安卓設備管理論文

　　近幾年來，隨著移動互聯網時代的到來，Android操作系統已經從最初的智能手機領域逐漸進入教育、醫療、軍事、汽車、家居等重要領域，并已經成為移動平臺領域當之無愧的王者。

　　【1】基于安卓車載終端平臺的設備管理框架構建

　　摘要

　　2011 年1月至3月，Android占領了全球大部分的手機市場，市場份額首次超過了塞班系統上升到全球第一[1];

　　2012 年第一季度數據顯示，Android占領了中國68.4%的智能手機操作系統市場，在全球市場占有率為52.5%[2].

　　Android在 國內的發展不僅僅局限于作為智能手機操作系統，現在已經開始向作為其他移動終端操作系統的方向發展，例如移動互聯網設備、數字機頂盒、車載移動終端等領域。

　　Android平 臺是一個標準的通用平臺，而在多媒體車載終端項目中增加了許多Android原生系統中沒有的設備，例如DVD、GPIO、音頻管理設備等。

　　針對這些設備的控制，在Android原 生 系 統 中 最 常 用 的 做 法 就 是 使 用JNI方 式 進 行控 制。

　　JNI是Java Native Interface的縮寫，即“Java本地接口”.在Android系統代碼層次結構中，JNI處于Java代碼層與C/C++本地代碼層之間的位置。

　　在Android系統中提供JNI機制，使得在Java虛擬機內部運行的Java代碼能夠調用C/C++本地層的應用程序和庫，從而將Java代碼和C/C++本地層代碼緊密聯系在一起[3].但 是，在Android車 載終端平臺上使用常規JNI方式進行設備管理的缺點在于：

　　使 用JNI方 式 進 行 應 用 程 序 開 發 需 要 同 時 實 現Java、JNI、C/C++ 3個層次的代碼，開發工作量大，開發難度也較大;應用程序如果要移植到其它平臺上，C/C++本地層代碼需要重新編寫，移植的工作量較大;

　　從邏輯結構方面考慮，一個JNI動 態庫一般只適合管理一個外圍設備，隨著外圍設備的不斷增加，難以對這些設備進行統一管理;而且系統使用過程中存在多個應用程序同時訪問一個設備的可能，易造成設備訪問不可控，系統穩定性差。

　　此外，Java虛擬機為Java代碼提供了完善的安全機制使得Java代碼不會導致程序崩潰、濫用數據等，而一旦使用了JNI機制，這種安全機制就無能為力了[4].

　　可見，在包含較多非Android原始設備的Android車載終端平臺上，對這些設備進行統一管理變得非常重要。

　　為了實現 對 這 些 設 備 的 統 一 管 理，本 文 提 出 并 設 計 了 一 種 基 于Android Local Socket 和 Service 的方式，實現專門針對 Android車載終端平臺的設備管理框架。

　　該框架能夠實現對系統中非Android 原生的眾多設備進行統一控制和管理。

　　1 設備管理框架的邏輯結構圖

　　基于 Android 車 載終 端 平 臺 的 設 備 管 理 框 架 的 邏 輯 結構，如圖 1 所示。

　　設備管理框架的邏輯結構圖

　　設備管理框架包括下述層次：應用程序、設備管理服務、守護進程、設備功能動態庫、內核設備驅動，以及設備硬件。

　　2 設備管理框架的實現原理

　　按照從上到下的調用層次關系，整個設備管理框架的設計實現原理如下。

　　2.1 應 用程序層

　　系統中對設備管理框架的調用操作均由應用程序發起。

　　Android 應 用程序通過服務綁定接口綁定設備管理服務，綁定之后應用程序可獲得設備管理服務中的 DVD、GPIO、音頻管 理 等 所 有 設 備 的 AIDL(Android Interface DefinitionLanguage, 即 Android 接 口描述語言)接口。

　　這些接口就是DVD、GPIO、 音 頻 管 理 等 所 有 設 備，通 過 設 備 管 理 服 務 的AIDL 接 口提供給應用程序調用的功能接口。

　　2.2 設備管理服務層

　　設備管理服務位于 Android 系統中的 Java 框架層，介于Android 應 用 程 序 和 設 備 管 理 守 護 進 程 之 間，并 通 過 提 供AIDL 接 口為應用程序提供接口調用。

