Android和Linux的嵌入式开发差异

最近开始投入Android的怀抱。说来惭愧,08年就听说这东西,当时也有同事投入去看,因为恶心Java,始终对这玩意无感,没想到现在不会这个嵌入式都快要没法搞了。为了不中年失业,所以只能回过头又来学。

首先还是说Android是基于Linux内核的,所以说骨子里还是linux,但是针对移动端,进行了深度优化。在这里结合GPT还有网上的信息,这里主要针对相比嵌入式Linux的差异,简单总结一下:

 

1 首先当然是前后端的分离。

有点类似Openwrt的发展。在之前,linux要开发图形程序是比较复杂的,QT,还有几个库,要么要收费,要么难以学习,最关键是和硬件平台绑定,换到新硬件要做移植。所以谷歌在操盘的时候,直接用Java做了前端GUI。当然,Java以前也有用J2SE做应用的传统。这样搞的好处也显而易见,前端和硬件分离,不管什么硬件,都不用改app代码了,虚拟机做适配就行了。IOS因为平台封闭,所以选了类C语言(具体机制空了再看看)。

所以首先的差异就是前端App要用Java开发,所以这个基本上绕不开。框架还是必须要学一下。

在前端App的层面,谷歌提供了Framework,还有大量的原生应用,比如电话,计算器,日历,email等。简化了很多开发。

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按照现在主流的分工,不管是Java还是Kotlin,应该都有专门的工程师。这部分对于嵌入式开发工程师我的理解是不用太懂,但是基本框架要懂,app是怎么怎么调用底层的,这个必须要知道。

试手一下CameraX(TODO)-CSDN博客

 
2 内核的变化(部分内容来自GPT)

Wakelocks: Android引入了"Wakelocks"机制,用于管理设备的唤醒状态。这是为了优化移动设备的电源管理,确保在需要时设备保持唤醒状态。就是俗称的唤醒锁,貌似这玩意主要是app层在用。

Low Memory Killer: Android引入了Low Memory Killer机制,用于监测并终止占用过多内存的应用程序进程,以维护系统的内存稳定性。这有助于提高系统的性能和响应能力。

Binder IPC(Inter-Process Communication): Android使用了自己的进程间通信机制,称为Binder。Binder允许Android系统中的不同组件进行通信,例如Activity、Service和BroadcastReceiver。据说这玩意类似Windows上的COM机制。

Ashmem: Android引入了Anonymous Shared Memory(Ashmem)机制,用于进程间共享匿名内存区域。这在Android中的共享内存和图形子系统中使用。

Logger: Android在内核中添加了用于日志记录的Logger模块,以支持Android的日志系统。

Android File System(FUSE): Android引入了FUSE(Filesystem in Userspace)用于文件系统的实现,允许用户空间程序运行文件系统代码而不需要修改内核。

安全性增强: Android对Linux内核进行了一些安全性的增强,包括SELinux(Security-Enhanced Linux)的集成,以提高系统的安全性。

调度策略: Android可能会使用不同的调度策略,以适应移动设备的性能和电源管理需求。

库的替换:好像glibc这些也都换了。

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大部分都是应用层。Binder是一个重头,因为涉及到接口。其他了解就行,真用到了再去看也可以。

Tee学习(TODO)-CSDN博客

  

3 驱动层的变化。(部分内容来自GPT)

Linux以前是标准的ioctl接口,Android改成了HAL接口,重要实现都切到了user space,用JNI封装。这些都要很了解。此外电源管理机制,还有Binder机制要看一下。

内核版本: Linux驱动接口: Linux驱动接口通常是为通用Linux内核设计的,支持各种硬件架构和设备类型。Linux内核在不同的发行版和版本中可能会有一些变化,但整体上是相对一致的。 Android驱动接口: Android使用了经过修改的Linux内核,因此Android驱动接口可能在某些方面与标准的Linux内核驱动接口略有不同。Android还可能引入一些额外的特定于移动设备的驱动需求。

电源管理: Linux驱动接口: Linux提供了通用的电源管理框架,驱动可以利用这些机制进行设备电源的管理。电源管理策略可能因硬件和内核配置而异。 Android驱动接口: Android对电源管理有其专有的需求,引入了Wakelocks等机制,以便更好地适应移动设备的电源管理和唤醒状态。

进程间通信(IPC): Linux驱动接口: 通常情况下,Linux驱动接口的设计并不直接涉及进程间通信,因为它主要关注设备与内核的交互。 Android驱动接口: Android引入了Binder机制,用于进程间通信。这对于Android中各种组件的通信非常重要,例如Activity、Service和BroadcastReceiver。

设备节点和HAL层: Linux驱动接口: 在标准Linux系统中,设备节点通常位于/dev目录下,用户空间可以通过这些设备节点与驱动进行通信。 Android驱动接口: Android引入了硬件抽象层(HAL),这是一个在用户空间和驱动之间的接口层,用于将Android系统与底层硬件驱动隔离开来。HAL层提供了标准接口,使得不同设备的驱动可以以相似的方式与Android系统进行交互。

调度策略: Linux驱动接口: Linux内核使用通用的进程调度策略,适用于各种设备和场景。 Android驱动接口: Android可能对调度策略进行定制,以适应移动设备的特殊需求,例如更好的响应性和电源管理。

驱动总览:

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这部分是重头,尤其是HAL层的差异,改的挺大的,必须要懂,而且要很懂。然后Android驱动层的一些实现,FrameBuffer(貌似现在换了),V4L2,ALSA,USB的gaeget框架,可能都要看看。当然,后面这部分也是Linux平台的玩法,区别不大。 

