Android开放式架构平台在物联网嵌入式中的解决方案-技术方案

精品文档-下载后可编辑Android开放式架构平台在物联网嵌入式中的解决方案-技术方案

Android开放式架构平台获得了巨大成功，已赢得智能手机市场的份额。Android操作系统于2005年得到了Google的支持并被其收购，自2007年公开以来，已有超过10亿部手机和平板电脑在使用该系统。随着“物联网”嵌入式解决方案的出现，该系统已为继续拓展应用范围做好了准备。

获得开放手机联盟（OpenHandsetAlliance）的认可是Android系统加速发展的关键助推剂。该联盟通过开放式标准，确保硬件、软件和电信通信都得到明确的定义。确保Android操作系统成功的另一关键便是其相对直观的用户界面，该界面充分利用了触摸动作和手势，为用户提供更高水品的链接。而且，经过改进的语音识别、多个灵活的通讯链接、逼真的高清显示以及超越普通分辨率的相机模块也仅仅是帮助Android产品大获全胜的少数几个原因。

对设备和用户界面设计人员来说，这究竟意味着什么呢？本文将介绍Android产品设计的所有元素，讨论有助于进行Android产品的主要和/或扩展硬件开发的现有工程方法、资源、工具和参考设计。

开源与闭源

开源与闭源之间的战争从未停止过，已经蔓延了好几代设计。闭源意味着仅能让一组较少的创新者进行自由创造，就像开发资源和许可意味着设计人员需要作出更多承诺一样。在开源情况下，每个人都通常能或者支付很少费用后，在一个伞形框架下开发产品。闭源产品看起来从一开始就做得很好，这是因为其背后（通常）有一个纪律更严明的团队。

然而毋庸置疑的是，Android产品凭借低成本、迷人的屏幕和用户界面以及多元化应用程序（app），在销量上完胜劲敌-苹果（Apple）的iPhone和iPad。制造商如推出Galaxy级产品Samsung、包括Barnes、Noble在内的其它许多非传统硬件公司以及Amazon都在提供风格多样并捆绑了各种功能和app的Android产品。

这说明了两点。，我们能定制自己的硬件，以更低的成本扩展OEMAndroid产品，将Android系统用于我们的显示、通信链接和用户界面。第二，也可设计一个与我们的专用硬件或者专有系统紧密联系的嵌入式Android系统，充分发挥开放式资源的优势，摆脱硬件束缚，自由选择我们的新一代处理器、模块、电路板或者OEM平板电脑，只要这些器件满足Android产品要求。

需要什么

随着产品性能和功能的不断提升，要求也在变化。现代Android设计至少需要能够驱动一个32位ARM7、MIPS或者x86架构的能力，且至少应有512MRAM。处理器必须能够运行使处理任务保持开放状态的存储器管理方案，而不仅是被挂起后用于节能。

这里还有许多值得去玩味。用一个运行频率高达1GHz的处理器管理、指挥许多对实时性敏感且常常重叠的功能并非易事，如图形处理、加速仪和其其它感器、可识别手势的投射式电容触摸屏、摄像头、USB、GPS、Wi-Fi和音频I/O，而这些也仅是其中一少部分。

当开发一个兼容Android产品的硬件平台设计时，可能需要首先考虑可提供ARM、MIPS或者X86处理器的芯片制造商，因这些芯片可支持和运行作为Android个性化基础的Linux打包操作系统。然而此时还需注意，除了高端GHz级处理器外还有体积更小的集成式专用处理器，它们能分担许多处理任务，从而争取引起注意、获得资源。

例如，FTDI的FT311D-32L1C-R专用型USBAndroid产品枚举器和通信链接控制器。该控制器称作USBAndroid主机IC，旨在允许在Android产品系统内通过USB访问外设硬件。

Android开放配件模式（OAM，OS3.1以及更高版本）允许带有USB硬件的外部设备能以特定的配件模式进行交互。此时，由外部设备提供电源，因此平板电脑或者智能手机无需作为一个主机侧控制器提供500mA电源，以满足USB需要。这种模式下，不需要Android设备上的任何驱动程序、软件或者开销。

这款相对较小的32引脚FT311D能作为一个独立的协处理器执行全部USB枚举序列任务并支持Android开放配件模式（图1）。

Android开放式架构平台在物联网嵌入式中的解决方案图1：通过分担开放式配件模式的功能，该协处理器能执行所有枚举和再枚举任务，而无需任何驱动程序或Android处理器开销。

