基于Android的智能手机的设计与实现

武汉理工大学硕士学位论文基于Android的智能手机的设计与实现姓名：熊刚申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：李宁20100501中文摘要随着社会的发展，目前全球的手机用户数量已经超过了ＰＣ机的数量，而且手机的数量正在快速增长，其中智能手机所占的比例越来越大，特别是随着３Ｇ技术发展时代的到来，移动互联网将是一个巨大的市场，许多国际大公司以及国内的大公司都在抢占智能手机领域的市场份额。这期间，出现的智能手机可谓五花八门，种类繁多，但是真正好用，受用户喜爱的智能手机并不多。Ａｎｄｒｏｉｄ的出现带给了智能手机领域更多的机遇和挑战，由于Ａｎｄｒｏｉｄ基于Ｌｉｎｕｘ内核且具有开源、免费的特性，它迅速得到广大爱好者以及许多厂商的支持。本文所对应的研究项目是一个基于Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机的设计和实现，该智能手机在硬件上采用Ｍａｒｖｅｌｌ公司的ＰＸＡ３１０处理器，其处理速度可达６２４ＭＨｚ，除了一般手机必备的外设之外，还带有摄像头、蓝牙、ＷｉＦｉ、ＧＰＳ等较高端的外围设备；在软件上，采用了Ｇｏｏｇｌｅ推出的Ａｎｄｒｏｉｄ系统。本文首先对课题背景做了阐述，包括智能手机操作系统目前的状况、Ａｎｄｒｏｉｄ的优势以及相关产品的介绍、课题研究目的及意义、系统设计目标、论文主要工作；然后针对Ａｎｄｒｏｉｄ的特性给出本系统开发环境的搭建方法以及下载源码和编译源码的方法，为降低成本对本系统采用的调试方法进行了分析和选择：进而对系统的硬件和软件进行设计，硬件设计包括硬件总体设计、处理器设计、存储器设计、音频模块设计、基带模块设计、蓝牙模块设计、ＵＳＢ模块设计等，软件设计包括本系统启动代码的移植、内核的移植、文件系统的制作，接着对一些有代表性的驱动进行了比较详细的分析。对于内核移植，Ａｎｄｒｏｉｄ内核移植和标准Ｌｉｎｕｘ内核移植有些差别；对于Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统制作，需要编译Ａｎｄｒｏｉｄ源码得到内容，和普通Ｌｉｎｕｘ文件系统制作有所区别；对于驱动，Ａｎｄｒｏｉｄ下驱动和Ｌｉｎｕｘ驱动不完全相同，比如Ａｎｄｒｏｉｄ音频系统中对路由的选择可以通过配置文件实现，再比如Ａｎｄｒｏｉｄ下ＬＣＤ驱动需要双缓冲等。在这之后对Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序的蓝牙模块进行了深入的分析；最后进行了总结并指出本智能手机需要改进的地方。关键词：Ａｎｄｒｏｉｄ，智能手机，Ｌｉｎｕｘ，ＰＸＡ３１０ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｏｃｉｅｔｙ，ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｓｈａｓｅｘｃｅｅｄｅｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆＰＣｍａｃｈｉｎｅｓ，ａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｓｉｓｇｒｏｗｉｎｇｒａｐｉｄｌｙ，ｗｈｉｃｈｓｍａｒｔｐｈｏｎｅｍａｒｋｅｔｓｈａｒｅｉｓｇｒｏｗｉｎｇ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｒｏａｃｈｏｆ３Ｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｅｒａ，ｍｏｂｉｌｅＩｎｔｅｒｎｅｔｗｉｌｌｈａｖｅａｈｕｇｅｍａｒｋｅｔ，ｍａｎｙｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐａｎｉｅｓａｎｄｄｏｍｅｓｔｉｃｌａｒｇｅｃｏｍｐａｎｉｅｓｔｒｙｔｏｅｘｐａｎｄｉｔｓｍａｒｋｅｔｓｈａｒｅ，ｔｏｄａｙ，ｔｈｅｒｅａｒｅａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｓｍａｒｔｐｈｏｎｅｓ，ｂｕｔｎｏｔａｌｌｏｆｔｈｅｍａｒｅｌｏｖｅｄｂｙｔｈｅｕｓｅｒｓ．ＴｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｅｏｆＡｎｄｒｏｉｄｂｒｉｎｇｓｍｏｒｅｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｉｎｔｈｉｓｆｉｅｌｄ．ＡｎｄｒｏｉｄｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＬｉｎｕｘｋｅｒｎｅｌａｎｄｈａｓｏｐｅｎａｎｄｆｒｅｅｆｅａｔｕｒｅ，ｉｔｑｕｉｃｋｌｙｈａｄｔｈｅｏｖｅｒｗｈｅｌｍｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｏｆｆａｎｓ，ａｎｄｍａｎｙｖｅｎｄｏｒｓ．。ＴｈｅｐｒｏｊｅｃｔｍｏｂｉｌｅｏｆｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｐａｐｅｒｉｓｏｎａｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｓｍａｒｔｕｓｅｓｐｈｏｎｅｂａｓｅｄＡｎｄｒｏｉｄ．Ａｔｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ，ｉｔＭａｒｖｅｌｌ’ＳＰＸＡ３１０ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｐｅｅｄｕｐｔｏｐｈｏｎｅ’Ｓｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓｉｔａｌｓｏｈａｓ６２４ＭＨｚ，ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｍｏｂｉｌｅａｎｄｏｔｈｅｒｃａｍｅｒａ，ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ，ＷｉＦｉ，ＧＰＳＧｏｏｇｌｅ’Ｓｈｉ【ｇｈｅｎｄｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ；Ａｔｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ，ｉｔｕｓｅｓＡｎｄｒｏｉｄｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｆｉｒｓｔｄｅｓｃｒｉｂｅｄｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｓｍａｒｔｐｈｏｎｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，Ａｎｄｒｏｉｄ’Ｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｄｕｃｔ，ｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅａｎｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ，ｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｇｏａｌｓａｎｄｔｈｅｍａｉｎｗｏｒｋｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｏ；Ｔｈｅｎｇｉｖｅｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｈｏｗｔｏｓｅｔｕｐｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｓｙｓｔｅｍｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｈｏｗｔｏｄｏｗｎｌｏａｄｔｈｅＡｎｄｒｏｉｄｓｏｕｒｃｅｔｏｓｅｌｅｃｔｃｏｄｅａｎｄｂｕｉｌｄｉｔ，ｈｏｗｄｅｂｕｇｇｉｎｇｔｏｏｌｓｆｏｒｒｅｄｕｃｅｃｏｓｔｓ；Ａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｂｉｅｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’Ｓｈａｒｄｗａｒｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｒｄｅｓｉｇｎ，ｍｅｍｏｒｙｄｅｓｉｇｎ，ａｕｄｉｏＵＳＢｍｏｄｕｌｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ，ｂａｓｅｂａｎｄｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎ，ｂｌｕｅｔｏｏｔｈｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎ，ｄｅｓｉｇｎ；Ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｂｏｏｔｌｏａｄｅｒｐｏｒｔｉｎｇ，ｋｅｒｎｅｌｐｏｒｔｉｎｇ，ｈｏｗｔｏｍａｋｅｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ，ｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｏｍｅｓａｍｐｌｅｄｒｉｖｅｒｓ．