Android一詞的本義指“機(jī)器人”,同時(shí)也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺(tái)的開源手機(jī)操作系統(tǒng)的名稱,該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成,號(hào)稱是首個(gè)為移動(dòng)終端打造的真正開放和完整的移動(dòng)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(jī)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(jìn)行對(duì)Android系統(tǒng)開發(fā)運(yùn)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(yīng)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(jī)平臺(tái)?,F(xiàn)在,Android系統(tǒng)不但應(yīng)用于智能手機(jī),也在平板電腦市場(chǎng)急速擴(kuò)張。采用Android系統(tǒng)主要廠商包括臺(tái)灣的HTC,(第一臺(tái)谷歌的手機(jī)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(gè) Activity 類(class)負(fù)責(zé)創(chuàng)建視窗(window),一個(gè)活動(dòng)中的Activity就是在 foreground(前景)模式,背景運(yùn)行的程序叫做Service。兩者之間通過由ServiceConnection和AIDL連結(jié),達(dá)到復(fù)數(shù)程序同時(shí)運(yùn)行的效果。如果運(yùn)行中的 Activity 全部畫面被其他 Activity 取代時(shí),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(shí)Widget只是View的一種,所以可以使用xml來設(shè)計(jì)layout,HTC的Android Hero手機(jī)即含有大量的widget。至于ViewGroup 是各種layout 的基礎(chǔ)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(guān),兩者之間通過Listener 結(jié)合在一起,每一個(gè)View都可以注冊(cè)一個(gè)event listener,例如:當(dāng)View要處理用戶觸碰(touch)的事件時(shí),就要向Android框架注冊(cè)View.OnClickListener。另外還有Image等同于J2ME的BitMap。
隨著科技的快速演進(jìn),現(xiàn)代人對(duì)移動(dòng)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(jī)(Smart Phone)便成了炙手可熱的個(gè)人消費(fèi)電子產(chǎn)品之一,從Apple不斷推出iPhone企圖顛覆消費(fèi)者對(duì)手機(jī)的想象、RIM推出主打商務(wù)功能的黑莓機(jī)、Google的Android系統(tǒng)讓眾家手機(jī)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(jī)的這塊戰(zhàn)場(chǎng)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(jī)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(jī)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(dá)到14倍的成長,同時(shí)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(jī)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(yīng)用從手機(jī)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(duì)自家產(chǎn)品的接受度,更不用提背后Google的強(qiáng)力撐腰能帶來多大的經(jīng)濟(jì)效益。目前可見包括手機(jī)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(yīng)用可說是勢(shì)在必行。
盡管Android系統(tǒng)的普及看似指日可待,但在實(shí)際的產(chǎn)品應(yīng)用上,也有其可能產(chǎn)生的問題風(fēng)險(xiǎn)。Android作為一個(gè)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(chǔ)向上開發(fā)設(shè)計(jì)自家產(chǎn)品,但也因?yàn)檫@樣的開放性與自由性,讓廠商在軟硬件結(jié)合的這個(gè)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(yīng)芯片、天線與存儲(chǔ)器模組等,以及如何調(diào)整出最適當(dāng)?shù)能浖O(shè)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(xì)節(jié)都會(huì)對(duì)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(shè)計(jì)、效能表現(xiàn)(例如觸控滑動(dòng)畫面、開啟程序所需時(shí)間)、品質(zhì)可靠度、甚至是后續(xù)的固件升級(jí)動(dòng)作等等。
