楊 程，黃俊偉，周俊揚(yáng)，楊 倩

(1.重慶重郵信科股份有限公司應(yīng)用部，重慶 400065；2.重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院 重慶 400054)

0 引言

QT 作為一款跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架，致力于發(fā)展跨平臺(tái)GUI 領(lǐng)域，以其優(yōu)良的跨平臺(tái)性、豐富的API和高程度的模塊化開(kāi)始在行業(yè)終端中展現(xiàn)出不平凡的實(shí)力。

Android 日志系統(tǒng)(Android Logging System)是一套系統(tǒng)級(jí)的、多功能的日志系統(tǒng)，它完整地記錄Android 智能系統(tǒng)從應(yīng)用層、框架層及其硬件抽象層等所有日志信息，同時(shí)Android 日志系統(tǒng)提供串口輸出功能，用戶可以將日志信息通過(guò)USB 傳輸至PC 端，再通過(guò)PC 端的調(diào)試工具呈現(xiàn)出來(lái)。

目前，在工程項(xiàng)目中，包括QT 在內(nèi)的多種應(yīng)用框架，由于沒(méi)有一套完善的系統(tǒng)調(diào)試解決方案，大部分的應(yīng)用開(kāi)發(fā)都被局限于模擬器調(diào)試，而無(wú)法在設(shè)備上進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)試，傳統(tǒng)的日志保存方法無(wú)法提供足夠的實(shí)時(shí)性且開(kāi)發(fā)調(diào)試效率慢。

為了解決這一問(wèn)題，本文提出了Android 日志系統(tǒng)跨平臺(tái)移植方案。不僅可以使QT 設(shè)備并且其他任意嵌入式Linux 設(shè)備都可以正常使用Android 日志系統(tǒng)，本文以智能終端行業(yè)中最流行的兩種智能終端系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析Android 日志系統(tǒng)的整體架構(gòu)，并在QT 架構(gòu)上進(jìn)行功能性移植，具有更好的代表性和實(shí)用價(jià)值。

1 平臺(tái)簡(jiǎn)介

1.1 Android 平臺(tái)

Android是Google 開(kāi)發(fā)的基于Linux 平臺(tái)的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)，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，被譽(yù)為第一個(gè)完整、開(kāi)放而且免費(fèi)的一種平臺(tái)［1］。截止2013 年初，基于Android 操作系統(tǒng)的智能手機(jī)占據(jù)全球市場(chǎng)份額的80%，中國(guó)市場(chǎng)占有率90%以上。

1.2 QT 架構(gòu)

QT是一個(gè)跨平臺(tái)的C++ 圖形用戶界面庫(kù)，由挪威TrollTech 公司出品，目前包括QT，基于Framebuffer的QT Embedded，快速開(kāi)發(fā)工具QT Designer，國(guó)際化工具QT Linguist 等部分QT 支持所有Unix 系統(tǒng)，當(dāng)然也包括Linux，還支持WinNT/Win2k，Win95/98 平臺(tái)。使用QT 您只需一次性開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，無(wú)須重新編寫(xiě)源代碼，便可跨不同桌面和嵌入式操作系統(tǒng)部署這些應(yīng)用程序［2］。

2 Android 日志系統(tǒng)

2.1 Android 日志系統(tǒng)架構(gòu)分析

圖1 Android 日志系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

Android 日志系統(tǒng)，主要分為兩個(gè)大的部分，一部分為Device 或Emulator 部分，第二部分為PC 部分。Device 端，主要完成保存全部的日志信息(Log)至內(nèi)核(Kernel)空間，并將其緩存在四個(gè)不同的循環(huán)緩沖區(qū)(Circular Buffer)中;開(kāi)啟ADBD 守護(hù)進(jìn)程，等待與PC 端進(jìn)行信息交互。PC 端，根據(jù)不同用戶的不同需求，通過(guò)USB 獲取到Device 端緩存的日志信息，Client 可以使用ADB 命令行，也可以使用DDMS 等開(kāi)發(fā)調(diào)試工具。

