牟躍，周淵平
(四川大學 電子信息學院, 四川 成都 610065)
摘要：由于Android操作系統(tǒng)開放源碼，在近幾年被廣泛用于各個領域，可以利用Android系統(tǒng)的開放性，開發(fā)該系統(tǒng)在有線電話方面的應用。將Android平臺與撥號芯片MT8880結合起來研究。因為Android原生代碼具有很大局限性，支持的設備太少，所以為了識別MT8880這個特定設備，并控制MT8880的邏輯輸出，需要在Linux內核中添加驅動模塊，并在HAL層和JNI層生成動態(tài)鏈接庫，使得頂層應用程序可以控制撥號芯片MT8880。MT8880芯片主要用于發(fā)送雙音多頻信號(Dual Tone Multi Frequency)，在加載了撥號驅動和應用程序后，可以實現(xiàn)Android系統(tǒng)的撥號功能。經測試，設計的撥號驅動能實現(xiàn)對新增設備的控制，電話應用能成功撥號。
關鍵詞：Android;Linux內核; HAL; JNI；MT8880芯片
中圖分類號：TP399文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.09.026
引用格式：牟躍，周淵平.基于Android電話撥號功能的驅動設計［J］.微型機與應用，2017,36（9）：88-91，99.
0引言
Android是由Google公司和開放手機聯(lián)盟領導及開發(fā)、基于Linux內核的開放源代碼的操作系統(tǒng)［1］。Android最近幾年發(fā)展迅猛，被用于各種場合。TQ210開發(fā)板搭載的是Android4.0系統(tǒng)，使用的是三星公司生產的S5PV210處理器，能夠滿足大多數(shù)應用場合的需求。而采用的撥號芯片MT8880能夠發(fā)送經過濾波處理過的雙音多頻（Dual Tone Multi Frequency,DTMF）信號。
電話由于其信號穩(wěn)定、抗干擾能力強、輻射小等優(yōu)點被廣泛用于企業(yè)、事業(yè)機構和個人。在如今移動設備被各個行業(yè)廣泛應用的大環(huán)境下，可以通過底層驅動的開發(fā)［2］，使得Android可以識別外部新增設備。將Android平臺與撥號芯片MT8880結合研究，可以實現(xiàn)Android電話撥號功能。
1硬件系統(tǒng)
1.1硬件框架
Android開發(fā)平臺（TQ210開發(fā)板）和MT8880撥號芯片構成了硬件系統(tǒng)的主要部分［3］，如圖1所示。Android平臺采用 TQ210 開發(fā)板, TQ210開發(fā)板的核心板為63 mm×53 mm×7 mm的10層板，共有280根引腳。核心板引出了兩路攝像頭接口CAMERA_A和CAMERA_B，其中CAMERA_B主要是開發(fā)板為滿足不同開發(fā)需求預留的應用接口，可GPIO口復用，當不用攝像頭功能時，可作為GPIO擴展口。Android的 GPIO接口連接MT8880撥號芯片,使用CAMERA_B的GPIO口與芯片的相應管腳相連接，并通過GPIO口輸出高低邏輯電平，對芯片進行控制，實現(xiàn)發(fā)送DTMF信號的功能。
1.2語音撥號芯片MT8880
MT8880芯片采用ISOCMOS技術制造，具有功耗低和穩(wěn)定性高等特點，能夠比較準確地發(fā)送DTMF信號。MT8880的發(fā)送部分的內部邏輯如圖2所示。從結構上看，在發(fā)送與電話號碼對應的DTMF信號之前，必須對寄存器進行相應操作，首先選擇對狀態(tài)寄存器SR和控制寄存器CRA進行操作，打開信號音突發(fā)選通電路，使芯片能夠輸出信號，然后通過控制寄存器CRB和發(fā)送數(shù)據寄存器TDR，使得電話號碼能夠通過D1~D4數(shù)據線輸入，最后經過行、列計數(shù)器和D/A轉換器，輸出DTMF信號。通過RSO及WR和RD口線可對相關寄存器進行選擇和控制，具體控制功能的實現(xiàn)如表1。 從外部看，可以通過外部微處理器訪問其內部的寄存器，以實現(xiàn)DTMF信號的發(fā)送功能。
2軟件系統(tǒng)設計
2.1Android源碼編譯環(huán)境的搭建
