《电子技术应用》

基于Android电话拨号功能的驱动设计

2017年微型机与应用第9期 作者:牟跃,周渊平
2017/6/9 22:20:00

  牟跃,周渊平

  (四川大学 电子信息学院, 四川 成都 610065)

  摘要:由于Android操作系统开放源码,在近几年被广泛用于各个领域,可以利用Android系统的开放性,开发该系统在有线电话方面的应用。将Android平台与拨号芯片MT8880结合起来研究。因为Android原生代码具有很大局限性,支持的设备太少,所以为了识别MT8880这个特定设备,并控制MT8880的逻辑输出,需要在Linux内核中添加驱动模块,并在HAL层和JNI层生成动态链接库,使得顶层应用程序可以控制拨号芯片MT8880。MT8880芯片主要用于发送双音多频信号(Dual Tone Multi Frequency),在加载了拨号驱动和应用程序后,可以实现Android系统的拨号功能。经测试,设计的拨号驱动能实现对新增设备的控制,电话应用能成功拨号。

  关键词Android;Linux内核; HAL; JNI;MT8880芯片

  中图分类号:TP399文献标识码:ADOI: 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.09.026

  引用格式:牟跃,周渊平.基于Android电话拨号功能的驱动设计[J].微型机与应用,2017,36(9):88-91,99.

0引言

  Android是由Google公司和开放手机联盟领导及开发、基于Linux内核的开放源代码的操作系统[1]。Android最近几年发展迅猛,被用于各种场合。TQ210开发板搭载的是Android4.0系统,使用的是三星公司生产的S5PV210处理器,能够满足大多数应用场合的需求。而采用的拨号芯片MT8880能够发送经过滤波处理过的双音多频(Dual Tone Multi Frequency,DTMF)信号。

  电话由于其信号稳定、抗干扰能力强、辐射小等优点被广泛用于企业、事业机构和个人。在如今移动设备被各个行业广泛应用的大环境下,可以通过底层驱动的开发[2],使得Android可以识别外部新增设备。将Android平台与拨号芯片MT8880结合研究,可以实现Android电话拨号功能。

1硬件系统

  1.1硬件框架

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  Android开发平台(TQ210开发板)和MT8880拨号芯片构成了硬件系统的主要部分[3],如图1所示。Android平台采用 TQ210 开发板, TQ210开发板的核心板为63 mm×53 mm×7 mm的10层板,共有280根引脚。核心板引出了两路摄像头接口CAMERA_A和CAMERA_B,其中CAMERA_B主要是开发板为满足不同开发需求预留的应用接口,可GPIO口复用,当不用摄像头功能时,可作为GPIO扩展口。Android的 GPIO接口连接MT8880拨号芯片,使用CAMERA_B的GPIO口与芯片的相应管脚相连接,并通过GPIO口输出高低逻辑电平,对芯片进行控制,实现发送DTMF信号的功能。

  1.2语音拨号芯片MT8880

  MT8880芯片采用ISOCMOS技术制造,具有功耗低和稳定性高等特点,能够比较准确地发送DTMF信号。MT8880的发送部分的内部逻辑如图2所示。从结构上看,在发送与电话号码对应的DTMF信号之前,必须对寄存器进行相应操作,首先选择对状态寄存器SR和控制寄存器CRA进行操作,打开信号音突发选通电路,使芯片能够输出信号,然后通过控制寄存器CRB和发送数据寄存器TDR,使得电话号码能够通过D1~D4数据线输入,最后经过行、列计数器和D/A转换器,输出DTMF信号。通过RSO及WR和RD口线可对相关寄存器进行选择和控制,具体控制功能的实现如表1。 从外部看,可以通过外部微处理器访问其内部的寄存器,以实现DTMF信号的发送功能。

  

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2软件系统设计

  2.1Android源码编译环境的搭建

  首先在64位的Ubuntu12.04操作系统中,完成Android源码的编译操作,并在系统中安装和配置JDK,而为了顺利编译Android源码,在系统中还需要安装GCC编译器、相关的库和交叉编译器arm-linux-gcc。在完成编译环境的搭建后,目标代码便能在其他平台上运行。

  2.2拨号功能的软件框架

  Android的系统架构与其操作系统一样,采用了分层架构,主要包括应用程序层、应用程序框架层、系统运行库和核心层[4],如图3所示。为使Android可以识别拨号芯片MT8880这个特定的新增设备,即通过顶层代码实现对硬件设备的控制,首先在Linux内核实现了名为tel.c的内核驱动,为系统上层提供了操作底层硬件的接口;然后在HAL层封装控制逻辑,在JNI层将本地代码封装成上层应用可以调用的Java代码,并生成相应的动态链接库文件即.so文件;最后顶层便可通过调用动态链接库,实现拨号功能。

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  2.2.1底层驱动设计

  底层驱动模块主要是控制CAMERA_B上的GPIO管脚,提供控制MT8880拨号芯片硬件设备接口的逻辑电平,使得系统能够控制外部芯片MT8880实现拨号。拨号驱动程序tel.c采用的混杂型驱动设备miscdevice,主要由设备的注册misc_register、注销misc_deregister、打开open、关闭close等部分组成。驱动程序tel.c通过宏S3C_GPIO_SFN(x)对管脚功能进行定义,当x为0时,管脚为输入,x为1时,管脚为输出;通过函数int s3c_gpio_setpull(unsigned int pin, amsung_gpio_pull_t pull)为指定的GPIO管脚配置上下位状态;通过函数int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)向内核申请管脚,并用label去描述它;通过函数void gpio_free(unsigned gpio)释放一个已经申请的引脚,此函数与gpio_request对应;通过函数int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value )在管脚处输出一个电平value(0或者1);通过函数int gpio_direction_input(unsigned gpio)读取;通过函数static unsigned int gpio_cfg_table[]定义了gpio_table数组,这个数组用来定义电话驱动所用的GPIO引脚,总共需要7个引脚,分别为GPI0的0~6口。