Ｆｏ｝ｔｈｅｋｅｒｎｅｌｐｏｒｔｉｎｇ，ＡｎｄｒｏｉｄｋｅｒｎｅｌｐｏｒｔｉｎｇｈａｓｓｏｍｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｗｉｔｈｓｔａｎｄａｒｄＬｉｎｕｘｋｅｒｎｅｌｐｏｒｔｉｎｇ．Ｆｏｒｔｈｅａｎｄｒｏｉｄｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｒｅｑｕｉｒｅｓｔｏｂｕｉｌｄＡｎｄｒｏｉｄａｓｓｏｕｒｃｅｃｏｄｅ，ｉｔｈａｓｓｏｍｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｗｉｔｈｇｅｎｅｒａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＬｉｎｕｘｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍｓ．Ｆｏｒｔｈｅｄｒｉｖｅｒ，ｔｈｅＡｎｄｒｏｉｄｄｒｉｖｅｒａｎｄＬｉｎｕｘｄｒｉｖｅｒｉＳｎｏｔｅｘａｃｔｌｙｔｈｅｓａｍｅ，ｓｕｃｈＡｎｄｒｏｉｄａｕｄｉｏＩＩｓｙｓｔｅｍｏｎｔｈｅｒｏｕｔｅｏｆｃｈｏｉｃｅｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｆｉｌｅ，ａｎｄｔｈｅＡｎｄｒｏｉｄＬＣＤｄｒｉｖｅｒｎｅｅｄｓｄｏｕｂｌｅｂｕｆｆｅｒｉｎｇ，ｅｔｃ．Ａｆｔｅｒｔｈｉｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅＡｎｄｒｏｉｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｂｌｕｅｔｏｏｔｈｍｏｄｕｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｍａｄｅａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎａｎｄｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｉｓｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｎｄｒｏｉｄ，ＳｍａｒｔＰｈｏｎｅ，ｔｉｎｕｘ，ＰＸＡ３１０ＩＩＩ独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：鲫学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：稚融１导师（签名）涛与日期知加．ｓ．穆武汉理工大学硕士学位论文第１章绪论１．１课题研究背景１．１．１智能手机操作系统现状智能手机是指像电脑一样可以通过下载安装软件来拓展手机出厂的基本功能的手机，一般具有智能手机操作系统。相对于非智能手机，无论在功能还是处理速度上都有很大的提高。目前全球市场份额排名前四的智能手机操作系统依次是ｉＰｈｏｎｅＯＳ、Ｓｙｍｂｉａｎ、ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙＯＳ和Ａｎｄｒｏｉｄ，其中Ａｎｄｒｏｉｄ最年轻，市场份额正迅速增加。下面简单介绍除Ａｎｄｒｏｉｄ之外的几款常用的智能手机系统。１、ｉＰｈｏｎｅＯＳｉＰｈｏｎｅＯＳ是苹果公司专门为ｉＰｈｏｎｅ开发的智能手机系统。主要用在ｉＰｈｏｎｅ和ｉＰｏｄｔｏｕｃｈ上。ｉＰｈｏｎｅＯＳ最突出的优点是可以使用多点触控操作，这样使得操作ｉＰｈｏｎｅ非常方便。目前ｉＰｈｏｎｅＯＳ在智能手机操作系统的市场份额占据第一位１１１。２、ＳｙｍｂｉａｎＳｙｍｂｉａｎ最开始由诺基亚、索爱、ＭＯＴＯ、西门子等公司出资组建，专门研发手机操作系统，现如今被诺基亚收购，成为诺基亚全资公司。Ｓｙｍｂｉａｎ操作系统在智能移动终端上拥有非常强大的应用程序和通信能力。目前Ｓｙｍｂｉａｎ在智能手机操作系统的市场份额占据第二位【到。３、ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙＯＳＢｌａｃｋＢｅｒｒｙＯＳ是ＲＩＭ专用的智能手机操作系统。ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ在美国市场占有率相对最高，ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ的比较具有个性的设计就是宽大的屏幕和便于输入的ＱＷＥＲＴＹ全键盘，所以ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ在移动电子电邮方面非常方便，由于我国用手机发短信多于发电子邮件，所以ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ系统的邮件优势在中国不存在，目前ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙＯＳ在智能手机操作系统的市场份额占据第三位，ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ手机市场主要在美副３１。武汉理Ｔ大学硕七学位论文４、ＷｉｎｄｏｗｓＭｏｂｉｌｅ微软用于ＰｏｃｋｅｔＰＣ和Ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ的软件平台。ＷｉｎｄｏｗｓＭｏｂｉｌｅ系统将大家熟悉的Ｗｉｎｄｏｗｓ桌面延伸到了移动设备中。ＷｉｎｄｏｗｓＭｏｂｉｌｅ是Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ为手持设备推出的“Ｗｉｎｄｏｗｓ移动版”，目前最新的版本是ＷｉｎｄｏｗｓＭｏｂｉｌｅ６．１。受Ａｎｄｒｏｉｄ的冲击，目前ＷｉｎｄｏｗｓＭｏｂｉｌｅ在智能手机操作系统的市场份额下降到４％左右１４１。５、ＬｉｎｕｘＯＳＬｉｎｕｘ凭借其开放源代码、免费的优势，经过来自全球程序员的努力，再加上Ｇｏｏｇｌｅ、ＩＢＭ等计算机巨头的支持，Ｌｉｎｕｘ在手机操作系统市场中成为一股新生的力量，尤其是在许多知名厂商如摩托罗拉宣布支持Ｌｉｎｕｘ手机操作系统之后，Ｌｉｎｕｘ的市场份额有增加的趋势。目前基于Ｌｉｎｕｘ的智能手机占有７．３％的市场份额ｌ５。。６、ＰａｌｍＯＳＰａｌｍＯＳ由Ｐａｌｍ公司研发，是一种３２位的嵌入式操作系统，它的操作界面采用触控式，几乎所有的控制选项都排列在屏幕上，使用触控笔进行所有操作。目前基于ＰａｌｍＯＳ的智能手机占有２．３％的市场份副引。１．１．２Ａｎｄｒｏｉｄ商业运作模式及优势目前手机数量以大大超过传统ＰＣ机数量，随着３Ｇ时代的到来，手机上网将变得越来越方便和普及，谷歌作为一个互联网巨头，当然不会放过这个巨大的市场，谷歌希望将自身在网络广告领域的垄断优势扩展至手机互联网。Ａｎｄｒｏｉｄ作为一个通用的手机操作系统，任何一家厂商均可使用，这点和Ｍｏｂｉｌｅ类似，但是不同的是Ａｎｄｒｏｉｄ整套系统完全开源和免费，而Ｍｏｂｉｌｅ是需要收取一定授权费用。这也就是为什么Ａｎｄｒｏｉｄ市场占有率在短时间Ｗｉｎｄｏｗｓ内大大超过ＷｉｎｄｏｗｓＭｏｂｉｌｅ的主要原因。Ａｎｄｒｏｉｄ和ｉＰｈｏｎｅＯＳ、Ｓｙｍｂｉａｎ、ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙＯＳ等系统在商业运作上有很大的不同：ｉＰｈｏｎｅＯＳ只为苹果的ｉＰｈｏｎｅ所用，并由苹果严格控制；诺基亚、索爱各自运维着与自家硬件紧密结合的Ｓｙｍｂｉａｎ版本；而ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙＯＳ是ＲＩＭ专用的操作系统；Ａｎｄｒｏｉｄ则采用了联盟的方式，几乎世界上所有的大厂商都加入了谷歌手机开放联盟，如国外的知名企业：包括Ｇｏｏｇｌｅ、ＨＴＣ（宏达电）、Ｔ－Ｍｏｂｉｌｅ、高通、摩托罗拉、三星、ＬＧ等，国内的知名企：中国移动、联通、２武汉理工人学硕十学位论文电信和华为、联想等都加入到这个大家族中。显然，这些大公司的加入有助于自己推出Ａｎｄｒｏｉｄ相关的产品，同时也增强了Ａｎｄｒｏｉｄ的生命力：如今移动设备的处理器九成以上采用ＡＲＭ核，造成这种局面最重要的一个原因是ＡＲＭ公司和全世界各半导体厂商的合作所带来的强大生命力，在这点上，Ａｎｄｒｏｉｄ与ＡＲＭ的商业运作有些许类似ｒ丌。在软件上，Ａｎｄｒｏｉｄ与其它硬件厂商的结合度越高，第三方厂商就越可能考虑采用它，第三方硬件厂商可以扩展Ａｎｄｒｏｉｄ本身不支持的功１Ｈ‘Ｅ（比如和Ａｎｄｒｏｉｄ界面完全不同的独有界面），可以增加针对某些设备特有的功能。由于不同网络服务提供商、不同手机制造商的用户需要不同的设置，对于这种情况，Ａｎｄｒｏｉｄ系统本身并没有集成任何一种形式的应用管理程序，因此Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机的软件安装、系统升级、多媒体同步、应用软件管理以及云同步在不同的手机上可以以不同的形式出现ｐＪ。