首先在64位的Ubuntu12.04操作系統(tǒng)中，完成Android源碼的編譯操作，并在系統(tǒng)中安裝和配置JDK，而為了順利編譯Android源碼，在系統(tǒng)中還需要安裝GCC編譯器、相關的庫和交叉編譯器arm-linux-gcc。在完成編譯環(huán)境的搭建后，目標代碼便能在其他平臺上運行。
2.2撥號功能的軟件框架
Android的系統(tǒng)架構與其操作系統(tǒng)一樣，采用了分層架構，主要包括應用程序層、應用程序框架層、系統(tǒng)運行庫和核心層［4］，如圖3所示。為使Android可以識別撥號芯片MT8880這個特定的新增設備，即通過頂層代碼實現(xiàn)對硬件設備的控制，首先在Linux內核實現(xiàn)了名為tel.c的內核驅動，為系統(tǒng)上層提供了操作底層硬件的接口；然后在HAL層封裝控制邏輯，在JNI層將本地代碼封裝成上層應用可以調用的Java代碼，并生成相應的動態(tài)鏈接庫文件即.so文件；最后頂層便可通過調用動態(tài)鏈接庫，實現(xiàn)撥號功能。
2.2.1底層驅動設計
底層驅動模塊主要是控制CAMERA_B上的GPIO管腳，提供控制MT8880撥號芯片硬件設備接口的邏輯電平，使得系統(tǒng)能夠控制外部芯片MT8880實現(xiàn)撥號。撥號驅動程序tel.c采用的混雜型驅動設備miscdevice,主要由設備的注冊misc_register、注銷misc_deregister、打開open、關閉close等部分組成。驅動程序tel.c通過宏S3C_GPIO_SFN(x)對管腳功能進行定義，當x為0時，管腳為輸入，x為1時，管腳為輸出；通過函數(shù)int s3c_gpio_setpull(unsigned int pin, amsung_gpio_pull_t pull)為指定的GPIO管腳配置上下位狀態(tài)；通過函數(shù)int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)向內核申請管腳，并用label去描述它；通過函數(shù)void gpio_free(unsigned gpio)釋放一個已經申請的引腳，此函數(shù)與gpio_request對應;通過函數(shù)int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value )在管腳處輸出一個電平value（0或者1）;通過函數(shù)int gpio_direction_input(unsigned gpio)讀??；通過函數(shù)static unsigned int gpio_cfg_table［］定義了gpio_table數(shù)組，這個數(shù)組用來定義電話驅動所用的GPIO引腳，總共需要7個引腳，分別為GPI0的0~6口。
2.2.2驅動的編譯與安裝
將底層驅動程序tel.c文件編寫好后放入到/driver/char/mydrivers目錄下，并修改該目錄下的Kconfig和Makefile文件。由于使用動態(tài)加載驅動程序，所以必須先通過make menuconfig和make modules命令生成.ko文件，運行以上兩個命令后其編譯結果如圖4所示。 然后使用adb devices和adb push命令將tel.ko文件傳送到開發(fā)板上，并通過adb shell 命令進入到Android Shell命令模式，即切換到開發(fā)板，最后使用insmod 命令將tel.ko模塊加載到開發(fā)板上。使用以上命令后，其編譯結果如圖5所示。
2.3HAL層軟件
硬件抽象層（Hardware Abstraction Layer，HAL）位于Linux內核上面一層［5］，其具體位置如圖6所示。HAL層主要用于隱藏底層驅動的業(yè)務邏輯，即頂層調用底層驅動的具體細節(jié)，這樣就能夠擺脫Linux開源束縛，使關于驅動開發(fā)的具體細節(jié)不用公開，得到保護。
編譯 HAL 層庫文件方法如下：