　　設備管理服務向上層應用程序提供 AIDL 調用接口，與下層的設備管理守護進程通過 Socket 通信方式進行數據通信，作用至關重要。

　　通過對整個設備管理框架的功能劃分，設備管理服務需要實現如下功能：

　　1)設 備管理服務感知應用程序的調用操作，并將應用程序 的 調 用 轉 化 為 命 令 格 式，并 將 這 個 命 令 通 過 AndroidLocal Socket(本 質上即為 Socket 套 接字)通信傳送給設備管理守護進程進行處理。

　　2)建 立和維護與設備管理守護進程之間的數據通信，確定一套合理規范的通信協議。

　　由于傳輸命令的內容較為簡單，設備管理服務向設備管理守護進程傳輸的命令格式定義為：“Device Name @ Function # parameter1 # parameter2 # …#parameter N”,其中“Device Name” 表 示設備名稱，“Function” 表示 功 能 接 口 名 稱，“parameter1#parameter2#…#parameter N”則表 示 傳 遞 的 參 數，參 數 之 間 使 用 符 號 '#' 分 隔。

　　以 命 令“GPIO@GPIO_UP#fmpowon” 為 例，其 中“GPIO” 表 示 設 備 名稱，“GPIO_UP”表示功能接口名稱，“fmpowon”表示功能接口的參數。

　　3) 為 DVD、GPIO、 音 頻 管 理等 每 個 設備 各 創 建(即 手 動編輯生成)一個 AIDL 接口文件，以供應用程序調用。

　　這里的AIDL 文 件只是接口聲明，需要在設備管理服務的其它 Java文件中完成這些 AIDL 接口的代碼實現，實現的主要內容是生成命令格式并向守護進程發送該命令。

　　由于設備管理服務對應用程序提供了設備管理框架內管理的所有設備的功能接口，設備管理服務的主要功能之一就是生成命令格式，命令格式中的“Device Name”字段即包含了要調用的外圍設備模塊，設備管理服務通過這個字段就可以將 AIDL 接口與外圍設備聯系起來。

　　4) 能 穩定地為 Android 應 用程序提供服務，數據處理及時，協調應用程序之間的執行和數據同步。

　　2.3 設 備管理守護進程層

　　設備管理守護進程位于 Android 系統中的 HAL 層(即硬件抽象層)，介于設備管理服務和設備功能動態庫之間，通過Android Local Socket 與上層的設備管理服務 進 行數 據 通 信，向下層則調用相應設備功能動態庫提供的接口，起著信息樞紐的作用。

　　通過對整個設備管理框架的功能劃分，設備管理守護進程需要實現如下功能：

　　1)通過 Local Socket 與上層的設備管理服務層進行Socket數據通信，通過發送心跳包檢測鏈路機制監測和更新上層客戶端的連接情況，準確接收設備管理服務層發送的命令包并解析命令格式。

　　2)根 據設備管理服務中規定的命令格式，從接收到的命令中解析得到調用的目標設備名稱，這里假設是“GPIO”設備，如果是第一次調用該設備，則首先加載該設備的功能動態庫，然后調用設備功能動態庫中的初始化接口 XXX_init(其 中“XXX” 是 從 命 令 中 解 析 得 到 的 設 備 名 稱)，

　　例 如GPIO_init,進 行初始化工作，否則直接調用該設備功能動態庫 的 命 令 處 理 接 口 XXX_process Cmd,例 如 GPIO_processCmd,進 行處理。

　　3)由 于有些功能接口存在獲取響應數據的需求，這要求設備管理守護進程能夠接收來自設備功能動態庫的響應數據并向設備管理服務層進行傳遞，傳遞的數據封裝格式定義為：設 備 名 稱 +'@' + 功 能 接 口 名 稱 +'#' + 有 效 數 據。

　　以“AUDIO@Get Main Volume#80” 為 例， “AUDIO” 表 示 音 頻 管 理設備名稱，“Get Main Volume”表示功能接口名稱，即獲取系統主音量，“80”表示有效數據，即音量值。

　　4) 能穩定地為設備管理服務層提供 Socket 連接的服務端，數據處理及時、可靠。

　　2.4 設備功能動態庫層

　　在 Linux 系統中，Linux 內核提供了用戶空間與內核空間進行交互的一組接口，即系統調用。

　　這些系統調用接口允許應用程序受限地訪問硬件設備。

　　系統調用是應用程序訪問內核空間的唯一手段;除了異常和陷入以外，它們是訪問內核唯一的合法入口[5].