对于手机用户而言，Ａｎｄｒｏｉｄ拥有应用程序Ｍａｒｋｅｔ，类似于ｉＰｈｏｎｅＡｐｐＳｔｏｒｅ，Ｍａｒｋｅｔ上有大量的应用程序，Ａｎｄｒｏｉｄ手机可以通过网络在线安装，且绝大部分应用程序免费并开源，这是Ｍａｒｋｅｔ优于ＡｐｐＳｔｏｒｅ的地方。在当今的软件大环境方面，软件的环境正在逐渐改变，微软这种软件巨头在压力下，也不得不将ＷｉｎｄｏｗｓＭｏｂｉｌｅ开源，软件免费开源已成为一种趋势。软件的含义正在改变，传统软件业以微软为代表，纯粹是卖软件，卖一份软件，获得一份收入。而以谷歌为代表的一些企业，已经不将卖软件作为公司的主要收入来源，甚至它的所有软件都免费，给用户提供免费的服务。卖服务而不是卖软件已成为一种趋势Ｉ引。云计算的出现，将会是传统软件的一种颠覆，目前许多公司，如ｍＭ，亚马逊、微软、Ｇｏｏｇｌｅ等都以投入到云计算中，其中Ｇｏｏｇｌｅ走在前列，并有很多此类产品，比如ＧｏｏｇｌｅＤｏｃｓ就可以完成在线的办公文档的编辑、保存、打印等。Ａｎｄｒｏｉｄ是Ｇｏｏｇｌｅ推出的产品，其对网络的支持是任何其他智能手机系统无法比拟的，可以说Ａｎｄｒｏｉｄ就是应网络而生，随着３Ｇ时代的到来，Ａｎｄｒｏｉｄ对３Ｇ的良好支持，Ａｎｄｒｏｉｄ在网络方面的优势更为突出。Ｇｏｏｇｌｅ将在２０１０年正式发布ＣｈｒｏｍｅＯＳ，ＣｈｒｏｍｅＯＳ主要运行在类ＰＣ机器上，而Ａｎｄｒｏｉｄ则主要运行于移动设备上，有了这两者的组合，几乎适用于个人终端的所有领域，再加上Ｇｏｏｇｌｅ的各种服务，相信在不久的将来，微软的霸主地位将被Ｇｏｏｇｌｅ取代，Ａｎｄｒｏｉｄ的产品将随处可见。３武汉理１＝大学硕士学位论文１．１．３Ａｎｄｒｏｉｄ产品现状由于Ａｎｄｒｏｉｄ采用Ｌｉｎｕｘ内核，基本上可以跑Ｌｉｎｕｘ的平台，就可以跑Ａｎｄｒｏｉｄ，Ｌｉｎｕｘ作为一个高速发展的开源平台，目前兼容的平台种类和数量是其它智能手机无法比拟的。虽然Ａｎｄｒｏｉｄ是专门针对手机设计的系统，但是目前Ａｎｄｒｏｉｄ的应用绝不局限于手机，已经有大量的手持设备如ＰＤＡ、ＭＰ４、ＧＰＳ等采用了Ａｎｄｒｏｉｄ系统，甚至有厂商将Ａｎｄｒｏｉｄ应用在上网本、机顶盒上。下面介绍比较典型的基于Ａｎｄｒｏｉｄ的手机ＧｏｏｇｌｅＯｎ和ＮｅｘｕｓＯｎｅ。ＧｏｏｇｌｅＯｎ是Ａｎｄｒｏｉｄ发展历史上第一款基于Ａｎｄｒｏｉｄ的产品，此手机由中国台湾宏达（Ｈ１陀）制造，简称Ｇ１，代号为Ｄｒｅａｍ，最开始于２００８年１０月２２日由美国Ｔ．Ｍｏｂｉｌｅ在美国运营。Ｇ１中包含了丰富的软件：包含基于Ｗｅｂｋｉｔ核的浏览器、即时通软件（腾讯ＱＱ、雅虎通、ＭＳＮ等）、音乐播放器、视频播放、ＧｏｏｇｌｅＭａｐｓ、客户端电子邮件收发器、Ｇｍａｉｌ电子邮件、Ｙｏｕｔｕｂｅ在线视频播放客户端软件【１１Ｊ。ＮｅｘｕｓＯｎｅ是谷歌推出的自主品牌手机，也是Ｇｏｏｇｌｅ的第一款自主品牌手机，Ｇｏｏｇｌｅ曾经在主页上对其进行推广。该手机采用了最新的Ａｎｄｒｏｉｄ２．１系统，机身超薄，仅仅为１１．５毫米，但是丝毫没有降低作为一款高档Ａｎｄｒｏｉｄ手机所具有的功能。该智能机采用了３．７英寸触控屏，可以提供高达ＷＶＧＡ的分辨率，为获得更好的处理速度，该智能机采用了高通Ｓｎａｐｄｒａｇｏｎ处理器，其频率高达１ＧＨｚ。该智能机还配置了５００万像素摄像头，具有自动聚焦功能，支持ＧＰＳ／Ａ．ＧＰＳ导航以及电子罗盘，支持的网络服务有ＷＣＤＭＡ／ＨＳＤＰＡ，带有无线局域网功能（具备Ｗｉ．Ｆｉ），提供丰富的娱乐功能，采用３．５毫米耳机接口。另外还具备其他诸如轨迹球多彩ＬＥＤ提示、光线光和距离感应器、加速计、ＵＳＢ２．０连接、电子邮件收发、ＨＴＭＬ网络浏览以及完整的Ｇｏｏｇｌｅ服务１１引。１．２课题研究目的及意义本课题围绕设计一个Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机为中心，从软件和硬件上分析Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机的开发流程和基本的方法、技巧。本文从软件的最底层到最上层进行了分析：从启动代码到内核再到驱动、文件系统，最后到Ａｎｄｒｏｉｄ应用层，在应用层以蓝牙为例进行了深入的分析。本文对底层软件以及上层软件开发过４武汉理１二大学硕士学位论文程中的环境进行了介绍，针对每层的特点对调试方法进行了分析和选择；在硬件上，给出了系统的总体设计框图，以及各个主要模块的电路图。为设计和开发一个Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机提供了一个参考。１．３系统设计目标本系统设计目标就是设计一个可以量产的Ａｎｄｒｏｉｄ手机，包括硬件设计和软件设计。在功能上和具有和Ｇ１相似的功能，除了普通手机具有的功能（电话短信功能）之外具有以下功能：ＷｉＦｉ、蓝牙、收音机、ＧＰＳ、Ｗｅｂ浏览、Ｇｏｏｇｌｅ多媒体、Ｅｍａｉｌ客户端、照相、摄像、日历日程、联系人和其他应用等。Ｍａｐｓ、１．４论文主要工作本论文的主要工作是在设计Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机的同时，系统地分析设计Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机的基本流程、方法和技巧。在硬件上，进行了微控器的设计、摄像头模块的设计、ＡＧＰＳ模块的设计、ＷＩＦＩ模块的设计、蓝牙模块的设计、存储器（包括ＮａｎｄＦｌａｓｈ和ＳＤ洲）的设计、ＵＳＢ接口设计、音频模块设计（包括麦克风、喇叭、受话器）、ＬＣＤ设计、震动电机设计、ＬＥＤ设计、按钮设计、ＳＤ卡槽设计、基带模块设计。在软件上，进行了ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ的移植、Ｌｉｎｕｘ内核的移植、Ａｎｄｒｏｉｄ的移植、ＬＣＤ驱动开发、无线模块的驱动开发（包括ＷＩＦＩ、ＡＧＰＳ、基带）、键盘驱动开发、音频驱动开发、ＮａｎｄＦｌａｓｈ驱动开发、摄像头驱动开发以及其它外围设备驱动的开发，以及上层的应用开发，如蓝牙相关的功能（传文件、听音乐等），基带相关的功能（拨打电话等）。在开发过程中，不断完善功能，消除ＢＵＧ，最终做成一个可以量产的Ａｎｄｒｏｉｄ智能手机。Ｓ武汉理『．大学硬十学位论文第２章Ａｎｄｒｏｉｄ系统及其开发环境搭建方法２．１Ａｎｄｒｏｉｄ软件架构图２－１Ａｎｄｍｉｄ架构上图为Ａｎｄｒｏｉｄ的软件架构，下面对图２－１从下到上依次介绍。１、Ａｎｄｒｏｉｄ内核Ａｎｄｒｏｉｄ内核采用的Ｌｉｎｕｘ２．６，内核为上层提供安全、内存管理、进程管理等服务，以及硬件驱动等。内核还是一个介于硬件层和系统上层软件之间的一个抽象层次。２、Ａｎｄｒｏｉｄ运行时这是Ａｎｄｒｏｉｄ的核心类库，为应用程序提供虚拟机和必要的运行环境，该虚拟机专门为嵌入式设备优化过，相对其他虚拟机具有更高的效率。３、Ａｎｄｒｏｉｄ库Ａｎｄｒｏｉｄ包含一整套Ｃ／ｃ＋＋库，提供给Ａｎｄｒｏｉｄ系统的各个应用层框架调用武汉理工大学硕士学位论文并通过应用层框架暴露给开发者。下面列举一些核心库：・系统Ｃ库：由ＢＳＤ的标准Ｃ系统库衍生而来，使得可以更好地使用于嵌入式设备；◆媒体库：该媒体库支持很多流行音频和视频格式、静态图形文件（包括ＭＰＥＧ４、Ｈ．２６４、ＭＰ３、ＡＡＣ、ＡＭＲ、ＪＰＧ、ＰＮＧ）的播放和录制；・界面管理：提供对子系统显示功能的访问，跨应用的无缝组合，比如２Ｄ图形层；・ＬｉｂＷｅｂＣｏｒｅ：Ａｎｄｒｏｉｄ浏览器采用的浏览器核，目前使用比较多，也很流行的浏览器核，如Ｇｏｏｇｌｅ研发的浏览器Ｃｈｒｏｍｅ也是基于该核；・ＳＧＬ：Ａｎｄｒｏｉｄ底层的平面图形引擎；・３Ｄ库：在硬件支持的情况下，比如本系统采用的处理器内部具有硬件加速器，该库对这种情况有较好的支持，并且专门对嵌入式系统进行了优化；・ＳＱＬｉｔｅ：为写应用程序提供了数据库接口，它是一个比较小的数据库，Ａｎｄｒｏｉｄ所有应用均可采用该数据库【１３１。４、Ａｎｄｒｏｉｄ应用框架上文所提的核心应用程序就是依赖框架层次ＡＰＩ开发的，程序员们当然也可以充分使用这些ＡＰＩ。上面提到的一些应用程序都是基于应用框架的ＡＰＩ开发的，程序员可以直接使用应用框架提供的ＡＰＩ，一来可以简化程序设计，提高工作效率，二来可以简化简化组件复用机制：所有应用程序都可以发布自己的功能，而且这些功能可以被任何其他应用使用（当然要受来自框架的强制安全规范的约束）。一个完整的Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序一般包含以下元素：●内容提供器，可以让一个应用程序访问另外一个应用程序的数据，如拨号程序访问联系人；●一套丰富而且可以由用户自定义、方便扩展的视图器件，含有常用的一些视图界面元素，如下拉列框、按钮等；・通知管理器，Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序把自身的通知信息显示在状态栏上，如蓝牙连接状态、显示手机信号强度等级等；・Ａｎｄｒｏｉｄ资源管理器，顾名思义，可以对本地的资源进行管理，并为应用程序提供访问接口，如读写本地文件等；７武汉理工大学硕士学位论文●行为管理器，负责管理应用程序的生命周期，Ａｎｄｒｏｉｄ本身没有关闭应用程序的功能，由系统根据资源分配自动关闭一些应用程序。５、Ａｎｄｒｏｉｄ应用Ａｎｄｒｏｉｄ将自带一些比较核心的应用程序，如电子邮件、短信相关的服务、日历、浏览器、联系人管理、地图等。所有应用程序采用Ｊａｖａ语言编写，并运行于Ｇｏｏｇｌｅ自己研发的虚拟机上。２．２Ａｎｄｒｏｉｄ源码的获取和编译本系统选择Ｕｂｕｎｔｕ８．０４平台作为开发机（以下如果未作特别说明，均为Ｕｂｕｎｔｕ８．