淺談Android軟硬件巧妙整合的開發(fā)技巧

Android一詞的本義指“機器人”，同時也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺的開源手機操作系統(tǒng)的名稱，該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應用軟件組成，號稱是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件。目前，最新版本為Android 2.4 Gingerbread和Android 3.0 Honeycomb。

Android是基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)，是Google公司在2007年11月5日公布的手機操作系統(tǒng)。早期由原名為“Android”的公司開發(fā)，谷歌在2005年收購“Android.Inc”后，繼續(xù)進行對Android系統(tǒng)開發(fā)運營，它采用了軟件堆層(software stack，又名軟件疊層)的架構(gòu)，主要分為三部分。底層Linux內(nèi)核只提供基本功能，其他的應用軟件則由各公司自行開發(fā)，部分程序以Java編寫。2011年初數(shù)據(jù)顯示，僅正式上市兩年的操作系統(tǒng)Android已經(jīng)超越稱霸十年的塞班系統(tǒng)，使之躍居全球最受歡迎的智能手機平臺?，F(xiàn)在，Android系統(tǒng)不但應用于智能手機，也在平板電腦市場急速擴張。采用Android系統(tǒng)主要廠商包括臺灣的HTC,(第一臺谷歌的手機G1由HTC生產(chǎn)代工)美國摩托羅拉，SE等，另外還有中國大陸廠商如：華為、中興、聯(lián)想等。

Android以Java為編程語言，從接口到功能，都有層出不窮的變化，其中Activity等同于J2ME的MIDlet，一個 Activity 類(class)負責創(chuàng)建視窗(window)，一個活動中的Activity就是在 foreground(前景)模式，背景運行的程序叫做Service。兩者之間通過由ServiceConnection和AIDL連結(jié)，達到復數(shù)程序同時運行的效果。如果運行中的 Activity 全部畫面被其他 Activity 取代時，該 Activity 便被停止(stopped)，甚至被系統(tǒng)清除(kill)。

View等同于J2ME的Displayable，程序人員可以通過 View 類與“XML layout”檔將UI放置在視窗上，Android 1.5的版本可以利用 View 打造出所謂的 Widgets，其實Widget只是View的一種，所以可以使用xml來設計layout，HTC的Android Hero手機即含有大量的widget。至于ViewGroup 是各種layout 的基礎抽象類(abstract class)，ViewGroup之內(nèi)還可以有ViewGroup。View的構(gòu)造函數(shù)不需要再Activity中調(diào)用，但是Displayable的是必須的，在Activity 中，要通過findViewById()來從XML 中取得View，Android的View類的顯示很大程度上是從XML中讀取的。View 與事件(event)息息相關，兩者之間通過Listener 結(jié)合在一起，每一個View都可以注冊一個event listener，例如：當View要處理用戶觸碰(touch)的事件時，就要向Android框架注冊View.OnClickListener。另外還有Image等同于J2ME的BitMap。

隨著科技的快速演進，現(xiàn)代人對移動通信、無線上網(wǎng)與多媒體娛樂的需求更甚以往，所謂的智能手機(Smart Phone)便成了炙手可熱的個人消費電子產(chǎn)品之一，從Apple不斷推出iPhone企圖顛覆消費者對手機的想象、RIM推出主打商務功能的黑莓機、Google的Android系統(tǒng)讓眾家手機廠商爭食大餅，到微軟屢敗屢戰(zhàn)的從WinMo一路開發(fā)到WP7，智能手機的這塊戰(zhàn)場可說是打的如火如荼。然而在這些眾家競爭者中，Android可說是目前行情看俏的一套操作系統(tǒng)，以國際市調(diào)研究機構(gòu)Gartner最新出爐2010年第三季的調(diào)查為例，采用Android操作系統(tǒng)的智能手機在過去一年以來成長幅度最高，光是市占率便是前一年同期的七倍之多，銷售量更是達到14倍的成長，同時也一舉從市占率排名的第六名竄升到第二名。

*Gartner 2010 Q3 Worldwide Smartphone Sales

Android在過去一直扮演后起之秀的角色，切入智能手機的速度似乎慢了蘋果的iOS一步，但與Apple相同的是，它也成功的將其應用從手機移植到了平板電腦(Tablet PC)上。Android開放源代碼(Open Source)的特性，能輕易地提高廠商對自家產(chǎn)品的接受度，更不用提背后Google的強力撐腰能帶來多大的經(jīng)濟效益。目前可見包括手機廠商HTC、摩托羅拉(Motorola)、三星(SAMSUNG)，以及電腦大廠惠普(HP)與戴爾(Dell)等皆投向Android的懷抱，Android被廣泛應用可說是勢在必行。

盡管Android系統(tǒng)的普及看似指日可待，但在實際的產(chǎn)品應用上，也有其可能產(chǎn)生的問題風險。Android作為一個開放式的操作系統(tǒng)，是Google提供廠商的操作系統(tǒng)參考架構(gòu)(reference design)，廠商能有充足的發(fā)揮空間，以Android為基礎向上開發(fā)設計自家產(chǎn)品，但也因為這樣的開放性與自由性，讓廠商在軟硬件結(jié)合的這個環(huán)節(jié)必須下更大的功夫，像是如何挑選合適的硬件包括基頻處理器、通信芯片、觸控感應芯片、天線與存儲器模組等，以及如何調(diào)整出最適當?shù)能浖O定等，更重要的是如何將軟硬件整合，開發(fā)出差異化的產(chǎn)品。這中間所有的細節(jié)都會對產(chǎn)品最終樣貌產(chǎn)生莫大的影響，像是其功能的完整度、使用接口的設計、效能表現(xiàn)(例如觸控滑動畫面、開啟程序所需時間)、品質(zhì)可靠度、甚至是后續(xù)的固件升級動作等等。

一、解構(gòu)Android基本技術架構(gòu)

首先我們先來看到Android的基本技術架構(gòu)，Android是以Linux為核心，并采用軟件堆迭(software stack)的架構(gòu)延伸發(fā)展的一套軟件平臺與操作系統(tǒng)。根據(jù)下圖可以看出，其基本架構(gòu)分為五層：

*Android Structure by Google

·Linux核心(Linux Kernel)：以Linux開發(fā)提供最底層的核心系統(tǒng)服務，包括安全性(Security)、存儲器管理(Memory Management)、進程管理(Process Management)、網(wǎng)路堆迭(Network Stack)與驅(qū)動程序模型(Driver Model)。

·Android執(zhí)行環(huán)境(Android Runtime)：透過Core Libraries(核心函式庫)以及暫存器型態(tài)的Dalvik Virtual Machine(Dalvik虛擬機器)來執(zhí)行程序。

·系統(tǒng)函式庫(Library)：使用C/C++函式庫的系統(tǒng)組件以供呼叫使用，開發(fā)者可透過上層的應用程序框架來運用這些功能，這也是主要Android設備的效能關鍵。

·應用程序框架(Application Framework)：被設計來簡化組件的再運用，開發(fā)者能完整存取使用與核心應用程序(Core Application)相同的API，應用程序可以發(fā)布功能并為其它應用程序所使用(需受限于其安全性限制)，開發(fā)者也可運用同樣的機制來新增與置換組件。