基于Android电话拨号功能的驱动设计

牟跃，周渊平

(四川大学 电子信息学院, 四川 成都 610065)

：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。

：Android;Linux内核; HAL; JNI；MT8880芯片

：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

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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.