０４平台），在下载Ａｎｄｒｏｉｄ源码之前，有必要介绍一下沓ｔ，酉ｔ是ＬｉｎｕｓＴｏｒｖａｌｄｓ为了方便Ｌｉｎｕｘ内核开发人员提交和获取内核源码而研发的一个版本控制软件，它是一个分布式系统【１４】。因为Ａｎｄｒｏｉｄ是由ｋｅｒｎｅｌ、ｄａｌｖｉｋ、ｂｉｏｎｉｃ、ｐｒｅｂｕｉｌｔ、ｂｕｉｌｄ等多个Ｇｉｔ项目组成，为了更方便地上传和下载这些项目的源码，Ｇｏｏｇｌｅ专门为该项目编写一个脚本，名为ｒｅｐｏ，它把西ｔ进行了封装，无需记忆哪些复杂的Ｇｉｔ命令就可以方便的管理这些源码了。１、下载Ａｎｄｒｏｉｄ源码・①在开发机上安装ｇｉｔ以及ｃｕｒｌ在Ｕｂｕｎｔｕ８．０４上安装软件，一般只要设定了正确的更新源，然后使用ａｐｔ．ｇｅｔ实现在线安装软件，可以自动解决依赖问题。安装西ｔ和ｃｕｒｌ的命令：ｘｉｏｎｇ：一￥ｓｕｄｏａｐｔ－ｇｅｔｉｎｓｔａｌｌｇｉｔ－ｃｏｒｃｃｕｒｌ②在开发机上下载ｒｅｐｏｓｈ脚本在下载之前，先在本地创建一个目录，比女Ｈ一／ｒｅｐｏｓｈ，然后把它加到ＰＡＴＨ环境变量中，如此以来，执行ｒｅｐｏｓｈ命令时，会自动运行位于－／ｒｅｐｏｓｈ下的ｒｅｐｏｓｈ脚本。为了描述的简便和可理解性，本文以下部分将域名地址ａｎｄｒｏｉｄ．ｇｉｔ．ｋｅｒｎｅｌ．ｏｒｇ全部用ａｎｄｒｏｉｄｓｏｕｒｃｅｃｏｄｅ来代替，接下来通过ｃｕｒｌ来下载ｒｅｐｏｓｈ脚本，其保存路劲为：－／ｒｅｐｏｓｈ／ｒｅｐｏｓｈ：】【ｉｏｎｇ：一￥ｃｕｄｌａｔｔｐ：／／ａｎｄｒｏｉｄｓｏｕｒｃｅｃｏｄｅ／ｒｅｐｏ＞一／ｒｅｐｏｓｈ／ｒｅｐｏｓｈ需要注意的是，必须给给ｒｅｐｏｓｈ可执行权限，因为要运行此脚本来下载源码。③在开发机上初始化版本库８武汉理工大学硕士学位论文如果开发人员想把Ａｎｄｒｏｉｄ当前主线上最新版本的Ａｎｄｒｏｉｄ源码都下载下来，可以做以下操作：先建立一个目录，比如一／ａＩｌｄｒｕｉｄ，进去以后执行以下命令：ｘｉｏｎｇ：一￥ｒｅｐｏｓｈｉｎｉｔ—Ｕｇｉｔ：／／ａｎｄｒｏｉｄｓｏｕｒｃｅｃｏｄｅ／ｐｌａｔｆｏｒｍ／ｍａｎｉｆｅｓｔ．ｇｉｔ最后会看到ｒｅｐｏｉｎｉｔｉａｌｉｚｅｄｉｎ／ｈｏｍｅ／ｘｉｏｎｇ／ａｎｄｒｏｉｄ这样的提示，就说明开发机上的版本库已经初始化完毕。当然开发人员可能更多的是去某个分支获取源码，可以使用参数来指定分支名，比如：ｘｉｏｎｇ：一￥ｍｐｏｓｈｉｎｉｔ—ｕｇｉｔ：／／ａｎｄｒｏｉｄｓｏｕｒｃｅｃｏｄｅ／ｐｌａｆｆｏｒｍ／ｍａｎｉｆｅｓｔ。ｇｉｔ－ｂＣｔｌｐｃａｋｃ另一种比较常见的情况是，只需要Ａｎｄｒｏｉｄ整套源码中某一个子工程的代码，比如只需要下载Ａｎｄｒｏｉｄ内核的源码，可以直接用以下方式获取：ｘｉｏｎｇ：一￥ｇｉｔｃｌｏｎｅｇｉｔ：／／ａｎｄｒｏｉｄｓｏｕｒｃｅｃｏｄｅ／ｋｅｒｎｅｌ／ｃｏｍｍｏｎ．ｇｉｔ④开发机与Ａｎｄｒｏｉｄ源码服务器同步版本库使用ｒｅｐｏｓｈｓｙｎｃ命令，可以把服务器上的整个Ａｎｄｒｏｉｄ源码下载到开发机上，同样，也可以用类似以下的命令行来同步Ａｎｄｒｏｉｄ源码中的某几个子项目的源码：ｘｉｏａｇ：一￥ｒｅｐｏｓｈｓｙｎｃａｎｄｍｉｄ＿ｓｕｂ＿ｐｍｌａｎｄｒｏｉｄ＿ｓｕｂｐｒ０２．．．最后可以进入￣／ａｎｄｒｏｉｄ执行以下命令来完成整个Ａｎｄｒｏｉｄ源码的下载：ｘｉｏａｇ：－￥托ｐｏｓｈｓｙｎｃ注意，由于Ａｎｄｒｏｉｄ整个源码的大小有超过１ＧＢ，下载时间将比较长。全部同步完毕后，Ａｎｄｒｏｉｄ所有源码下载完备，存放在√趾ｄｒｏｉｄ下。下面介绍如何编译Ａｎｄｒｏｉｄ源码。２、编译Ａｎｄｒｏｉｄ项目源码①在开发机上安装编译必要的软件包在编译Ａｎｄｒｏｉｄ源码之前，除了前面介绍下载源码时需要安装的那些软件包之外，还需要安装一些软件包来完成编译，可以通过以下命令将所有软件安装完备【１５１：ｘｉｏｎｇ：一￥ｓｕｄｏａｐｔ－ｇｅｔｉｎｓｔａｌｌｖａｌ醉ｎｄｂｉｓｏｎｇｐｅｒｆｌｉｂｓｄｌ－ｄｅｖｂｕｉｌｄ—ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｉｂｗｘｇｔｋ２．６－ｄｅｖｐ”ｈｏｎｌｉｂｅｓｄＯ－ｄｅｖｆｌｅｘ②在开发机上安装Ｊａｖａ编译器以及运行环境Ａｎｄｒｏｉｄ源码大致有三种语言组成：Ｃ和Ｃ＋＋实现比较底层的软件，比如启动代码、内核、驱动、类库等，在应用层则全部采用Ｊａｖａ语言。对于Ｃ和Ｃ＋＋部分的编译可以通过Ｕｂｕｎｔｕ自带的ｇｃｃ和Ａｎｄｒｏｉｄ源码里自带的交叉编译器来编译，但是要编译Ｊａｖａ语言并运行生成的可执行文件的话，由于编译Ｊａｖａ的编译器和运行环境在Ｕｂｕｎｔｕ系统中没有自带，需要另外安装。９武汉理工大学硕士学位论文在开发机上安装和配置Ｊａｖａ编译器和运行环境的大致过程为：首先从官方网站下载针对Ｌｉｎｕｘ系统的一个安装包，一般Ａｎｄｒｏｉｄ官网还会针对不同的Ｌｉｎｕｘ发行版提供不同的安装包，比如这里下载针对Ｕｂｕｎｔｕ系统的安装包，下载完成以后，根据软件包的格式采用对应的命令安装它。在Ｕｂｕｎｔｕ系统中，有一个环境变量的配置文件，它对所有登录的终端都有效，因此我们通常将一些各个用户都可能使用到的一些环境变量加到这个文件中，比如通常将Ｊａｖａ编译器和运行环境相关的路劲加到这个配置文件（／ｅｔｃ／ｐｒｏｆｉｌｅ）中，其内容如下【１６】：ＡＮＤＲＯＩＤ＿ＪＡＶＡ＿ＨＯＭＥ＝／ｈｏｍｅ／ｘｉｏｎｇ／ａｎｄｒｏｉｄ／ｊｄｋＰＡＴＨ＝￥ＡＮＤＲＯＩＤ＿ＪＡＶＡＨＯＭＥ：￥ＰＡＴＨ然后重新启动一下机器，在终端中输入查看版本信息的命令，如果输出了版本信息，则表示安装成功，如果提示没有找到命令，则需要检查配置了。③在开发机上编译Ａｎｄｒｏｉｄ项目源码经过上面的软件安装和环境配置，就可以编译Ａｎｄｒｏｉｄ源码了，进入到源码目录，，－／ａｎｄｒｏｉｄ下，可以执行ｍａｋｅ命令来编译，第一次编译的时间会比较长，第二次以后的编译时间比较短。④在开发机上测试编译结果在编译完整个Ａｎｄｒｏｉｄ项目后，如果需要在开发机上观看Ａｎｄｒｏｉｄ的运行界面，那么就需要在开发机中安装模拟器，模拟器有针对Ｗｉｎｄｏｗｓ的版本，也有正对苹果操作系统的版本，还有针对Ｌｉｎｕｘ的版本。下面以Ｌｉｎｕｘ为例，如何在开发机上创建模拟环境并其运行Ａｎｄｒｏｉｄ系统。模拟器有两种途径获取：一种是从Ａｎｄｒｏｉｄ源码编译获取（默认情况下，不会编译生成模拟器），第二种途径是直接从Ａｎｄｒｏｉｄ的官网上下载正对自己平台的安装软件包。这里采用第一种途径ｉ前面编译过Ａｎｄｒｏｉｄ源码，在目录－／ａｎｄｒｏｉｄ／ｏｕｔ／ｈｏｓｔ／１ｉｎｕｘ．ｘ８６／ｂｉｎ下生成了很多应用程序，这些应用程序中就有模拟器，为了方便的运行模拟器，可以按照前文所讲的方式把这个目录也添加到系统ＰＡＴＨ下。接下来需要把Ａｎｄｒｏｉｄ的镜像文件加载到模拟器中，让编译生成的Ａｎｄｒｏｉｄ镜像在模拟器中跑起来，为了方便描述，下文中将路径ｏｕｔ／ｔａｒｇｅｔ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｇｅｎｅｄｃ统称为ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａ，在一／．ｐｒｏｆｉｌｅ文件中加入如下内容：ＡＮＤＲＯＩＤＰＲＯＤＵＣＴｅｘｐｏｒｔＯＵＴ＝一／ａｎｄｒｏｉｄ／ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａＡＮＤＲＯＩＤＰＲＯＤＵＣＴ＿ＯＵＴ然后重新启动机器，进入到模拟器目录中并启动模拟器：ｘｉｏｎｇ：一Ｓｃｄ一／ａｎｄｒｏｉｄ／ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａ１０武汉理丁大学硕十学位论文ｘｉｏａｇ：－￥ⅫⅢｌａｔ口－ｉｍａｇｅｏ舢ｌ“ｇ－ｄ啦ｕｓｅｔｄａｔａ．ｉｍ￥－衄Ⅱｄ址ｍｍｄｉ＆Ｌｉｍｇ等待几分钟，模拟器启动以后可以看到以下界面：图２－２Ａｎｄｒｏｉｄ运行界面２．３系统软件开发环境搭建Ａｎｄｒｏｉｄ的底层软件如Ｌｉｎｕｘ内核、Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统、Ａｎｄｒｏｉｄ核心库等都和Ｌｉｎｕｘ的融合比较紧密，因此底层软件比较适台在Ｌｉｎｕｘ环境下编译调试；其上层的应用软件，对开发机的操作系统没特殊要求，常见的Ｌｉｎｔｌｘ发行版或者是Ｗｉｎｄｏｗｓ都可以作为开发机的操作系统。２．３．１Ａｎｄｒｏｉｄ底层软件开发环境搭建Ａｎｄｒｏｉｄ底层软件主要是指ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ、Ｋｅｒｎｅｌ（包括驱动）和Ａｎｄｒｏｉｄ应用层之下的软件（Ａｎｄｒｏｉｄ源码中的Ｃ，ｃ＋＋部分）。其中Ａｎｄｒｏｉｄ源码的开发环境在前面已有介绍。因此这－－ｄ＇节主要介绍开发ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ和Ｋｅｒｎｅｌ的环境。１、安装交叉编译器需要注意的是．编译ＡｎｄｒｏｉｄＫｅｒｎｅｌ的交叉编译器和编译普通Ｌｉｎｕｘｋｅｒｎｅｌ的编译器有所不同，要使用专门的交叉编译器，这个专门的编译器在功能方面有一些特殊要求，需要修改ｇｃｃ源码，但是Ａｎｄｒｏｉｄ源码中已经提供了交叉编译武汉理１：大学硕士学位论文器，比如本系统的交叉编译器放在以下路径下：一／ａｎｄｒｏｉｄ／ｐｒｅｂｕｉｌｄ／ｌｉｎｕｘ－ｘ８６／ｔｏｏｌｃｈａｉｎ其中有多个版本的交叉编译器，选择一个最新版本的编译器，并将其路径加到√．ｐｒｏｆｉｌｅ中，这样可以直接在终端中使用ａｒｍ．ｅａｂｉ．ｇｃｃ命令来编译程序。