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        IOIO 在Android手機(jī)中的應(yīng)用與研究

        2013-08-27 08:33:12張佳進(jìn)陳立暢唐秀英楊曉東唐君君
        關(guān)鍵詞:物理功能系統(tǒng)

        張佳進(jìn),陳立暢,唐秀英,楊曉東,唐君君

        (1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)與信息工程學(xué)院,昆明650201;2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院)

        引 言

        Android本意指“機(jī)器人”,是Google公司于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),是當(dāng)今三大智能手機(jī)操作系統(tǒng)之一。它包括操作系統(tǒng)、用戶界面、中間件和應(yīng)用程序,擁有移動(dòng)電話工作所需的全部軟件,同時(shí),其開放性保證該平臺(tái)不存在任何阻礙移動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的專有權(quán)障礙。因此,其市場份額增長迅速,軟件生態(tài)系統(tǒng)日漸成熟,大量軟件開發(fā)人員投身到Android應(yīng)用程序開發(fā)中來。

        當(dāng)前Android手機(jī)主要集成了WiFi、藍(lán)牙通信接口,它們具有傳輸速率高、通用性好等優(yōu)點(diǎn)。但是在普適計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中,大量傳感器、控制設(shè)備往往采用傳統(tǒng)的串行通信、I/O 控制等技術(shù)。目前,Android手機(jī)往往缺乏這些接口,雖然可以采用藍(lán)牙轉(zhuǎn)RS232等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)Android手機(jī)與外部物理設(shè)備的通信與控制,但是藍(lán)牙技術(shù)有通信距離短、不可靠、功耗高等缺點(diǎn)。特別是在低功耗物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中,我們很難采用藍(lán)牙、WiFi通信技術(shù)。因此這在某種程度上制約了Android 手機(jī)在以上領(lǐng)域的應(yīng)用[3]。

        IOIO是SparkFun公司出品的一款專門為Android1.5版本以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用型開源控制模塊,它給開發(fā)者提供了免費(fèi)的系統(tǒng)電路圖及系統(tǒng)主板MCU 的Firmware,同時(shí)也提供了豐富的Java API[1]接口。IOIO 通過USB 接口與Android 手機(jī)相連,高度集成了數(shù)字I/O 端口、PWM、模擬輸入端口、I2C 總線、SPI,以及UART 控制器等功能組件,只需通過簡單、直觀的Java API驅(qū)動(dòng)程序即可直接操作外部硬件I/O 端口,既無需嵌入式編程,又不用外部編程器,使用方便靈活。因此,通過IOIO 模塊,Android手機(jī)可以方便地整合3G 通信網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙通信、觸摸屏交互技術(shù)、各類傳感器與外圍物理設(shè)備相連,從而增強(qiáng)了手機(jī)與物理世界的信息交互能力,為Android手機(jī)的創(chuàng)新應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。目前,許多國際著名品牌的Android手機(jī)和平板電腦都兼容支持IOIO 模塊,例如Google、Samsung、HTC、LG、Motorola等[2]。

        1 IOIO 硬件結(jié)構(gòu)

        IOIO 主要采用了低功耗PIC 單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器,IOIO 模塊實(shí)物圖如圖1所示。IOIO 硬件電路板上集成了模擬輸入、I2C 總線、SPI、UART、GPIO 等多個(gè)功能接口部件。主要引腳功能分類如表1所列。

        圖1 IOIO 模塊實(shí)物圖

        表1 IOIO 模塊主要引腳功能分類

        2 IOIO 開發(fā)環(huán)境

        2.1 Android應(yīng)用程序開發(fā)簡介

        Android操作系統(tǒng)自上向下分成應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、組件庫層、虛擬機(jī)和Linux內(nèi)核層[56]。其構(gòu)架如圖2所示。

        圖2 Android框架

        應(yīng)用層(Application layer)。Android操作系統(tǒng)和一系列核心應(yīng)用模塊一起發(fā)布,其核心應(yīng)用模塊主要包括電話短信功能、網(wǎng)頁瀏覽器、聯(lián)系簿等。

        應(yīng)用框架層(Application Framwork layer)。開發(fā)者通過使用核心應(yīng)用程序來調(diào)用Android框架提供的API組件。