一、解構(gòu)Android基本技術(shù)架構(gòu)
首先我們先來看到Android的基本技術(shù)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(tái)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(wù),包括安全性(Security)、存儲(chǔ)器管理(Memory Management)、進(jìn)程管理(Process Management)、網(wǎng)路堆迭(Network Stack)與驅(qū)動(dòng)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(jī)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(yīng)用程序框架來運(yùn)用這些功能,這也是主要Android設(shè)備的效能關(guān)鍵。
·應(yīng)用程序框架(Application Framework):被設(shè)計(jì)來簡化組件的再運(yùn)用,開發(fā)者能完整存取使用與核心應(yīng)用程序(Core Application)相同的API,應(yīng)用程序可以發(fā)布功能并為其它應(yīng)用程序所使用(需受限于其安全性限制),開發(fā)者也可運(yùn)用同樣的機(jī)制來新增與置換組件。
·應(yīng)用程序(Application):所有Android應(yīng)用程序皆是以Java程序語言編寫,原始就會(huì)包含像是Email、簡訊、日歷、地圖、瀏覽器、聯(lián)絡(luò)人等其它應(yīng)用程序,讓用戶一開始就擁有這些基本功能,開發(fā)者也可在此客制其使用接口。
廠商越想要設(shè)計(jì)出與原始設(shè)定不同且增強(qiáng)效能的產(chǎn)品,便越需要對(duì)這五層架構(gòu)進(jìn)行修改。譬如像是多任務(wù)處理能力(multi-tasking),便可能需要修改包括Linux核心與應(yīng)用程序框架的設(shè)計(jì);而應(yīng)用程序的開發(fā)者更可能需要針對(duì)應(yīng)用程序與框架進(jìn)行調(diào)整。由此可見,對(duì)Android設(shè)備而言,任何一個(gè)功能的置入或是對(duì)硬件設(shè)定的細(xì)微更動(dòng),都需要對(duì)Android系統(tǒng)進(jìn)行從下到上的調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)化的效能,而這正是最為困難與需要驗(yàn)證的一環(huán)。
二、Android設(shè)備軟硬件整合的五大技術(shù)環(huán)節(jié)
如前所述,對(duì)眾家開發(fā)廠商而言最大的挑戰(zhàn)其實(shí)在于,如何將自己理想的產(chǎn)品訴求,與Android系統(tǒng)巧妙結(jié)合成一個(gè)功能完整并使用流暢順手的產(chǎn)品,這其中牽涉了不同技術(shù)間的整合與運(yùn)用。在此我們便根據(jù)其多年的測(cè)試與研究經(jīng)驗(yàn),歸納出五大Android相關(guān)設(shè)備在技術(shù)整合上的重要環(huán)節(jié):
1、Linux驅(qū)動(dòng)程序的導(dǎo)入
由于Android是根源于Linux所延伸出來的操作系統(tǒng),因此各種關(guān)鍵功能的驅(qū)動(dòng)程序也必須要能順利的寫入其中,舉凡像是字符設(shè)備、存儲(chǔ)器的空間配置、中斷處理、網(wǎng)路通信、螢?zāi)伙@示或是連接接口像是USB與PCI的驅(qū)動(dòng)程序,這些可能是自行撰寫、或是來自不同組件廠商的驅(qū)動(dòng)程序,都必須要能被導(dǎo)入到Android系統(tǒng),并維持良好穩(wěn)定的效能表現(xiàn)。
2、系統(tǒng)單芯片的優(yōu)化處理
對(duì)廠商而言,開發(fā)一款A(yù)ndroid設(shè)備,不僅僅只是將所有零組件組合成為一個(gè)產(chǎn)品那么容易,最大的學(xué)問便在于將系統(tǒng)單芯片(System-on-a-chip,SoC)、各種新技術(shù)和Android系統(tǒng)進(jìn)行整合,SoC涉及像是Dalvik Virtual Machine、OpenGL、V8、Webkit Engine等上層的演算,與Android間的結(jié)合便必須透過不斷的嘗試與驗(yàn)證,才能研發(fā)出既符合成本效益、又有良好效能的優(yōu)化產(chǎn)品。目前市面上有些SoC廠商已針對(duì)Android系統(tǒng)的特性,提供整合過的SoC平臺(tái),將藍(lán)牙、相機(jī)或上網(wǎng)等常用功能模組預(yù)先寫入,減少終端成品廠商費(fèi)力整合開發(fā)的時(shí)間,但對(duì)廠商而言,這樣的預(yù)先整合是否適合自身產(chǎn)品,以及是否需要再作更細(xì)致的修改,則又是更困難的課題。
3、新技術(shù)的移植
隨著技術(shù)的快速發(fā)展,更多新興的技術(shù)規(guī)格也逐漸應(yīng)用在手機(jī)等手持設(shè)備上,以手機(jī)為例,已經(jīng)從過去以撥打電話為主要功能,轉(zhuǎn)變?yōu)閾碛懈鞣N多樣化用途的產(chǎn)品。像是觸控技術(shù)讓消費(fèi)者可以透過手指的滑動(dòng)傳送指令甚至是具備多點(diǎn)觸控的支持、Wi-Fi模組提供隨時(shí)無線上網(wǎng)的可能、通用圖形處理器(General-purpose computing on graphics procESSing units,GPGPU)則能以并行方式透過圖形處理器來執(zhí)行通用計(jì)算任務(wù)、Android 2.3版所支持的NFC近場(chǎng)通信技術(shù),以及更高階的相機(jī)模組等等,背后都有各自的驅(qū)動(dòng)程序與軟件技術(shù),也必須要與Android系統(tǒng)相結(jié)合使用。