２、安装和配置Ｌｉｎｕｘ下的超级终端Ｍｉｎｉｃｏｍ是Ｌｉｎｕｘ下的超级终端，用于和开发板交互，可以在通过它输入命令来控制开发板，也可以使用它给开发板传输文件，在Ｕｂｕｎｔｕ下安装它很简单，执行以下命令即可：ｘｉｏｎｇ：一￥ｓｕｄｏａｐｔ－ｇｅｔｉｎｓｔａｌｌｌ毪ｉｎｉｃｏｍ安装完后需要对它进行配置，可以输入命令ｍｉｎｉｃｏｍ．Ｓ来配置，根据提示进行，正确设置波特率以及奇偶校验、停止等参数。设置完后，串口可以打印信息了，但是还不能通过串口传输内核，还必须安装以下软件包：ｓｕｄｏａｐｔ－ｇｅｔｉｎｓｔａｌｌＩｒｚｓｚ２．３．２Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序开发环境搭建ＳＤＫ开发应用程序需要安装ＡｎｄｒｏｉｄＳＤＫ、ＪＤＫ和Ｅｃｌｉｐｓｅ，其中Ａｎｄｒｏｉｄ包含创建和运行Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序所需的一切，Ｇｏｏｇｌｅ分别发布了针对Ｌｉｎｕｘ和Ｗｉｎｄｏｗｓ的版本，当然ＡｎｄｒｏｉｄＳＤＫ也可通过编译Ａｎｄｒｏｉｄ源码得到，在前面编译源码之后，已经生成了ＡｎｄｒｏｉｄＳＤＫ。ＪＤＫ和Ｅｃｌｉｐｓｅ均有针对Ｌｉｎｕｘ和Ｗｉｎｄｏｗｓ的版本，因此Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序既可以在Ｌｉｎｕｘ下开发，也可以在Ｗｉｎｄｏｗｓ下开发，且都很方便。下面介绍在Ｕｂｕｎｔｕ８．０４下开发应用程序的环境搭建方法。在本章的前面所介绍的基础上还需要安装和配置Ｅｃｌｉｐｓｅ，ＡｎｄｒｏｉｄＳＤＫ是一个插件，利用这个集成开发环境来开发和调试Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序【ｒｎ。１、下载去Ｅｃｌｉｐｓｅ的官网上下载针对Ｌｉｎｕｘ的安装包。２、安装安装过程相对比较容易，将上面下载的包解压到指定的目录下即可：ｘｉｏｎｇ：一￥ｃｄ—ｘｉｏｎｇ：一￥ｍｋｄｉｒｅｃｌｉｐｓｅｘｉｏｎｇ：一￥ｔａｒｘｖｚｆ一／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｅｃｌｉｐｓｅｆｏｒｌｉｎｕｘ．ｔａｒ．ｇｚ－Ｃ－／ｅｃｌｉｐｓｅ３、运行１２武汉理Ｔ大学硕士学位论文ｘｉｏｎｇ：。Ｓｃｄ－／ｅｃｌｉｐｓｅｘｉｏｎｇ：－￥．／ｅｃｌｉｐｓｅ在弹出的对话框中使用默认的工作空间就可以了。４、安装Ａｎｄｒｏｉｄ插件①在ｅｃｌｉｐｓｅ中点击菜单帮助下拉菜单的安装新软件包；②在弹出的对话框工作目录后的文本框里输入Ａｎｄｒｏｉｄ插件的网址；③然后选中新出现的开发工具并选中子项“ＡｎｄｒｏｉｄＤＤＭＳ’’和“Ａｎｄｒｏｉｄ开发工具集’’。④连续点击两次下一步，之后选中单选框表示同意用户许可，然后点击完成；⑤注意，在进行一下步骤时需要重新启动Ｅｃｌｉｐｓｅ；⑥通过上面的安装，下面需要指定Ａｎｄｒｏｉｄ１）在Ｅｃｌｉｐｓｅ中点击菜单窗口的参数选项；ＳＤＫ对应的目录：２）左边选中Ａｎｄｒｏｉｄ，右边点击浏览，然后指定Ａｎｄｒｏｉｄ３）最后点击提交、确定就配置成功了。ＳＤＫ的安装目录；经过以上的配置，Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序的开发环境已经准备好了，可以在Ｅｃｌｉｐｓｅ中开发和调试Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序了。注意，在运行程序时，Ｅｃｌｉｐｓｅ会自动打开模拟器，将程序在模拟器中运行，因此，开发和调试应用程序可以在脱离硬件的情况下进行。１３武汉理ｆ大学硕士学位论文第３章系统硬件设计根据本系统的需求，采用了多核的架构，其中最主要的两个核是ＰＸＡ３１０和ＰＮＸ５２０９的核，两者均基于ＡＲＭ，其中ＰＸＡ３１０是最核心的ＣＰＵ，它负责控制整个系统．是整个系统的心脏；ＰＮＸ５２０９是基带模块，主要负责管理ＳＩＭ卡并完成电话相关的功能，比如接打电话、收发短信、ＧＰＲＳ上网等等。下面介绍系统的整体硬件架构和一些核心器件。３．１硬件总体设计酐］．一厂—兰再ｉ堆到Ｉ懋巍一筐重习￥兰—毒＝兰呈型。图３－１硬件总体框图从图３－１可以看出ＰＸＡ３１０处于一个核心的位置，外接各大模块．以完成某个功能：●ＣａｍｅＩａ：实现照相和摄像功能，使用ＩＩＣ通信：・ＡＧＰＳ：实现导航功能，使用ｌｉｅ通信：●ＷＩＦＩ：实现无线上网功能，使用ＳＤＩＯ通信：・Ｂｌｕｃｔｏｏｔｈ；实现蓝牙的功能，包括Ａ２ＤＰ、Ｈａｎｄｆｒｅｅ／Ｈｅａｄｓｅｔ，使用用串口和ＰＣＭ接口通信，接打电话的音频数据使用ＰＣＭ接口传送，其他数武汉理工人学硕士学位论文据通过串口传送；・ＭＣＰ：将ＮａｎｄＦｌａｓｈ和ＳＤＲＡＭ集成在一个芯片上，可减少体积和成本；●ＭＩＣ．麦克风；・ＬＣＤ－ＴＦｒ屏，用ＳＰＩ通信，用ＧＰＩＯ模拟实现；・Ｍｏｔｏｒ：电机，起振动作用；●ＬＥＤ：键盘的背景灯，ＬＣＤ背光；・ＳＤｃａｒｄ：扩展ＳＤ卡，支持５１２Ｍ／１Ｇ／２Ｇ／４Ｇ／８Ｇ的ｍｉｃｒｏＳＤ；ｍｏｄｕｌｅ：基带系统，通过串口通信。●Ｂｕｔｔｏｎｓ：按键，包括ｑｗｅｒｔ键盘和声音键，开关键等：●ＲＦ３．２处理器介绍ＰＸＡ３１０处理器由Ｍａｒｖｅｌｌ公司专门为ＧＰＳ定位系统、手持移动设备、以及其他消费类电子设备而设计，它基于第三代ＩｎｔｅｌＸＳｃａｌｅ技术。可以与ＰＸＡ３ＸＸ等系列处理器的软件实现１００％兼容。ＰＸＡ３ＸＸ序列中的ＰＸＡ３００处理器在大容量移动手持设备中表现出高性能和低功耗，它是性能和功耗的优化组合，而ＰＸＡ３１０处理器则可以延长电池的使用寿命，可以为３Ｇ视频和音频等多媒体软件提供高分辨率的ＶＧＡ多媒体性能，例如ＰＸＡ３１０可以以每秒３０帧的速度对Ｈ．２６４视频格式进行录音和重播，在以往处理器中具有前所未有的多媒体性能以及先进的通用处理功能。ＰＸＡ３１０的高性能也体现在提供较高主频，其主频最高可达６２４ＭＨｚ，它的软件与ＰＸＡ３２０处理器软件完全兼容，这样在两者中的一个处理器上进行软件开发之后即可很方便移植到另一个处理器上【１８】。３．３存储系统介绍手机的存储系统一般分为Ｆｌａｓｈ和ＳＤＲＡＭ两种。本系统采用ＭＣＰ存储器，ＭＣＰ把多个半导体芯片组合在一个单一封装之中，为手机和其它小型设备节省宝贵的空间，本系统采用的ＭＣＰ存储器型号是Ｈ８ＢＣＳＯＳＩＯＭＡＰ，拥有１２８ＭＢ（６４ＭｂＸｌ６）的ＳＤＲＡＭ和２５６ＭＢ（２Ｇｂｉｔ）的ＮａｎｄＨａｓｈ，其中ＮａｎｄＦｌａｓｈ页大小为２０４８字节，ＯＯＢ大小为６４字节，块【１９】。６４个页组成一个块，总共有２０４８个１５武汉理工人学硕士学位论文３．４音频模块图３－２音频芯片图３－２是该系统使用的音频芯片，该芯片最主要的功能是ＡＤ和ＤＡ的转换，即将声音信号转换为数字信号以及将数字信号转换为声音信号，该芯片不具有任何对声音数据的压缩和解压能力，因此关于音频数据的且三缩和解压由软件束实现，Ａｎｄｒｏｉｄ系统自身支持目前许多已知的音频格式，对于手机而葺，使用Ａｎｄｒｏｉｄ自带的软件编解码足以满足要求，无需添加其他的支持。下面对该芯片的一些接口功能进行说明：・ＡＣ９７接口：主要包含图３－２的ＡＣ９７一ＳＤＡＴＡＯＵＴ、ＡＣ９７一ＢＩＴＣＬＫ、ＡＣ９７ＳＤＡＴＡＩＮ０、ＡＣ９７ＳＹＮＣ、ＡＣ９７ＲＳＴ引脚，这些引脚和武｝又珲￡‘人学硕十学位论文ＰＸＡ３１０内部的ＡＣ９７接口连在一起，是ＰＸＡ３１０和音频芯爿之削的数据通道，比直ｕＭＰ３经过处理其ＰＸＡ３１０解码之后将数据通过ＡＣ９７接口传送给音频芯片，旨频芯片将数字信号转换为声音信弓；在录旨时，音频芯片将声音信号转换成数字信号之后再通过ＡＣ９７接『ｉ传送给ＰＸＡ３１０处理：ＰＣＭ接口：圭要包台图３－２的ＰＣＭＣＬＫ、ＰＣＭｓｌｒＮＣ、ＰＣＭＯＵＴ、ＰＣＭＩＮ引脚，这些引脚和鲭牙模块的ＰＣＭ接ｎ相连，主要用于用监牙耳机接打电话时音频数据的传输：●基带音频输出：＝Ｅ要包含图３．２的ＨＦＲ２、ＥＡＲｌ引脚，基带传来的声音信号（模拟信号）通过这两个引脚传给该芯片。麦克风：主要包含图３－２的ＭＡＩＮＭＩＣ＋、ＭＡＩＮ—ＭＩＣ－引脚；喇叭：丰要包含图３－２的第３５和３６引脚；听筒：丰要包含图３，２的ＥＡＲＰＣＯＤＥＣ、ＥＡＲＭＣＯＤＥＣ引脚：●●●●耳机：主要包含图３．２的ＩｆＰＬ、ＨＰＲ两个引脚，一个左声道，一个右卢道：●基带音频输入：主要包含图３．２的ＭＩＣＮ、ＭＩＣＰ两个引脚，说话的声音信号（模拟信号）通过这两个引脚传给基带；３．５基带模块图３—３基带模块框图基带模块的处理器采用飞利浦公司研发生产的ＰＮＸ５２０９，它基于ＡＲＭ９核。图３－３是肇带模块内部的结构【｛！｝｜．ｔｉ以看Ⅲ基带模块就是～个完整的系统，有自武汉理１火学额十掌位论文己的存储器和程序，有各种外设如串口和ＵＳＢ等，宴际上基带模块就是通过串口和ＰＸＡ３１０通信的，一方面基带模块可以接收ＰＸＡ３１０通过串口发过来的ＡＴ命令，然后返回结果，比如在用户拨打电话时，ＰＸＡ３１０会给基带模块发送拨打电话的ＡＴ命令：另一方面，基带模块可以主动上报一些事件，这些事件也是以ＡＴ命令的形式，比如电话来了，摹带模块会上报来电的ＡＴ命令给ＰＸＡ３１０［２０］。基带模块除了一些电话和ＳＩＭ卡相关的功能之外，电池的电量也是通过基带模块来检测并上报的，这是因为电量的检测是通过电压来实现的，需要ＡＤ转换，但是ＰＸＡ３１０内部没有ＡＤ转换器，所以借助基带模块的ＡＤ来检测电量，并以ＡＴ命令的形式上报给ＰＸＡ３１０。３．６蓝牙模块图３－４蓝牙芯片蓝牙模块采用ＣＳＲ芯片ＢＣ４１８１４３Ａ，支持Ｂｌｕｃｔｏｏｔｈ２．