该协处理器支持USB2.0的12MHz速度，能够完成所有以USB为中心的功能，从而减少主处理器负载，尤其是将外设与USB连接时。FTDI在Digi-Key网站上推出了Android接口解决方案培训模块。

PIC处理器制造商Microchip也支持深受大众欢迎的Arduino产品平台。考虑到满足Android产品开发的需求，Microchip推出了DM240415配件开发入门套件。该套件基于PIC24F处理器。该平台还提供了一种支持OAM的专用协处理器方法，由微控制器或USB分担关键链接和功能，如Android产品接收和发出数据。

这款免版权费、无许可费的DM240415配件开发入门套件提供了一个嵌入式调试器、电源、支持图形库的软件、IrDA协议栈、USB协议栈、闪盘驱动文件系统、电容式触摸软件、TCP/IP协议栈和MiWi个人Wi-Fi支持功能。为了将定制硬件与Android系统连接，该开发板还提供了八个LED状态指示灯、一个电位计和用户接口按钮，以便能用作应用开发和测试板。参考文献［1］中给出了一个参考原理图，可作为平板电脑的一种参考设计。该Android客户端驱动程序被作为PICUSB主机协议栈以上的一个层来执行。

Android开放式架构平台在物联网嵌入式中的解决方案图2：这款由Microchip提供的免版权费AndroidOAM模式软件通过加入一个Android客户端程序并基于其USB协议栈构建而成。

FTDI和Microchip均对各自的器件提供开发支持，但也可由第三方提供开发支持。EmbeddedArtists通过其EA-APP-001Android开放配件应用套件提供了一种开源演示和开发板。按照相同的分离式处理器任务管理分配方案，该套件采用了两个协处理器：NXPSemiconductors的LPC1769（这是一款高端、32位、120MHzARMCortex-M3器件）与NXP的LPC11C24（这是一款体积更小的50MHz、32位ARMCortex-M0零件），用于向并行运行流分配较高或较低水平的处理任务。

LPC1769侧可支持10/100以太网、CAN、ZigBee（NXPJennic）和串行任务。LPC11C24侧不仅共享CAN互连，还利用其RGBLED、按钮、温度和光线传感器管理硬件开发和传感器连接。该套件也可用于通过其某一个低功耗I/O（PIO1_4）进行低功耗唤醒功能的开发测试。

一个漂亮的特性便是充电器馈通模式。除了5V备用电源外，这个USB型充电器接口还能从被测装置抽取电能（图3）。板上有一个原型开发区域，允许通过充电器访问USB数据信号和OAM模式。然后，充电器能在充电时自动通过Wi-Fi进行音乐和图像同步。NXP的LPC1700系列产品培训模块与其LPC11xx编码密度产品培训模块同时提供。

Android开放式架构平台在物联网嵌入式中的解决方案图3：双协处理器能够分配与Android有关的外设和任务，并用作Android硬件扩展的开发平台。

为运行而生

除了外设开发和OAM支持外，板级系统、参考设计以及开发套件还能为主要Android应用运行频率达到数个GHz的高端处理器。让我们了解一下基于ARMCortex-A8的1GHzOlimexA13-OLINUXINO-MICRO板，该板用于基于Linux的Android产品开发。该板以AllwinnerSoC为基础，是基于各种高端处理器（A8、A13、MX233等）的OLinuXinoGHz级处理器板的一块。这些都是您希望在更高端控制中使用的处理器（图4）。

Android开放式架构平台在物联网嵌入式中的解决方案图4：这款高集成度OlimexLinuxAndroid开发平台基于AllwinnerA13处理器，采用SoC技术，实现了高性能、低功耗和很好的Android兼容性。

在这样的速度下，单核与多核处理器能够吸收不同外设功能的所有开销，并直接执行如NAND闪存、DDRRAM，SD卡、3D图形、USB等数据任务和/或密集型处理任务。

Olimex还有一款基于1GHzARMCortex-A8处理器的A10S-OLINUXINO-MICROLinux开发板，这是一台开源式Android/Linux单板微型计算机。该板支持USB2.0和HDMI图形功能，支持VGATFT分辨率。该板还配有50个I/O线路，用于协助原生硬件和接口的开发。