　　設備管理框架中采用設備功能動態庫和設備管理守護進程分離的設計思想。

　　設備功能動態庫主要封裝與內核設備驅動進行交互的接口，應用程序向硬件模塊傳遞的命令也將到達設備功能動態庫。

　　即設備功能動態庫向上層提供接口給設備管理守護進程調用，通過 Linux 系統調用向下層調用內核設備驅動。

　　設備功能動態庫層向下層調用內核設備驅動的基本過程如下：

　　1)在 設備命令處理函數(即 XXX_process Cmd,其 中 XXX代表設備名稱)實現中，獲取守護進程傳遞下來的功能接口名稱和參數;

　　2) 根 據功能接口名稱查找設備動態庫中的功能接口名稱與功能接口函數指針映射表;

　　3) 根 據查找到的功能接口函數指針調用對應的功能接口函數;

　　4)在 功能接口函數實現中，調用 Linux 操 作系統提供的系統調用接口，實現對內核設備驅動的調用。

　　同時，接收內核設備驅動返回的數據，并將數據返回給守護進程。

　　數據上報給守護進程的格式定義為：“功能接口名稱+'#'+有效數據”.

　　2.5 內 核設備驅動層

　　內核設備驅動直接與底層硬件打交道，并按照硬件設備的具體工作方式，驅動硬件設備進行工作。

　　內核設備驅動作為應用空間和硬件之間的紐帶，使得應用空間只需通過調用系統調用接口就可以讓硬件完成要求的工作[6].

　　Linux 內 核通過系統調用接口，如 open、read、write、ioctl、close 等接口，與上層的設備功能動態庫進行通信[7],并通過設備驅動代碼操作下層的設備硬件，完成硬件操作功能。

　　2.6 設 備硬件層

　　設備硬件接收來自內核設備驅動的操作命令[8],執行硬件功能實現，并在必要時返回響應數據給應用程序。

　　3 設備管理框架的基本操作流程

　　設備管理框架的基本操作流程為：

　　1)Android 應用程序通過綁定服務接口綁定設備管理服務，綁定之后，通過設備管理服務的 AIDL 接口文件，即可獲得設備管理服務中 DVD、GPIO、音頻管理等所有設備提供的功能接口。

　　2)應 用程序調用設備管理服務 AIDL 接 口文件中提供的功能接口。

　　3)設 備管理服務感知應用程序的調用操作，將應用程序的 調 用 轉 化 為 命 令 格 式[9],并 將 該 命 令 通 過 Android LocalSocket 方 式發送給設備管理守護進程。

　　4)設備管理守護進程接收到調用命令，根據已定義的命令格式，對接收到的命令進行解析，得到調用的設備名稱。

　　如果是第一次調用該設備[10],則首先加載該設備的功能動態庫，并調用動態庫中的初始化接口 XXX_init 進行初始化工作，否則 直 接 調 用 該 設 備 功 能 動 態 庫 的 命 令 處 理 接 口XXX_process Cmd 進 行命令處理。

　　5)設備功能動態庫接收守護進程傳遞下來的功能接口名稱和參數，并通過 Linux 操作系統提供的系統調用接口調用設備內核驅動。

　　6)設備內核驅動通過操作設備硬件寄存器等方式實現向下層調用硬件操作功能。

　　7)設備硬件接收內核設備驅動的硬件操作命令，執行硬件功能實現并在必要時返回響應數據。

　　4 結 論

　　根據 Android 車載終端設備的特點，本文提出了設備管理框架的概念，設計并實現了專門針對 Android 車載終端的設備管理框架，將系統中非 Android 原生的設備進行統一控制和管理。

　　通過設計、實現及使用該設備管理框架，為應用程序開發提供了統一的接口，降低了應用程序開發的難度，提高了應用程序的代碼復用和可移植性;通過對設備的統一控制和管理，避免了多個應用同時對同一硬件進行操作存在的安全等隱患，有效地提高了系統的安全性。

　　設備管理框架采用標準而又靈活的體系結構設計，非常易于后續擴展，同時易于在 Android 平臺的不同項目之間推廣和復用，給設備系統帶來了多方面的顯著有益效果，達到了設計要求。

　　參考文獻：

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　　【2】學校設備管理系統Android客戶端功能的開發