2.1.1 Android 日志開(kāi)發(fā)接口

Android 日志信息中總共定義了5 種不同級(jí)別的輸出，系統(tǒng)根據(jù)LOG的等級(jí)判斷是否需要輸出相應(yīng)Log 信息，在IDE 中分別以不同的顏色，以便用戶能夠更精準(zhǔn)地進(jìn)行查找。

2.1.2 Android Debug Bridge

(1)ADB 介紹

Android Debug Bridge是一種多功能的命令行工具，實(shí)現(xiàn)用戶與Android 智能手機(jī)或模擬器之間的通信功能，ADB 主要由客戶端、服務(wù)端和守護(hù)進(jìn)程三部分組成。

(2)ADB 功能簡(jiǎn)介

· 管理模擬器或設(shè)備狀態(tài)

· 在設(shè)備或模擬器上執(zhí)行命令

· 管理模擬器或設(shè)備上的端口信息

· 同步設(shè)備或模擬器上的文件信息

2.2 Android 日志系統(tǒng)流程分析

圖2 Android Log 設(shè)備端數(shù)據(jù)流程圖

Android 系統(tǒng)將日志信息分為四種不同的類型，分別為系統(tǒng)、RIL、音頻、以及主要信息。因此在Logger 驅(qū)動(dòng)中，首先在初始化的過(guò)程中會(huì)生成4個(gè)MISC 文件，分別保存system、radio、main、event，每個(gè)MISC 文件中包含一個(gè)循環(huán)緩沖數(shù)據(jù)流(Circular Buffer)，其內(nèi)容大小都為256 k，由于Android 日志系統(tǒng)記錄整個(gè)系統(tǒng)的日志信息，所以處于系統(tǒng)啟動(dòng)流程中的優(yōu)先啟動(dòng)對(duì)象(詳見(jiàn)3.1.1)。然后用戶根據(jù)需求對(duì)4個(gè)MISC 文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作，在設(shè)備端通常是寫(xiě)操作，通過(guò)open打開(kāi)指定類型文件節(jié)點(diǎn)，通過(guò)writev，readv 對(duì)設(shè)備文件信息進(jìn)行讀取操作。

3 移植方案分析與設(shè)計(jì)

3.1 Android INIT

3.1.1 Android 啟動(dòng)流程

圖3 Android 啟動(dòng)流程圖

Android 啟動(dòng)流程主要包含:硬件上電、內(nèi)核啟動(dòng)、INIT啟動(dòng)。當(dāng)Android 完成INIT 過(guò)程后，根據(jù)init.rc和init_XXX.rc(指定設(shè)備INIT 配置信息)文件，開(kāi)啟指定的后臺(tái)服務(wù)進(jìn)程(Background Service Program)，啟動(dòng)Zygote 程序，再由Zygote 程序逐步啟動(dòng)Android 上層GUI(Graphical User Interface)和應(yīng)用程序。

3.1.2 Android INIT 介紹

INIT是Linux 系統(tǒng)操作中不可缺少的程序之一，它是一個(gè)由內(nèi)核啟動(dòng)的自動(dòng)啟動(dòng)的用戶級(jí)進(jìn)程，進(jìn)程編號(hào)始終為1［2］。Android INIT 主要完成的功能如下所示［3］:

(1)初始化日志系統(tǒng);

(2)解析init.rc和init.XXX.rc 文件;

(3)設(shè)備初始化;

(4)初始化屬性服務(wù)器;

(5)開(kāi)啟屬性服務(wù);

(6)進(jìn)入一個(gè)無(wú)限循環(huán)。

3.2 移植方案設(shè)計(jì)

移植Android 日志系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)主要可以分為兩個(gè)部分:QT 啟動(dòng)流程設(shè)計(jì);QT 日志函數(shù)設(shè)計(jì)。

3.2.1 QT 啟動(dòng)流程設(shè)計(jì)

使用Android 日志系統(tǒng)，首先需要完成Android 日志系統(tǒng)的初始化流程，完成文件設(shè)備節(jié)點(diǎn)的注冊(cè);其次為了解決Android 日志系統(tǒng)保存日志信息不完整的問(wèn)題，需要在QT的啟動(dòng)過(guò)程中添加日志信息自動(dòng)保存的守護(hù)進(jìn)程，方便后續(xù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)調(diào)試時(shí)進(jìn)行查看;最后，啟動(dòng)QT 平臺(tái)下的第一個(gè)應(yīng)用程序。