4、效能表現(xiàn)的穩(wěn)定
盡管上述這些技術(shù)不斷推陳出新,但也都不能因此而犧牲設(shè)備原本的效能表現(xiàn),讓處理速度因此變慢或造成使用上不順暢的狀況。除了采用更好的硬件設(shè)備外(例如現(xiàn)今處理器的時(shí)脈已邁向1GHz),更需要操作系統(tǒng)的支持,像是如何在多任務(wù)運(yùn)作的狀況下維持程序執(zhí)行速度以及系統(tǒng)滿載的處理等等,都必須要透過軟件面的奧援。也就是說,一臺(tái)Android設(shè)備除了要能將各種功能與技術(shù)收納起來、將軟硬件整合外,更必須同時(shí)注重它在效能上能否維持應(yīng)有的水準(zhǔn),以提供使用者在操作上流暢易上手的感受。
5、低電耗設(shè)計(jì)
Android的設(shè)計(jì)概念主要是應(yīng)用于便攜式設(shè)備上,目前市面上可見的像是平板電腦與智能手機(jī)等。對(duì)這類產(chǎn)品而言,電池續(xù)航力的好壞可說是影響消費(fèi)者使用感受的關(guān)鍵之一,試想,若是一臺(tái)智能手機(jī)的待機(jī)時(shí)間過短,而使用者在外時(shí)又無法隨時(shí)充電使用,不能即時(shí)的連網(wǎng)查詢資料或執(zhí)行其他手機(jī)功能,這樣的產(chǎn)品便失去了它作為便攜式移動(dòng)設(shè)備應(yīng)有的便利性。追根究底,良好的待機(jī)時(shí)間除了需仰賴高容量的電池以提供充足電力之外,另一個(gè)重點(diǎn)就是設(shè)備本身在被使用執(zhí)行時(shí)能否作到低電耗設(shè)計(jì)。Android設(shè)備讓使用者能透過各種多樣化的應(yīng)用程序,來達(dá)到各種不同的使用目的,舉凡像是單純上網(wǎng)、觀看新聞、郵件推播或是游戲等等,各種不同功能的程序都能透過自由下載使用,也由于其多任務(wù)處理與讓程序背景執(zhí)行的能力,更讓降低耗電量成為開發(fā)者不可輕忽的一項(xiàng)課題。
持續(xù)驗(yàn)證修正找出最佳Android整合方案
正如前面我們不斷提到的,對(duì)Android設(shè)備而言,最困難的開發(fā)挑戰(zhàn)便在于如何完美地“整合”軟件與硬件,以開發(fā)出一項(xiàng)功能完整又同時(shí)注重使用者感受的產(chǎn)品。從對(duì)Android本身程序碼的修改、相關(guān)硬件的選擇,到驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)合運(yùn)用以及能否維持穩(wěn)定的效能表現(xiàn)等,在在都必須要透過仔細(xì)的研究與不斷的嘗試,才能找出問題的根源并解決、更進(jìn)而找出最合適的整合方案。
像是Android源代碼中對(duì)音源的重新取樣(Re-sampling)設(shè)計(jì),就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備在讀取48K音源時(shí)重新取樣成44K,而造成諧波失真的現(xiàn)象影響音質(zhì),這便是廠商不會(huì)注意到而未去修改的問題;另外像是天線位置的設(shè)計(jì),也可能直接的影響到收訊能力的好壞;而不良的電源管理設(shè)計(jì),也極有可能影響到設(shè)備在持續(xù)使用狀態(tài)中的耗電情形。百佳泰在此僅以專業(yè)測(cè)試驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室的角度,希冀以宏觀的方式,針對(duì)Android設(shè)備的開發(fā)設(shè)計(jì)提供可用的參考,近期內(nèi)我們也將會(huì)提供實(shí)際的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)告,并進(jìn)一步指陳這些可能的問題風(fēng)險(xiǎn),以期讓更多廠商與消費(fèi)者都能注意到品質(zhì)驗(yàn)證的重要性,是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的根源就要開始層層把關(guān)。
Android 是運(yùn)行于 Linux kernel之上,但并不是GNU/Linux。因?yàn)樵谝话鉍NU/Linux 里支持的功能,Android 大都沒有支持,包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。Android又以bionic 取代Glibc、以Skia 取代Cairo、再以opencore 取代FFmpeg 等等。Android 為了達(dá)到商業(yè)應(yīng)用,必須移除被GNU GPL授權(quán)證所約束的部份,例如Android將驅(qū)動(dòng)程序移到 userspace,使得Linux driver 與 Linux kernel徹底分開。bionic/libc/kernel/ 并非標(biāo)準(zhǔn)的kernel header files。Android 的 kernel header 是利用工具由 Linux kernel header 所產(chǎn)生的,這樣做是為了保留常數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與宏?! ∧壳癆ndroid 的 Linux kernel控制包括安全(Security),存儲(chǔ)器管理(Memory Management),程序管理(Process Management),網(wǎng)絡(luò)堆棧(Network Stack),驅(qū)動(dòng)程序模型(Driver Model)等。下載Android源碼之前,先要安裝其構(gòu)建工具 Repo來初始化源碼。Repo 是 Android 用來輔助Git工作的一個(gè)工具。