０和ＥＤＲ，这款芯片可以使用串口、ＰＣＭ接口、ＵＳＢ、ＳＰＩ来通信，本系统只使用了两种通信方式：串口和ＰＣＭ接口，串口主要用于控制蓝牙芯片以及蓝牙立体声（即Ａ２ＤＰ）的数据通道（蓝牙立体声的数据不通过音频芯片），ＰＣＭ接口丰要用于用蓝牙耳机接打电话时音频数据的通信（即Ｈｅａｄｓｅｔ／ｔｌａｎｄｆｒｅｅ）。需要注意的是，由于蓝牙立体声音质较好，数据量比较大，且这些数掘通过串口传输给蓝牙模块，因此ＰＸＡ３１０的串口要切换到高速模式下。武汉理】．大学硕十学位论文３．７ＵＳＢ模块馘一畿一囊鬻图３－５ＵＳＢ模块ＵＳＢ３３１９的ＵＬＰＩ接口连接到ＰＸＡ３１０的ＵＬＰＩ接口，支持ＯＴＧ功能，ＰＸＡ３１０的ＵＳＢ接口支持ＵＳＢ２．０。作为Ａｎｄｒｏｉｄ手机，这里需要完成两大功能：ＵＳＢｇａｄｇｅｔ和ＡＤＢ，前者可以把手机当做ｕ盘使用，可以在电脑上存取手机上的文件．后者可以使用ＵＳＢ柬调试Ａｎｄｒｏｉｄ并可以通过ＡＤＢ柬将电脑上的Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序安装到手机上。需要说明的是，以上两大功能如果主机是Ｌｉｎｕｘ系统的话，无需安装驱动；如果主机是Ｗｉｎｄｏｗｓ的话，需要安装驱动，Ｇｏｏｇｌｅ发布了Ａｎｄｒｏｉｄ针对Ｗｉｎｄｏｗｓ的ＵＳＢ驱动，仅需对驱动进行配置，根据自己的平台修改ＶＩＤ和ＰＩＤ即可使用。武汉理工火学硕士学位论文第４章。软件开发调试方法的分析与选择软件调试在本系统软件的开发的过程中占有很重要的位置，在Ａｎｄｒｏｉｄ系统的不同层次，调试方法各不一样，选择好的调试方法不仅可以更容易更准确地发现问题，而且可以大大提高工作效率和节约成本，比如调试内核的ＪＴＡＧ设备需要配合专门的软件，一般都非常昂贵，如果有其他替代方法的话，完全可以不用去买这些昂贵的ＪＴＡＧ调试器以及对应的软件。４．１本系统启动代码调试及固化方法ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ在本智能手机开发过程中的的作用有三个，第一，用于启动内核；第二，将内核从ＮａｎｄＦｌａｓｈ拷贝到内存中；还有一个功能就是用于调试，比如接收开发机发送过来的内核镜像，擦除烧写ＮａｎｄＦｌａｓｈ等。Ｂｌｏｂ的编译需要在Ｌｉｎｕｘ下进行，采用ａｒｍ．１ｉｎｕｘ．ｇｃｃ来编译，编译完了之后可以生成带有调试信息的ｅｌｆ文件，使用Ｂａｎｙａｎ仿真器和ＡＤＳｌ．２的调试器可以进行源码级上的调试，当然在串口已经可以正常工作的情况下，可以使用串口打印的方式来调试而无需仿真器，但是当串口驱动还没做好，只能使用仿真器来进行调试了。Ｂｌｏｂ的固化有三种方法，第一种是用ＪＴＡＧ来下载，比如Ｂａｎｙａｎ配合ＡＤＳｌ．２可以下载，由于Ｂａｎｙａｎ采用ＵＳＢ传输且速度较快，适合调试用；另外ＰＸＡ３１０内部有一个很小的ＲＯＭ，里面固化了一小段代码，这一小段代码可以用来更新Ｂｌｏｂ，在出厂时比较适合这种方法，这是第二种方法；第三种方法是用串口下载新镜像，采用自我更新的方式，在调试时使用该方法，前提是系统里面已有可以跑起来的Ｂｌｏｂ。４．２本系统内核及驱动调试方法本系统的内核调试是整个系统调试最复杂的工作，内核的调试方法比较多，如有比较常用的ｐｒｉｎｔｋ、ｋｇｄｂ、ｏｏｐｓ，还有一些需要第三方软件和硬件支持的方法，如ｐｒｏｂｅｓ、ｊｔａｇ等等，但是最常用方法足够开发使用，一般的问题都可以准确的找出来，且成本很低，准确使用这些调试技巧可以大大提高工作效率和降ｌｅｖｅｌ９０１．。武汉理工大学硕士学位论文低产品研发成本，下面简要介绍其使用方法。４．２．１Ｐｒｉｎｔｋ调试内核、驱动的最简单最常用的方法，是使用ｐｒｉｎｔｋ函数打印信息，该函数是Ｌｉｎｕｘ内核专用的，它与应用程序中的ｐｒｉｎｔｆ函数使用格式完全相同，它所打印的字符串头部可以加入类似“＜ｉ＞＂的字符，其中ｉ可以为数字０—７，表示这条打印信息的级别，特别需要给出一下几点说明（２１ｌ：１）对于ｐｒｉｎｔｋ（“＜ｉ＞…”’），当ｉ小于ｃｏｎｓｏｌｅ分号之内的内容，否则，这条语句不会打印任何信息。２）如果ｄｅｆａｕｌｔｍｅｓｓａｇｅｌｏｇｌｅｖｅｌ等于５，并且该函数的参数最前面没有‘＜ｉ＞＂之类的字符，那么该函数函数会自动填充“＜５＞’’。３）ｍｉｎｉｍｕｍｃｏｎｓｏｌｅｃｏｎｓｏｌｅ的值时，这个值不能小于ｍｉｎｉｍｕｍｃｏｎｓｏｌｅｌｏｇｌｅｖｅｌ４）ｄｅｆａｕｌｔｃｏｎｓｏｌｅｃｏｎｓｏｌｅ＿ｌｏｇｌｅｖｅｌ的值时，将以ｄｅｆａｕｌｔ＿ｃｏｎｓｏｌｅｌｏｇｌｅｖｅｌ作为ｃｏｎｓｏｌｅ＿ｌｏｇｌｅｖｅｌ的默认值。４．２．２ＫＧＤＢＫｇｄｂ和裸机下使用ｊｔａｇ调试程序一样，可以设置断点，可以查看变量、寄存器的值等等，可以控制内核的运行，调试功能非常强大，且同样仅仅需要使用串口来通信，成本非常低，这种调试方法完全可以取代成本昂贵的ｊｔａｇ调试方法。该调试方法所具有的功能最强大，在本系统的调试中作用也最大。使用ｋｇｄｂ时，需要两台机器，即主机和目标机，两者通过串１３线连接。要调试的内核需要增加ｋｇｄｂ功能，它在目标机上运行，ｇｄｂ在主机上运行。串口线被ｇｄｂ用来与内核通信。下面介绍如何使用该方法来调试内核的【２２１。本系统采用的内核版本是ｔｊｎｕｘ２．６．２８，需要对其做一下修改才能使用内核的ｋｇｄｂ功能，具体方法在第五章的移植中阐述。在修改完成之后需要对内核进行配置，在配置时要选中以下几项：Ｋｅｍｅｌｈａｃｋｉｎｇ…＞ｒ】Ｋｅｒｎｅｌｄｅｂｕｇｇｉｎｇｄｅｂｕｇｉｎｆｏ【＋】Ｃｏｍｐｉｌｅｔｈｅｋｅｒｎｅｌｗｉｔｈ２１武汉理Ｌ大学硕｝学位论立ｆ．】ＫＧＤＢ：蛔ｄｄ出ｕｇｇｍｇｗｉｔｈｍｍ“ｅｇｄｂ…＞经过以上修改和配置，编译之后的内核将带有调试信息并能使用ｋｇｄｂ了。注意：在这里有个地方需要注意，这是本人在开发这个系统的过程中发现的一个内核ｂｕｇ。那就是需要在ｌｉｎｕｘ２ｋｇｄｂ＿ａｒｃｈ—ｉｎｉｔ中加一条语句，比如：６．２８／ｋｅｒｎｅｌ／ｋｇｄｂｃ中的ｉｎｔｗｅａｋｉｎｔｗｅａｋｋｄｂａＫｈｉｎｉｔ（ｖｏｉｄ）柙ｎｑｋ（１ｋｇｄｂ＿ａｒｃｈ』ｉｔ＂１ｕｍ０．ｗｅａｋ＇，ｎ’Ｉ否则，ｌｉｎｕｘ２．６．２８／ｋｅｍｅｌ／ｋｇｄｂｃ中函数ｋｇｄｂ－ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿ｃａｌｌｂａｃｋｓ调用的ｋｇｄｂ＿ａｒｅｈ＿ｉｎｉｔ是ｌｉｎｕｘ２．６．２８／ｋｅｒｎｅｌ／ｋｇｄｂｃ中的ｉｎｔ＿ｗｅａｋｌｉｎｕｘ２６ｋｇｄｂａｒｃｈｉｎｉｔ而不是２８／舡ｃｈ／ａｍｇｋｅｍｅｌ／ｋｇｄｂ．ｃ中的ｉｎｔｋｇｄｂ＿ａｒｃｈ＿ｉｎｉｔ（ｖｏｌｄ），导致内核崩溃ａ经过以上的修改，内核的ｋｇｄｂ就打丌了，还需要在主机上运行ａｒｍ．１ｉｎｕｘ．ｇｄｂ，从ｇｄｂ官网下载其源码包，在编译它时，指定这个调试器是用柬调试ＡＲＭ程序的即可。编译并安装完之后，可以使用ａｒｍ—ｌｉｎｕｘ—ｇｄｂ来调试打开ｋｇｄｂ的内核了。但全用命令的方式很不方便，其实ＤＤＤ可以配合ａｎｎ．１ｉｎｕｘ．ｇｄｂ在图形界面上对内核进行源码级上的调试，比如本系统使用该方法调试ＮａｎｄＦｌａｓｈ驱动时的截图如图４＿１。图４－１在断点处停下武汉理：［大学硕十学位论文４．２．３Ｏｏｐｓ信息及栈回溯前面介绍的ｐｒｉｎｔｋ和ｋｇｄｂ是有条件的，那就是内核运行正常，没有“死掉＂，如果内核由于某种不可恢复的异常（比如空指针引起的非法访问）导致系统“死掉＂，那么上面两种方法都不能使用，Ｌｉｎｕｘ内核调试机制还提供了ｏｏｐｓ信息，在内核崩溃之前，尽可能地将一些处理器的状态和栈的信息打印出来，方面分析出错的原因。结合上面介绍的三种调试方法，完全可以完成内核开发的调试工作，完全可以定位和分析一般的内核问题。在获得ｏｏｐｓ信息之后，根据项目经验在分析出错点时需要注意以下几点：・明确出错原因。这一点往往根据信息的最前面就可以确定；・根据栈回溯信息找出函数调用关系。内核崩溃时，可以从ＰＣ寄存器推断内核崩溃时所正在运行的函数、以及附近出错的指令。但是很多情况下，错误有可能是崩溃函数的调用者引入的，所以需要找出内核崩溃时所在函数的调用链；・根据ＰＣ寄存器的值确定出错的位置。ＰＣ的值保存了内核崩溃时所执行的指令地址。・结合内核源码和反汇编代码定位问题。可以通过交叉编译器的ｏｂｊｄｕｍｐ工具将带有调试信息的内核生成其对应的汇编代码。从汇编代码上诊断问题所在。４．２．４内核固化内核的固化，可以使用Ｂｌｏｂ的串口下载内核镜像并固化到ＮａｎｄＦｌａｓｈ中，也可以使用Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ＋ＭｉｃｒｏＳＤ卡更新的方式。在调试阶段两种方法都可以，在出厂时一般使用后者来固化。在硬件出厂时，只需一个存有内核镜像的ＭｉｃｒｏＳＤ卡即可完成内核的固化，无需使用串口、主机。１、采用串口下载更新内核用串口线将主机和目标板连接起来，给目标板上电，运行ｂｌｏｂ，并进入到ｂｌｏｂ命令行下。并输入以下命令：ｂｌｏｂ＞ｘｄｋｅｍｅｌ此时ｂｌｏｂ在等待串口传输文件，选择协议并输入要传输文件的路径，就可以看到传输的开始，等待传输结束后，按回车，又回到ｂｌｏｂ的命令行，执行以武汉理．［大学硕士学位论文下操作将下载到ＲＡＭ中的内核镜像烧写到ＮａｎｄＦｌａｓｈ的ｍｔｄｂｌｏｃｋｌ（第２个分区，区间为０ｘｌｌ００００－－０ｘ４１００００，总共３ＭＢ）中。ｂｌｏｂ＞ｆｌａｓｈｅｒａｓｅ－ｚ０ｘｌ１０００００ｘ３０００００上面表示擦除ＮａｎｄＦｌａｓｈ从初始地址０ｘｌｌ００００开始的长度为０ｘ３０００００的内容。ｂｌｏｂ＞ｆｌａｓｈｗｒｉｔｅ．