　　摘要

　　隨著高校信息化建設速度的深入發展，高校所使用的設備越來越多，種類也越來越復雜，而原有管理方式無法適應現代化管理的需要，出現了許多不足，從而對高校設備的管理成為重要研究問題。

　　因經，擁有一個功能完備、操作便捷的設備管理系統，是眾多高校設備管理的首選。

　　根據設備管理系統的需求，我們對設備管理信息系統進行了詳細的設計，包括Web端和Android客戶端。

　　Web端主要分為六大模塊，包括設備管理、記錄管理、報表統計管理、庫存管理、權限管理和系統管理功能模塊;Android客戶端分為查看用戶信息、查看領用記錄、掃描檢索設備、搜索設備等模塊。

　　該系統不僅能夠使設備管理者對設備信息的錄入、審核、查詢和統計等功能快速方便的操作。

　　對于設備使用者來說，也可登錄移動終端，搜索相關設備、查看領用設備詳情等操作，給用戶帶來了很大的便捷。

　　本文側重基于Android平臺[1]的客戶端功能的設計與實現，基于eclipse的開發環境，采用JAVA語言，使軟件具有良好平臺移植性和可擴展性，該APP軟件使得設備管理系統的功能更加完善，提高用戶操作的方便性。

　　1 Android客戶端功能需求分析

　　在設備管理信息系統中引入Android客戶端，主要為了方便用戶的操作，用戶無須使用電腦在web端登錄，就可完成相關的操作。

　　比如檢索設備處是否存在某個設備，以便于領用申請，查詢自己的借用設備記錄等。

　　Android客戶端具體的功能需求結構圖如圖1所示。

　　Android客戶端功能結構圖

　　1)查看用戶信息：用戶使用工號從客戶端成功登錄后，即可查看自己的信息。

　　2)掃描檢索設備信息：用戶成功登錄后，通過掃一掃功能掃描相應二維碼、條形碼到設備庫檢索設備，若存在該設備將獲取設備信息，并顯示給用戶。

　　3)查看領用記錄：用戶成功登錄后，可以方便查看以往領用的設備記錄，無須登錄web端系統進行查看。

　　4)搜索設備：用戶成功登錄后，通過搜一搜功能，并輸入相應關鍵詞進行檢索，若存在相關設備，將獲取設備相應的數據顯示給用戶。

　　2 Android客戶端功能的設計與實現

　　2.1 Android客戶端登錄模塊設計與實現

　　這種登錄方式，需要用戶輸入用戶名(教師工號)和密碼進行登錄，基于Android平臺進行設計與實現。

　　登錄模塊在進行設計時，頁面布局需要用xml格式編寫，該xml聲明一個垂直的線性布局，布局中包括了兩個子線性布局，其中第一個線性布局包含一個Image View,用來設置登錄界面logo;第二個線性布局通過包含兩個EdiTextText(接收用戶賬號和密碼的輸入)、一個登錄Button控件以及兩個Text View,它們分別作用于設置用戶忘記密碼連接和App版權信息。

　　其中各個控件的樣式通過Android的背景選擇器selector[2]來定義，并在控件的background屬性進行設置。

　　實現登錄功能需要用到Login Activity和Loading Activity,打開客戶端首先會啟動一個歡迎引導界面Welcome Activity,其次才啟動登錄界面Login Activity,界面如圖2所示。

　　當用戶輸完賬號密碼點擊登錄按鈕之后，啟動一個透明背景加載等待的Loading Activity擋在Login Activity前面，這樣做的好處是防止用戶多次點擊登錄按鈕觸發登錄事件。

　　該Loading Activity首先獲取Login Activity傳過來用戶賬號和密碼，然后開啟一個線程發送請求到服務器進行驗證。

　　若服務器返回成功登錄的狀態時，這時Loading Activity會通知Login Activity進行界面跳轉并且調用finish()方法關閉自己，Login Activity接收到登錄通知，就會啟動主頁面Main Activity,主界面如圖3所示。

　　登錄界面

　　主界面

　　2.2查看用戶信息模塊的設計與實現

　　用戶成功登錄客戶端后，點擊圖3主界面中的“個人信息”或者“設置”中的個人信息項，Activity會向服務器的User-s CRUDController控制器發出“get Specific User Role Info”請求，控制器會以json形式返回用戶信息數據，緊接著Activity調用Jso-n Util類解析傳送數據展示給用戶，如圖4所示，相關代碼如下：

　　List

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