
break;
}
return 1;
}
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_cbt_edu_iot_leds_MainActivity_ledsClose(JNIEnv *env, jobject instance) {
if (fd >= 0) {
close(fd);
fd = -1;
}
}
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_cbt_edu_iot_leds_MainActivity_ledsOpen(JNIEnv *env, jobject instance) {
fd = open(DEVICE_NAME, O_RDWR);//打开设备
if (fd == -1) {
LOGI("open device %s error \n", DEVICE_NAME);
return 0;
}
else {
LOGI("open device %s ok! \n", DEVICE_NAME);
return 1;
}
}
编写UI界面及代码
将光盘目录
src\chapter4\experiment02\res目录下的drawable、layout和values三个文件夹拷贝至本项目工程的res目录下。打开
activity_main.xml界面如图5.1所示：
图5.1 主界面
- 编写
MainActivity主程序,参考代码如下：
public static final int LED_ON = 1;
public static final int LED_OFF = 0;
public static final int LED1 = 0;
public static final int LED2 = 1;
public static final int LED3 = 2;
public static final int LED4 = 3;
public static final int LED5 = 4;
ImageView ivLed1, ivLed2, ivLed3, ivLed4, ivLed5;
Switch swLed1, swLed2, swLed3, swLed4, swLed5;
...
private void LayoutInit() {
ivLed1 = (ImageView) findViewById(R.id.iv_led1);
...
ivLed5 = (ImageView) findViewById(R.id.iv_led5);
swLed1 = (Switch) findViewById(R.id.sw_led1);
...
swLed5 = (Switch) findViewById(R.id.sw_led5);
swLed1.setOnCheckedChangeListener(this);
...
swLed5.setOnCheckedChangeListener(this);
}
@Override
public void onCheckedChanged(CompoundButton compoundButton, boolean b) {
switch (compoundButton.getId()) {
case R.id.sw_led1:
if (b) {
ledsControl(LED1, LED_ON);
ivLed1.setImageResource(R.drawable.ic_led_on);
} else {
ledsControl(LED1, LED_OFF);
ivLed1.setImageResource(R.drawable.ic_led_off);
}
break;
...
case R.id.sw_led5:
if (b) {
ledsControl(LED5, LED_ON);
ivLed5.setImageResource(R.drawable.ic_led_on);
} else {
ledsControl(LED5, LED_OFF);
ivLed5.setImageResource(R.drawable.ic_led_off);
}
break;
}
}
具体实现细节可参考光盘目录下相应实验源码。
- 构建和运行示例程序
操作应用程序之前需将多核心平台底板5路LED灯左侧的跳线帽跳到LED处，如图5.2所示：
图5.2 LED跳线帽
演示运行
运行程序后，首先点击加载驱动(modules)按键，会弹出如图5.3对话框，请求获取超级用户权限，点击授权。
图5.3 加载驱动
点击右侧的打开按钮会调用ledsOpen()方法打开LED设备。
Android Studio界面下方的Android Monitor里的logcat会打印如下信息：
01-01 13:41:15.655 29662-29662/cbt.edu.iot.leds I/libs: open device /dev/leds ok!
之后便可以点击下方的Switch按钮，对5个LED灯进行控制，如图5.4所示：
图5.4 LED灯控制