基于Android平臺的車載信息娛樂系統(tǒng)架構(gòu)研究

引言

車載電子行業(yè)有著巨大的市場潛力，因為車主們期望將用在手機(jī)上面的某些應(yīng)用軟件直接運行在自己的私家車上。但同時也面臨諸多挑戰(zhàn)，車載電子廠商需要滿足不同汽車型號的要求，而且即便是同一品牌的不同車型往往也需要不同的定制。如今的車主們都希望能夠像使用智能手機(jī)一樣隨心所欲地安裝或者刪除應(yīng)用軟件。要將手機(jī)上使用的軟件移植到車載電子系統(tǒng)中，開發(fā)者必須面對一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，即第三方應(yīng)用程序必須在一個隔離的環(huán)境中運行，以此來阻止對其他車載功能模塊的干擾，以及可能使車主信息泄露等威脅。同時，第三方應(yīng)用軟件必須跟車載其他系統(tǒng)有效地結(jié)合起來，以便給用戶帶來更加完美的用戶體驗。最后，第三方軟件開發(fā)者必須針對車載系統(tǒng)的共同特征，開發(fā)一套公用平臺，以方便不同的汽車制造商進(jìn)行移植，而且可以使同一個應(yīng)用程序無縫隙地在不同的品牌的轎車上使用。

本文是對谷歌Android系統(tǒng)應(yīng)用的一種創(chuàng)新擴(kuò)展，它可以對第三方應(yīng)用程序進(jìn)行隔離，并使可信任的第三方應(yīng)用程序有訪問汽車功能軟件層的權(quán)限，加強(qiáng)了對汽車安全的防范。

1 背景知識

人們直觀上感覺汽車內(nèi)部的消費電子似乎只是提供同智能手機(jī)、PDA以及MP3類似的功能，但是由于其在使用時不可避免地要與汽車其他功能模塊接觸，所以車載娛樂電子比其他消費電子要更加復(fù)雜。一般情況下，汽車上面的大多數(shù)應(yīng)用軟件都是廠商在汽車生產(chǎn)的時候已經(jīng)固化好，它們一般會隨著汽車的報廢而報廢，所以其生命周期一般是手機(jī)或者M(jìn)P3的5～10倍。這就要求車載電子設(shè)計公司支持對其出廠后的應(yīng)用程序進(jìn)行長期升級。但由于電子產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，僅靠軟件升級很大程度上提高了成本。

GENIVI聯(lián)盟去年同一些汽車巨頭、芯片設(shè)計巨頭、軟件開發(fā)公司等召開了一次大會，主要討論的是怎樣為車載電子產(chǎn)品建立一個標(biāo)準(zhǔn)公開的開發(fā)平臺。GENIVI提出開發(fā)一個可擴(kuò)展的架構(gòu)，可能會應(yīng)用到下一代車載電子上面，它需要在以下方面進(jìn)行努力：

①通過從開源社區(qū)以及專業(yè)軟件開發(fā)聯(lián)盟獲取無縫隙的軟件補(bǔ)丁以及插件，使其可以增加更多的內(nèi)容和特點，并始終要考慮系統(tǒng)的安全性以及可靠性。

②增加車主和乘客的切身享受，并且盡量使其性價比更高，努力降低設(shè)備成本。

GENIVI的軟件架構(gòu)利用英特爾的Moblin平臺作為框架，通過增加或者刪除組件來滿足特定汽車需求和使用。支持用戶自定義安裝應(yīng)用程序正在討論，同時，許多可供選擇的平臺正在磋商中，谷歌的Android系統(tǒng)便是其中之一。

要強(qiáng)調(diào)的是，目前被GENIVI和Moblin重點強(qiáng)調(diào)支持的汽車電子硬件設(shè)備(CAN總線上網(wǎng)絡(luò)特定的設(shè)備)，當(dāng)前在Android上卻未能實現(xiàn)。但由于Android對開源的大力支持，允許用戶對終端程序安裝并卸載，目前Moblin對這些功能尚未許可。