（1)首先在 hardware/libhardware/include 目錄下創(chuàng)建tel.h 頭文件。tel.h頭文件主要用于定義hw_module_t、hw_device和hw_module_methods這三個重要的關系緊密的結構體。tel.h也為HAL模塊定義了一個ID，通過這個ID來查找tel的HAL模塊。
（2)然后需要在device/embedsky/tq21目錄下創(chuàng)建名為libwiretelephone的文件夾,在該文件夾中添加tel.c、Android.mk 兩個文件。在HAl層實現(xiàn)了所有撥號驅動的業(yè)務邏輯， 在HAL層通過對GPIO口的控制實現(xiàn)對MT8880撥號芯片發(fā)送部分的控制，使芯片能夠發(fā)出雙音多頻（DTMF）信號。
?。?)運行mmm device/embedsky/tq210/libtel命令生成tel.tq210.so文件，然后將文件復制到開發(fā)板上的/system/lib/hw目錄。最后通過adb device命令和adb push命令將tel.tq210.so文件加載到開發(fā)板上［6］，運行以上命令后，編譯結果如圖7所示。
2.4JNI層軟件
JNI（Java Native Interface）層指的是本地編程接口［7］，其工作原理圖如圖8所示。主要使Java編寫的應用程序和用C、C++編寫的底層驅動及一些本地鏈接庫能夠實現(xiàn)信息的交互。
編譯 JNI 層庫文件的方法如下:
?。?)在Android 文件系統(tǒng)下的 packages /apps 下創(chuàng)建一個名為libtel的文件夾, 再在該文件夾中創(chuàng)建 jni 文件夾,在jni文件夾中創(chuàng)建tel.cpp 和Androi d.mk 文件。在tel.cpp文件中,通過JNINativeMethod定義了JNI函數(shù)的映射。通過 registe_android_server_telService(JNIEnv *env)函數(shù)將JNI程序庫與Java類綁定，系統(tǒng)在成功裝載JNI共享庫后會自動調用JNI_Onload函數(shù)，用于初始化JNI模塊。
（2)在packages/apps/ Wiretelephone/jni/ 目錄下運行mmm,生成libtel.so動態(tài)共享庫［8］，然后使用cp命令將生成的文件復制到開發(fā)板對應的out/target/product/tq210/rootfs_dir/system/lib目錄下。最后通過adb device命令和adb push命令將tel.tq210.so文件加載到開發(fā)板上，運行以上命令，其編譯成功后，結果如圖9所示。
3驅動程序測試
在TQ210開發(fā)板中加載電話撥號程序的APP層程序后，測試驅動能否正常運行，實現(xiàn)其相關功能，有如下幾步：
(1)將TQ210開發(fā)板的相關GPIO接口與示波器相連接,打開開發(fā)板和示波器電源，通過撥號界面撥號時，示波器上出現(xiàn)對應的電平波形，即相關GPIO接口能夠實現(xiàn)輸出功能，內核驅動實現(xiàn)了對通用接口的控制。
(2)將TQ210開發(fā)板、MT8880芯片和電話連接起來，在撥號界面進行撥號, 經測試能順利撥通，即可以控制MT8880芯片產生DTMF信號。
經過以上測試，該驅動程序實現(xiàn)了對MT8880芯片的控制，使整個系統(tǒng)在加載了APP程序后能夠實現(xiàn)撥號功能,如圖10所示。
4結束語
通過以上測試，說明該驅動程序能夠實現(xiàn)對MT8880芯片的控制，即Android可以通過新增驅動模塊識別特定設備，在加載了應用層程序后能夠通過MT8880撥號芯片實現(xiàn)完整的DTMF信號發(fā)送功能。即通過開發(fā)板的通用GPIO口操縱撥號控制芯片，實現(xiàn)語音撥號功能，可以通過在Linux Kernel中添加新的驅動模塊，使得Android能夠識別添加的特定硬件設備。在本文基礎上，如果再添加來電顯示的驅動，控制MT8880的寄存器的設置，實現(xiàn)來電顯示控制，就可以組成一個完整的電話系統(tǒng)。
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