3.2.2 QT 日志函數(shù)設(shè)計(jì)

由于原生QT 日志輸入將定向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)輸出流或標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸入流中，我們需要修改QT 輸出日志的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，將日志內(nèi)容重定向到Android Logger 注冊(cè)的4個(gè)不同的MISC 文件節(jié)點(diǎn)中，完成Android 日志系統(tǒng)在QT 平臺(tái)上的移植。

4 移植方案實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

4.1 移植前QT 啟動(dòng)流程

圖4 傳統(tǒng)QT 啟動(dòng)流程

傳統(tǒng)基于Linux的QT 設(shè)備在內(nèi)核啟動(dòng)完成后，將直接通過(guò)init 程序進(jìn)入QT的應(yīng)用處理流程。

4.2 移植后QT 啟動(dòng)流程

圖5 移植后的QT 啟動(dòng)流程

移植Android 日志系統(tǒng)首先需要有Android 系統(tǒng)的初始環(huán)境，所以需要移植Android的Init 程序，在完成日志系統(tǒng)的初始化后，通過(guò)Service 服務(wù)程序開(kāi)啟ADBD 守護(hù)進(jìn)程，用于與遠(yuǎn)端ADB 進(jìn)行信息交互，然后可以根據(jù)設(shè)備性能選擇性移植部分Service 程序，如Logcatd 進(jìn)程，可以將所有的日志性能都保存在指定的路徑下，由于Android 保存日志信息的循環(huán)緩沖流只能保存256 k 數(shù)據(jù)，超時(shí)的數(shù)據(jù)將被丟棄，使用Logcatd 進(jìn)行完整信息保存，不論是在實(shí)時(shí)的調(diào)試或是離線調(diào)試都可很方便快捷地查看完整日志信息。最后啟動(dòng)QT應(yīng)用。

4.3 QDEBUG 源代碼修改

在移植Android 日志系統(tǒng)的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)QT 日志信息與Android Logger的交互，需要將數(shù)據(jù)信息直接寫(xiě)入到Logger的MISC 文件中，由2.2 章節(jié)可知，在Logger 存在4個(gè)不同的MISC 文件，我們現(xiàn)在只使用其中的main的MISC 文件，但可以根據(jù)修改，使用不同的MISC 文件，進(jìn)行分別保存。代碼實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如下:

4.4 QT 架構(gòu)下調(diào)試信息測(cè)試

步驟一:在QT應(yīng)用中加入測(cè)試LOG 信息;

步驟二:設(shè)備上運(yùn)行QT 程序，通過(guò)ADB 截取LOG;

步驟三:觀察LOG 內(nèi)容及時(shí)間。

測(cè)試完成，驗(yàn)證成功。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)Android 日志系統(tǒng)從架構(gòu)和流程上做出深入剖析，提出一種新型的、跨平臺(tái)的系統(tǒng)調(diào)試解決方案設(shè)計(jì)，并成功在以QT為架構(gòu)的工程實(shí)現(xiàn)中得到驗(yàn)證。本設(shè)計(jì)方案在未來(lái)將不僅限于QT，應(yīng)用空間潛力巨大。除Android 日志系統(tǒng)外，其還擁有很多可以被其他平臺(tái)吸取的優(yōu)點(diǎn)，比如在通信業(yè)務(wù)方面的RIL 框架設(shè)計(jì)，獨(dú)立硬件設(shè)備的硬件抽象層的理念。如何更好地吸收這些開(kāi)發(fā)資源的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用于我們自身所需要的地方，將成為繼續(xù)研究的方向。

［1］韓超，梁泉.Android 系統(tǒng)原理及開(kāi)發(fā)要點(diǎn)詳解［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010：10.

［2］閆效鶯.基于嵌入式Linux 軟件平臺(tái)技術(shù)的研究［D］.西安：西北大學(xué)，2006：45.

［3］李凱.Android 操作系統(tǒng)分析與移植［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2011：37.