ｚＯｘ８０８０００００（Ｉｘｌ１０００００ｘ３０００００上面的地址０ｘ８０８０００００表示内核镜像下载之后存放在ＲＡＭ的该地址处，０ｘｌｌ００００表示内核镜像存放在ＮａｎｄＦｌａｓｈ该地址处，０ｘ３０００００表示要烧写的镜像大小，这个值应该比内核镜像本身的体积大。２、采用ＭｉｃｒｏＳＤ卡更新内核采用这种方式和上面的类似，不同之处在于将内核镜像存放在ＭｉｃｒｏＳＤ卡中，然后将内核从ＭｉｃｒｏＳＤ卡中读取到开发板的ＲＡＭ中，最后固化到ＮａｎｄＦｌａｓｈ中。采用这种方式速度比前一种方法要快，在调试时，可根据需要和条件来选择上面两种方法中的一种。４．３本系统文件系统构建在调试阶段，通常使用两套文件系统，一套是ＢｕｓｙｂＯＸ文件系统，由编译Ｂｕｓｙｂｏｘ得到，体积比较小通常只有几ＭＢ甚至几百ＫＢ：一套是Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统，由编译Ａｎｄｒｏｉｄ源码得到，体积比较大，一般有几十ＭＢ。Ｂｕｓｙｂｏｘ文件系统的作用在于，当Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统出现问题或者需要更新Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统时，可以修改内核参数进入到Ｂｕｓｙｂｏｘ文件系统对Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统进行修复或者更新Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统。下面简称Ｂｕｓｙｂｏｘ文件系统为小文件系统，本项目使用了Ｃｒａｍｆｓ、Ｊｆｆｓ２、Ｙａｆｆｓ２这三种文件系统格式，其中前两者用于小文件系统，后者用于Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统。下面分别介绍本系统使用的文件系统的构建方法和对应的镜像生成固化。４．３．１小文件系统构建本系统的小文件系统利用Ｂｕｓｙｂｏｘ来构建，需要注意以下几点：・使用的交叉编译器不是采用编译内核和启动代码相同的编译器２４武汉理丁大学硕士学位论文（Ａｎｄｒｏｉｄ自带的ａｒｍ．ｅａｂｉ．ｇｃｃ），而是采用了ａｒｎｌ．１ｉｎｕｘ．ｇｅｅ３．４．５版本，由于版本的缘故，Ｂｕｓｙｂｏｘ在有些交叉编译器下编译通不过；・在小文件系统的ｌｉｂ目录下要根据具体情况需要加一些动态链接库进去，如果Ｂｕｓｙｂｏｘ是静态链接的，而且文件系统里其他的应用程序也是静态链接的，那么可以不加任何动态链接库，否则，需要将要用到的库放进去，通常采用非静态的方式来链接Ｂｕｓｙｂｏｘ和应用程序，因为这样会减少文件系统的体积。４．３．２Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统构建Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统由编译Ａｎｄｒｏｉｄ源码得到，按照前面介绍的方法编译完Ａｎｄｒｏｉｄ源码之后，会在目录ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａ／的ｒｏｏｔ、ｓｙｓｔｅｍ、ｄａｔａ三个子目录下生成文件系统的所有内容。其中目录ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａ／ｒｏｏｔ下的ｓｙｓｔｅｍ和ｄａｔａ两个子目录均是空的，其内容分别在ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａ／ｓｙｓｔｅｍ和ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａ／ｄａｔａ下。将Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统整合到一起，放在～／ａｎｄｒｏｉｄｆｓ下。ｘｉｏｎｇ：～￥ｃｐ—ａｖｆ－／ａｎｄｒｏｉｄ／ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａ／ｒｏｏｔ／＋－／ａａｄｒｏｉｄｆｓｌｘｉｏｎｇ：一￥ｅｐ－ａｖＩ一／ａｎｄｒｏｉｄ／ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａ／ｓｙｓｔｅｍ／＋一／ａｎｄｒｏｉｄｆｓ／ｓｙｓｔｅｍ／ｘｉｏｎｇ：－￥印－ａｖｆ－／ａｎｄｒｏｉｄ／ａｎｄｒｏｉｄｏｕｔｄａｔａ／ｄａｔａ／。一／ａｎｄｒｏｉｄｆｓ／ｃｌａｔａ，至此，Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统制作完毕，一／ａｎｄｒｏｉｄｆｓ下的内容即为文件系统的所有内容。４．３．３小文件系统的Ｃｒａｍｆｓ镜像制作及固化Ｃｒａｍｆｓ是一个压缩式的、只读文件系统。下面介绍如何将前面制作的小文件系统制作成Ｃｒａｍｆｓ的镜像并固化到ＮａｎｄＦｌａｓｈ中。①制作ｃｒａｍｆｓ需要使用专门的工具，首先安装该工具：ｘｉｏｎｇ：－￥ｓｕｄｏａｐｔ－ｇｅｔｉｎｓｔａｌｌｃｒａｍｆｓｐｒｏｇｓ②并执行以下命令即可生成对应的镜像ｓｍａｌｌｒｏｏｔｆｓ．ｃｒａｍｆｓ：ｘｉｏｎｇ：一￥ｃＡ一／ｓｍａｌｌｒｏｏｔｆｓｘｉｏｎｇ：－￥ｍｋｅｒａｍｆｓｓｍａｌｌｒｏｏｆｆｓ／ｓｍａｌｌｒｏｏｆｆｓ．ｃｒａｍｆｓ③用串口线将主机和目标板连接起来，给目标板上电，运行ｂｌａｂ，并进入到ｂｌａｂ命令行下。并输入以下命令：ｂｌａｂ＞ｘｄｋｅｒｎｅｌ２５武汉理工大学硕士学位论文此时ｂｌｏｂ在等待串口传输文件，等待传输结束后，按回车，又回到ｂｌｏｂ的命令行，执行以下操作将下载到ＲＡＭ中的镜像烧写到Ｎ柚ｆＦｌａｓｈ的ｍｔｄｂｌｏｃｋ２（第３个分区，区间为０ｘ５０００００一Ｏｘａ０００００，总共５ＭＢ）中。ｂｌｏｂ＞ｆｌａｓｈｅｒａｓｅ－ｚＯｘ５０００００Ｏｘ５０００００ｂｌｏｂ＞ｔｌａｓｈｗｒｉｔｅ－ｚ０ｘ８０８００００００ｘＳ００００００ｘ５０００００④要从Ｃｒａｍｆｓ启动，可在ｂｌｏｂ引导内核之前给内核提供参数，通过以下方式来进入该文件系统的控制台：ｂｌｏｂ＞ｎｋ以上命令装载Ｌｉｎｕｘ内核到ＲＡＭ中。ｂｌｏｂ＞ｂｍｅｍ＝１２８Ｍａｎｄｒｏｉｄｎｏｉｎｉｔｒｄｉｎｉｔ＝／ｌｉｎｕｘｒｅｒｏｏｔｆｓｔｙｐｅ＝ｃｒａｍｆｓｃｏｎｓｏｌｅ＝ｔｔｙＳ２，１１５２００ｒｏｏｔ＝／ｄｅｖ／ｍｔｄｂｌｏｅｋ２通过以上命令引导内核之后就可以进入到Ｃｒａｍｆｓ中了。４．３．４Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统的Ｙａｆｆｓ２镜像制作及固化Ｙａｆｆｓ（ＹｅｔＡｎｏｔｈｅｒＦｌａｓｈＦｉｌｅＳｙｓｔｅｍ）是专门为ＮａｎｄＦｌａｓｈ设计的嵌入式文件系统，适用于大容量的存储设备。到目前为止，Ｙａ凰厂Ｙａｆｆｓ２是最佳的ＮａｎｄＦｌａｓｈ上的文件系统。Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统的性能直接影响到整个手机系统的性能，因此这里Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统采用Ｙａｆｆｓ２的格式。下面介绍如何将前面制作的Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统制作成Ｙａｆｆｓ２的镜像并固化到ＮａｎｄＦｌａｓｈ中【矧。①在开发机上编译制作Ｙａｆｆｓ２镜像的工具。去官网下载ｙａｆｆｓ２源码包然后编译，编译完成后，在ｙａｆｆｓ２／ｕｉｔｉｌｓ目录下生成可执行文件ｍｋｙａｆｆｓ２ｉｍａｇｅ。将其复￥１Ｊ至ｌＪ／ｕｓｒ／ｂｉｎ下面，这样每次可以在终端中直接输入该命令来调用该程序了【矧。ｘｉｏｎｇ：－￥ｃｐｙａｆｆｓ２／ｕｔｉｌｓ／ｍｋｙａｆｆｓ２ｉｍａｇｅ／ｕｒｎ／ｂｉｎ／②制作镜像。ｘｉｏｎｇ：一￥ｃＡ—ｘｉｏｎｇ：一￥ｍｋｙａｆｆｓ２ｉｍａｇｅａｎｄｒｏｉｄｆｓ／ａｎｄｒｏｉｄｆｓ．ｉｍｇ执行完后生成的ａｎｄｒｏｉｄｆｓ．ｉｍｇ即为Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统的Ｙａｆｆｓ２镜像。③用串口线将主机和目标板连接起来，将装有ａｎｄｒｏｉｄｆｓ．ｉｍｇ的Ｍｉｃｒｏ下。ｂｌｏｂ＞ｍｄａａｄｒｏｉｄｆｓＳＤ卡插入目标板的ＳＤ卡槽中，给目标板上电，运行ｂｌｏｂ，并进入到ｂｌｏｂ命令行以上命令将ａｎｄｒｏｉｄｆｓ．ｉｍｇ从ＭｉｃｒｏＳＤ卡读到ＲＡＭ中，并输入以下命令将下载到ＲＡＭ中的镜像烧写到ＮａｎｄＦｌａｓｈ的ｍｔｄｂｌｏｃｋ３（第４个分区，区间为２６武汉理工大学硕士学位论文０ｘ８０００００～０ｘ６２０００００，总共９０ＭＢ）中。ｂｌｏｂ＞ｆｌａｓｈｅｒａｓｅ—Ｙ０ｘ８００００００ｘ５ａ０００００ｂｌｏｂ＞ｆｌａｓｈｗｒｉｔｅ－ｙ０ｘ８０８０００００Ｏｘ８００００００ｘ５ａ０００００④要从Ｙａｆｆｓ２启动Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统，可在ｂｌｏｂ引导内核之前给内核提供参数，通过以下方式来进入Ａｎｄｒｏｉｄ系统界面：ｂｌｏｂ＞ｎｋｂｌｏｂ＞ｂｍｅｍ＝１２８Ｍａｎｄｒｏｉｄｃｏｎｓｏｌｅ＝ｔｔｙＳ２，１１５２００ｒｏｏｔｆｓｔｙｐｅ＝ｙａｆｆｓ２ｎｏｉｎｉｔｒｄｉｎｉｔ＝／ｌｉｎｕｘｒｅｒｏｏｔ＝／ｄｅｖ／ｍｔｄｂｌｏｃｋ３通过以上命令引导内核之后就可以引导进入Ａｎｄｒｏｉｄ系统了。４．３．５Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统出厂固化上面的之所以需要两套文件系统，是为了方便调试。