        組件庫層(Libraries layer)。Android包含了一套C/C++函數(shù)庫,主要包括libc、Media Framework、WebKit、OpenGLES、FreeType、SQLite等,這些功能通過Android應(yīng)用框架展現(xiàn)給開發(fā)人員。

        運(yùn)行時(shí)環(huán)境(Android Runtime)。Android包括了一個(gè)核心庫,該核心庫提供了Java編程語言核心庫的大多數(shù)功能。每一個(gè)Android 應(yīng)用程序都擁有一個(gè)獨(dú)立的Dalvik虛擬機(jī)實(shí)例。

        Linux內(nèi)核層(Linux kernel layer)。Android底層核心是一個(gè)基于Linux 2.6.23內(nèi)核開發(fā)的獨(dú)立操作系統(tǒng)。主要是加了一個(gè)名為Goldfish的虛擬CPU 以及Android運(yùn)行所需的特定驅(qū)動(dòng)代碼。該層用來提供系統(tǒng)的底層服務(wù),包括安全機(jī)制、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧及一系列的驅(qū)動(dòng)模塊[6]。

        2.2 IOIO軟件開發(fā)環(huán)境要求

        IOIO 模塊的應(yīng)用開發(fā)需要安裝以下軟件工具[4]:

        ◆ Eclipse IDE(Integrated Development Environment);

        ◆Android SDK(Software Development Kit),只能采用V6.0版本;

        ◆JDK(Java Development Kit);

        ◆下載IOIOLib庫。它為Android手機(jī)提供了豐富的接口API,例如Digital I/O、模擬輸入、PWM 輸出、Pulse輸入、串行UART、SPI、I2C總線等。

        圖3為IOIO 軟件開發(fā)環(huán)境界面。

        圖3 IOIO 開發(fā)環(huán)境界面

        3 IOIO 應(yīng)用開發(fā)實(shí)例——LED亮滅控制

        IOIO 模塊引腳0連接的是板載LED的正極,LED 負(fù)極接地,因此高電平點(diǎn)亮,低電平熄滅,實(shí)驗(yàn)效果如圖4所示。

        該演示程序核心Java代碼如下:

        圖4 Android手機(jī)控制LED亮滅實(shí)驗(yàn)效果

        從以上LED控制實(shí)例中可以發(fā)現(xiàn),基于IOIO 的IOIOLib庫,可以方便快速地構(gòu)建Android手機(jī)電子互動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng),IOIO 具有簡單易用的優(yōu)勢。

        結(jié) 語

        IOIO 是一個(gè)開放的人機(jī)互動(dòng)平臺(tái),為Android手機(jī)提供了豐富的I/O 接口資源,拓展了Android手機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,增強(qiáng)了Android手機(jī)與物理世界的信息交互能力,相信在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代會(huì)不斷涌現(xiàn)出大量Android移動(dòng)創(chuàng)新應(yīng)用系統(tǒng),這將有利于信息物理系統(tǒng)的發(fā)展。

        [1]SparkFun Electronics.IOIO for Android[EB/OL].[2012-09-14].https://www.sparkfun.com/products/10748.Last accessed on 20October 2012.

        [2]GitHub.Supported Devices[EB/OL].[20- 10-2012].https://github.com/ytai/ioio/wiki/Supported-Devices.

        [3]R Chaudhri,W Brunette,M Goel,et al.Open data kit sensors:mobile data collection with wired and wireless sensors[C]//In Proc of the 2nd ACM Symposium on Computing for Development,MIT,USA,2012:1- 10.

        [4]Cheng Minlin,Kuo Chenlang,Yi Lunchu,et al.An Implementation for Connecting Android Powered Device to External World[C]//The 2nd International Conference on Innovations in Bio-inspired Computing and Applications(BICA 2011),Shenzhen,Guangdong,2011:303- 325.

        [5]耿東久,索岳,陳渝,等.基于Android手機(jī)的遠(yuǎn)程訪問和控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2011,31(2):559- 561.

        [6]楊豐盛.Android應(yīng)用開發(fā)揭秘[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

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