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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。
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__);
-
- }
-
- 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。
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);
- }
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 JNICALL
-
- Java_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;
-
- }
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} )
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
-
- }
-
- }
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_device
-
- allow 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.te
-
- cp system/sepolicy/private/coredomain.te system/sepolicy/prebuilts/api/29.0/private/coredomain.te
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。
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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