2 谷歌Android

2007年底，在谷歌主持召開的開放手機(jī)聯(lián)盟大會上，一個完全免費開放的手機(jī)平臺誕生了，其目標(biāo)是要延伸到更為廣泛的硬件設(shè)備當(dāng)中。谷歌Android基本的特點是其開放性，免費的SDK源碼開發(fā)者可以很容易下載得到，Google的號召力以及Android的開源性迅速促使開發(fā)者社區(qū)的形成。

Android是一個主要為手機(jī)設(shè)備提供的開發(fā)平臺，它包含一個系統(tǒng)內(nèi)核、中間層和底層驅(qū)動以及一些綁定的應(yīng)用程序。整個項目有Apache許可證版本2授權(quán)，因此移動運營商、軟件企業(yè)、任何開發(fā)人員可以添加或刪除功能。按照2．0范例協(xié)議，即使不是內(nèi)容提供商，共享應(yīng)用程序都是可能的。該平臺允許一些二次開發(fā)商根據(jù)自己的需要添加新的功能或者應(yīng)用，所以可以很容易開發(fā)出豐富的端對端應(yīng)用程序。

2．1 結(jié)構(gòu)概述

Android系統(tǒng)架構(gòu)由5部分組成：Linux內(nèi)核、庫函數(shù)、Android運行態(tài)、應(yīng)用程序框架、應(yīng)用程序。

在線性架構(gòu)的底層是Linux內(nèi)核，基本上是Linux2．6．27版本。通過Linux內(nèi)核為Android更新補(bǔ)丁，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)服務(wù)程序以及驅(qū)動模塊、內(nèi)存管理、任務(wù)調(diào)度。根文件系統(tǒng)使用rootfs，而數(shù)據(jù)及文件使用YAFFS，它是專門為NAND和NOR存儲器設(shè)計驅(qū)動的文件系統(tǒng)。

應(yīng)用程序框架和Android運行時態(tài)主要通過C／C++庫，這部分庫包括標(biāo)準(zhǔn)的C庫、多媒體庫、圖形界面庫、瀏覽器、字體庫以及數(shù)據(jù)庫。

Android運行態(tài)包括核心庫以及Java Dalvik虛擬機(jī)，Dalvik是一種允許在有限的內(nèi)存上運行多進(jìn)程的虛擬機(jī)，每一個程序運行在一個獨立的Linux進(jìn)程里。

應(yīng)用程序框架由許多類、接口、包組成。它的目的是提供一種簡單、連續(xù)的方式去管理圖形化用戶接口，訪問資源內(nèi)存，收到通知，或者處理來電，主要的組成部分有可視系統(tǒng)、activity類管理、共享管理、資源管理、通知管理、電話管理。

2．2 安全性

Android內(nèi)部進(jìn)程通信以及安全性主要指在安裝第三方應(yīng)用的情況下，盡可能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。底層的許可機(jī)制是由Linux內(nèi)核以及文件系統(tǒng)提供的，基本上可以滿足基于Linux內(nèi)核的其他系統(tǒng)。由于Android設(shè)備針對的是單用戶，因此多用戶服務(wù)的設(shè)備靠分配唯一的標(biāo)識才能應(yīng)用。

此外，Android是靜態(tài)的安全許可系統(tǒng)，它在程序安裝時被強(qiáng)制使用。

2．3 進(jìn)程間的通信

Android有兩種進(jìn)程間通信的模型：intent和code綁定。intent類框架提供上層的進(jìn)程間通信，這是最好的方式，可以動態(tài)地利用SDK包進(jìn)行開發(fā)，并與上層應(yīng)用程式綁定。intent類包含了幾個用來描述調(diào)用者真正意圖的域，調(diào)用者發(fā)送intent給Android的intent解析器，And-roid系統(tǒng)將通過intent過濾器從所有的應(yīng)用程序中選擇最適合處理該intent的activity類。intent域包含了期望的處理方式、類以及數(shù)據(jù)字符、數(shù)據(jù)的MIME類型。
intent能夠被用來觸發(fā)activities，發(fā)送數(shù)據(jù)給廣播并啟動相應(yīng)的服務(wù)。安全性方面的限制主要通過Android系統(tǒng)提供的權(quán)限框架類來實現(xiàn)。