  2.2.2驱动的编译与安装

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  将底层驱动程序tel.c文件编写好后放入到/driver/char/mydrivers目录下,并修改该目录下的Kconfig和Makefile文件。由于使用动态加载驱动程序,所以必须先通过make menuconfig和make modules命令生成.ko文件,运行以上两个命令后其编译结果如图4所示。 然后使用adb devices和adb push命令将tel.ko文件传送到开发板上,并通过adb shell 命令进入到Android Shell命令模式,即切换到开发板,最后使用insmod 命令将tel.ko模块加载到开发板上。使用以上命令后,其编译结果如图5所示。

  

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  2.3HAL层软件

  硬件抽象层(Hardware Abstraction Layer,HAL)位于Linux内核上面一层[5],其具体位置如图6所示。HAL层主要用于隐藏底层驱动的业务逻辑,即顶层调用底层驱动的具体细节,这样就能够摆脱Linux开源束缚,使关于驱动开发的具体细节不用公开,得到保护。

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    编译 HAL 层库文件方法如下:

  (1)首先在 hardware/libhardware/include 目录下创建tel.h 头文件。tel.h头文件主要用于定义hw_module_t、hw_device和hw_module_methods这三个重要的关系紧密的结构体。tel.h也为HAL模块定义了一个ID,通过这个ID来查找tel的HAL模块。

  (2)然后需要在device/embedsky/tq21目录下创建名为libwiretelephone的文件夹,在该文件夹中添加tel.c、Android.mk 两个文件。在HAl层实现了所有拨号驱动的业务逻辑, 在HAL层通过对GPIO口的控制实现对MT8880拨号芯片发送部分的控制,使芯片能够发出双音多频(DTMF)信号。

  (3)运行mmm device/embedsky/tq210/libtel命令生成tel.tq210.so文件,然后将文件复制到开发板上的/system/lib/hw目录。最后通过adb device命令和adb push命令将tel.tq210.so文件加载到开发板上[6],运行以上命令后,编译结果如图7所示。

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  2.4JNI层软件

  JNI(Java Native Interface)层指的是本地编程接口[7],其工作原理图如图8所示。主要使Java编写的应用程序和用C、C++编写的底层驱动及一些本地链接库能够实现信息的交互。

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  编译 JNI 层库文件的方法如下:

  (1)在Android 文件系统下的 packages /apps 下创建一个名为libtel的文件夹, 再在该文件夹中创建 jni 文件夹,在jni文件夹中创建tel.cpp 和Androi d.mk 文件。在tel.cpp文件中,通过JNINativeMethod定义了JNI函数的映射。通过 registe_android_server_telService(JNIEnv *env)函数将JNI程序库与Java类绑定,系统在成功装载JNI共享库后会自动调用JNI_Onload函数,用于初始化JNI模块。

  (2)在packages/apps/ Wiretelephone/jni/ 目录下运行mmm,生成libtel.so动态共享库[8],然后使用cp命令将生成的文件复制到开发板对应的out/target/product/tq210/rootfs_dir/system/lib目录下。最后通过adb device命令和adb push命令将tel.tq210.so文件加载到开发板上,运行以上命令,其编译成功后,结果如图9所示。

  

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3驱动程序测试

  在TQ210开发板中加载电话拨号程序的APP层程序后,测试驱动能否正常运行,实现其相关功能,有如下几步:

  (1)将TQ210开发板的相关GPIO接口与示波器相连接,打开开发板和示波器电源,通过拨号界面拨号时,示波器上出现对应的电平波形,即相关GPIO接口能够实现输出功能,内核驱动实现了对通用接口的控制。

  (2)将TQ210开发板、MT8880芯片和电话连接起来,在拨号界面进行拨号, 经测试能顺利拨通,即可以控制MT8880芯片产生DTMF信号。

  经过以上测试,该驱动程序实现了对MT8880芯片的控制,使整个系统在加载了APP程序后能够实现拨号功能,如图10所示。

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4结束语

  通过以上测试,说明该驱动程序能够实现对MT8880芯片的控制,即Android可以通过新增驱动模块识别特定设备,在加载了应用层程序后能够通过MT8880拨号芯片实现完整的DTMF信号发送功能。即通过开发板的通用GPIO口操纵拨号控制芯片,实现语音拨号功能,可以通过在Linux Kernel中添加新的驱动模块,使得Android能够识别添加的特定硬件设备。在本文基础上,如果再添加来电显示的驱动,控制MT8880的寄存器的设置,实现来电显示控制,就可以组成一个完整的电话系统。

  参考文献

  [1] 宋小倩,周东升.基于 Android 平台的应用开发研究[J].软件导刊,2011,10(2):104-106.

  [2] 宋宝华.Linux 设备驱动开发详解(第2版)[M].北京:人民邮电出版社,2010.

  [3] 杜江,周渊平.基于 Android的电话拨号功能[J]. 计算机系统应用, 2014(12):245-248.

  [4] 姚昱旻,刘卫国.Android 的架构与应用开发研究[J].计算机系统应用,2008,17(11):110-112.

  [5] 李宁.Android深度探索(卷1): HAL与驱动开发[M].北京:人民邮电出版社,2013.

  [6] 付兴武,张军,王洋.基于 SPI 总线协议的字符设备驱动程序[J].计算机系统应用,2013(2):146150.

  [7] 李宁.Android开发权威指南(第2版)[M].北京:人民邮电出版社,2013.

  [8] 明日科技.Android 从入门到精通[M].北京:清华大学出版社, 2012.


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