在出厂时，并不需要两套文件系统，只需要Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统。在出厂时，由于没有小文件系统，因此不能借助小文件系统来烧写Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统，～般采用Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ＋ＭｉｃｒｏＳＤ卡更新的方式。这样在硬件出厂时，只需一个存有文件系统镜像和内核镜像的ＭｉｃｒｏＳＤ卡即可完成内核和文件系统的固化，无需要要串口和主机。需要注意的是，出厂时的Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统不是放在同一个分区，分三部分：根文件系统下的ｓｙｓｔｅｍ和ｄａｔａ两个目录分别放在开发板ＮａｎｄＨａｓｈ的两个不同分区，在编译Ａｎｄｒｏｉｄ源码结束时会自动生成这两个目录对应的Ｙａｆｆｓ２镜像，分别是ｓｙｓｔｅｍ．ｉｍｇ和ｕｓｅｒｄａｔａ．ｉｍｇ，这是其中的两部分；除此之外根文件系统的其他内容（如ｉｎｉｔ、ｉｎｉｔ．ｒｃ、配置文件等，这些文件体积比较小）全部放在Ｌｉｎｕｘ内核镜像中，以Ｒａｍｄｉｓｋ的方式加载，这是第三部分。这么做是为了系统性能和安全性的考虑，因为Ａｎｄｒｏｉｄ系统在运行时对ｉｎｉｔ、ｉｎｉｔ．Ｉ＇Ｃ以及其他配置文件的访问会很频繁，将其放在内存中可以提高系统的效率。在调试时将所有文件系统放在一个分区，这样做是为了烧写文件系统的方便。４．４本系统Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序调试及下载４．４．１应用程序调试Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序调试相对来说较为简单，按照前文的方式搭建好开发应用程序的环境，就可以开发和调试应用程序了，这些调试可以在Ｅｃｌｉｐｓｅ集成环境２７武汉理工大学硕七学位论文中完成，运行结果可以在模拟器中显示，因此应用程序的调可以脱离硬件平台。在调试完以后，可以安装到硬件平台上进行测试。４．４．２应用程序安装下载Ａｎｄｒｏｉｄ平台应用程序的安装方法有４种：①通过串口将应用程序下载到目标板上，然后用ＡｎｄｒｏｉｄＡｐｋ安装程序将下载的Ａｐｋ包安装到系统中。②将应用程序拷贝到ＭｉｃｒｏＳＤ卡中，然后用ＡｎｄｒｏｉｄＡｐｋ安装程序将ＭｉｃｒｏＳＤ卡中的ａＯｋ包安装到系统中。③将手机和ＰＣ用ＵＳＢ线相连，利用ＡＤＢ来安装应用程序。④在可以上网的情况下，可以用Ｍａｒｋｅｔ来在线安装。其中方法①由于其依赖性最小，仅仅依赖串口驱动，在调试阶段使用最多的方法。用户基本不会使用方法这种方法，因为出厂时，一般会去掉串口调试接口，用户不会有串口可用。后面的三种方法用户使用最多，对用户而言最方便，但是对于开发人员来说，也许并不可用，方法②需要ＭｉｃｒｏＳＤ的驱动完好，方法③需要ＵＳＢ驱动完好，方法④需要有网络可用，对于手机来说一般就是３Ｇ／ＧＰＲＳ／ＷｉＦｉ，在调试阶段这些驱动可能都没做好，因此，最常用的是方法①。下面介绍如何使用串口传输工具ｌｒｚｓｚ来下载应用程序。去官网下载ｌｒｚｓｚ源码并编译，可在ｓｒｃ下生成ｌｒｚ、ｌｓｚ两个可执行程序，一个用于接收文件，一个用于发送文件。将这两个程序放到Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统的ｓｙｓｔｅｍ／ｂｉｎ下面，如果是静态链接的，无需共享库，如果是动态链接的，需要共享库，可以在Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统下创建ｌｉｂ目录，然后将所需要的库放在该目录下，按前面的方法更新开发板上的Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统，下次进入Ａｎｄｒｏｉｄ系统的时候，就可以使用串口来接收和发送文件了。一般情况下，Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统本身提供的命令比Ｂｕｓｙｂｏｘ的命令少很多，我们可以利用Ｂｕｓｙｂｏｘ的命令，将其加入到Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统中，以方面调试【２５１。连接好串口线，进入Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统，在目标板运行ｌｒｚ，此时目标板会等待开发机传输文件，在开发机上选择协议并输入应用程序的路径，即可以看到传输的开始，等待传输结束后，按回车，可以看到应用程序已经存放在当前目录下。其实上面的方法可以传输任何文件，在调试Ａｎｄｒｏｉｄ的时候，经常会修改某武汉理工大学硕士学位论文个模块的源码，可以使用Ａｎｄｒｏｉｄ的ｍｍｍ命令来重新编译这个模块，这个模块在很多时候是一个共享库，体积一般不大，在测试模块时，没必要将整个Ａｎｄｒｏｉｄ文件系统更新，只需要更新这一个共享库，这时，可以使用串口来下载这个共享库来替换目标板上的共享库了，非常方便和快速，比起更新整个文件系统的效率高了许多倍。武汉理Ｔ大学硕十学位论文第５章底层软件移植与裁剪５．１ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ移植Ｂｌｏｂ移植５．１．１Ｂｌｏｂ支持比较多的处理器，包括本系统所用的ＰＸＡ３１０，其中Ｂｌｏｂ支持的ＰＸＡ３１０开发平台有Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ和Ｚｙｌｏｎｉｔｅ，这两个平台中Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ的硬件资源和本系统的硬件资源更接近，为了减少移植时间，可以选择在Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ平台的代码上进行修改和补充，改动比较大的主要是一些片外设备，因为本系统硬件和Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ硬件的不同大多在片外设备上。需要修改和添加的主要文件为：①／ｉｎｃｌｕｄｅ／ｂｌｏｂ／ａｒｃｈ／ｗｉｉｇｏ．ｈ：该文件是为该智能手机添加的一个头文件，该头文件定义了调试串口、内存起始地址、启动代码地址、内核的地址等等比较重要的信息，其主要内容为：＃ｄｅｆｉｎｅＷｌＩＧＯ—ＵＳＥ＿ＳＥＲＩＡｌ．３１／／使用第三个串１２１作为调试串１２１＃ｄｅｆｉｎｅＷｎＧＯ＿ＴＥＲＭＩＮＡＬ＿ＳＰＥＥＤｂａｕｄ＿１１５２００／／串口波特率＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＩＧＯ＿ＢＬＯＢＲＡＭ＿ＢＡＳＥ（０ｘ８０２０００００）／／ｂｉｏｂ在ＲＡＭ中的地址＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＩＧＯ＿ＫＥＲＮＥＬＲＡＭ—ＢＡＳＥ（Ｏｘ８０８０００００）／／内核在ＲＡＭ中的基址＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＩＧＯ＿ＰＡＲＡＭ＿ＲＡＭ＿ＢＡＳＥ（０ｘ８０２１００００）／／ｂｌｏｂ传递给内核参数存放在ＲＡＭ中的地址＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＩＧＯ＿ＢＬＯＢ＿ＦＬＡＳＨ—ＢＡＳＥ（Ｏｘｌ０００００００）／／ｂｌｏｂ在Ｆｌａｓｈ中的基址＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＩＧＯ＿ＢＬＯＢ＿ＦＬＡＳＨ＿ＬＥＮ（２５６’１０２４）／／Ｆｌａｓｈ给ｂｌｏｂ预留的长度＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＩＧＯ＿ＰＡＲＡＭ＿ＦＩＡ．ＳＨ—ＢＡＳＥ（ＷＩＩＧＯ＿ＢＬＯＢ＿ＦＬＡＳＨ＿ＢＡＳＥ＋ＷＩＩＧＯ＿ＢＬＯＢ＿ＦＬＡＳＨ＿ＬＥＮ）／／传递给内核的参数圈化在Ｆｌａｓｈ中的地址（ｏ）／／参数的长度，这里为０表示没有固化参数＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＩＧＯ＿ＰＡＲＡＭ＿ＦＬＡＳＨ＿ＬＥＮ＃ｄｅｆｉｎｅＷＩＩＧＯ＿ＫＥＲＮＥＬ＿ＦＬＡＳＨ—ＢＡＳＥ（ＷＩＩＧＯＷＩＩＧＯ＿ＰＡＲＡＭ＿ＦＬＡＳＨ＿ＬＥＮ）＃ｄｅｆｉｎｅＰＡＲＡＭ＿ＦＬＡＳＨ＿ＢＡＳＥ＋／／内核在Ｆｌａｓｈ中存放的地址（３。１０２４‘１０２４）／／给内核在Ｆｌａｓｈ上预留的长度ｗＩＩＧＯＬＫＥＲＮＥＩ：ＦＬＡＳ丑ｊ卫Ｎ②ｓｒｃ／ｂｌｏｂ／ｓｔａｒｔ．ｐｘａ．Ｓ：该文件为ＡＲＭ汇编，是所有基于ＰＸＡ架构的平台启动代码，如ＰＸＡ２７０、ＰＸＡ３１０等，该文件所做的工作主要是设置中断相关的内容，如清除中断、设置向量表等，另外该启动代码还会配置常用的一些ＧＰＩＯ、设罨内存ＳＤＲＡＭ等，需要根据自己平台的ＩＯ功能以及ＳＤＲＡＭ的芯片特性和地址空间来做相应配置，本系统该文件的主要内容如下：武汉理１＝大学硕＋学位论文．ｇｌｏｂｌｒｅｓｅｔｒｅｓｅｔ：严关闭所有中断・／ｌｄｒｍＯＶｓｔｒｒ０，＝ＩＣＭＲ尸全局中断控制寄