Android的硬件接口HAL-CSDN博客

  
4 安卓运行环境增加的命令

am activity管理器,启动activity等。直接管理activity的原因可能还是为了调试方便。(猜测)

pm package管理器。这个没啥好多说的。

svc 服务管理器。和linux标准的service有点接近,但是可以管理的是Android的特定服务,比如蓝牙,wifi等等。

input 模拟输入,主要应该还是用在调试方面。(搞外挂利器?)

getprop/setprop 以前在路由器上,这一套要单独实现,就是TR069,SNMP之类,现在谷歌整体给你实现了。轻松很多。在嵌入式开发中,这个是大头。

settings 这个说的主要是设置android。但是和上面的有什么区别呢?还是看了下GPT,setting主要修改和用户界面相关的东西,主要是app领域。getprop/setprop则更广,包含一些系统底层属性,需要的权限也更高,有些要root权限。貌似在嵌入式开发中,主要还是后者。

安卓平台在本地也集成了一个数据库,有点类似SQLite。当然,这个就是爱用不用了。

getevent 获取本地事件。nandread 读取nand数据。

最后有别于一般用的busybox,安卓用的toolbox,常用命令大同小异。

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要点有两个,一个是通过getprop/setprop给adb调试接口,另一个是用getevent,inputs去做定位分析,也都不是太难。其他的知道怎么用就行了。

  

5 用户层差异

主要就是运行的文件系统,一些重要的守护进程,然后一些工具的了解。

守护进程列表:

安卓启动流程:

文件结构

重要服务的位置:

文件系统差异(来自GPT)

应用和用户数据: Android: Android 将应用和用户数据存储在 /data 分区中。每个应用程序都有自己的私有数据目录,其中包含其数据和设置。例如,应用程序的数据库、缓存和共享首选项通常存储在 /data/data/<package_name> 目录下。 嵌入式 Linux: 在一般的嵌入式 Linux 系统中,应用程序的数据和设置通常存储在 /usr、/var 或其他指定目录中。

系统文件和可执行文件: Android: Android 的系统文件和可执行文件通常存储在 /system 分区中。这包括 Android 操作系统的核心文件、系统应用和一些系统级别的设置。 嵌入式 Linux: 一般的嵌入式 Linux 系统的系统文件和可执行文件可能分散在不同的目录中,通常包括 /bin、/sbin、/lib 等。

可变数据和缓存: Android: 可变数据和缓存通常存储在 /cache 分区中。这包括一些临时文件和缓存,可能会在系统启动时被清理。 嵌入式 Linux: 一般的嵌入式 Linux 系统可能将临时文件和缓存存储在 /tmp 目录下。

外部存储: Android: 外部存储通常映射到 /sdcard,用于存储用户的媒体文件、下载内容等。 嵌入式 Linux: 嵌入式 Linux 系统也可以使用外部存储,但其挂载点和目录结构可能不同,具体取决于设备和系统定制。

硬件相关文件: Android: Android 中可能包含一些硬件相关的文件和节点,如 /dev 目录下的设备节点,用于与硬件交互。 嵌入式 Linux: 嵌入式 Linux 系统也有 /dev 目录,但硬件节点的命名和数量可能根据系统的硬件配置而变化。

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和第4点差不多,没什么难度,用两次熟悉就可以了,细节要用的时候知道怎么查就行了。

Android系统目录介绍_android 目录-CSDN博客

  

6 源码结构

看起来好像使用envsetup.sh,lunch还有make就够了。但是还是要深入了解一下。

这部分核心要点一个是如何新增设备,另一个是如何新增一个app。最后就是怎么在启动脚本里面加东西。

安卓的编译加速使用了CCache,我在之前公司曾经建议使用这玩意 ,不过后面被否了。。。

还有一个要了解的就是Android.bp。其实本质就是cmake那种东西。。。

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这个也算次重点吧。主要是要懂编译环境,各个部分怎么生成的。要懂怎么增加一个设备,或者怎么增加一个App到编译环境。

CMake小结-CSDN博客

Android SDK学习(TODO)-CSDN博客

AOSP系列—阅读源码并熟悉AOSP目录结构_aospxref-CSDN博客

  

7 Fastboot

也就是俗称的刷机模式。是一个Android特有的工具,在Linux上没有。Android通过特定手段进入该模型,上位机配合一个exe文件。实现操作固件的一些功能。

在我看来本质上就是对bootloader的一个封装,好像官方名也叫bootloader interface, 提供的功能也是uboot命令行的那些,分区,升级,刷固件,主备分区管理,系统变量的设置。常规嵌入式开发中,规划分区也是很重要的工作,貌似Android不能修改分区。

里面有Recovery模式和Fastboot模式,一个主要专注系统恢复,一个功能更全面。

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如果用过uboot的话,看一下用法即可。

 
8 调试方法的学习

主要是ADB,这个比较简单,之前有写过。可能有一些细节,以后用到再说吧。

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虽然用的很多,但是没什么难的。

ADB的使用-CSDN博客

 

9 平台特性的学习

主要是硬件平台的特性。

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这个也是重点,毕竟到什么山头唱什么歌,高通的,瑞芯微的,还是谁的,都要仔细学习。

 

 

就写这么多吧,还有的看到再写写。虽然说换汤不换药,本质核心还是编程能力。懂不懂这个汤可能就是会不会失业,运气好工资一个月差几十K也都有可能。所以还是学学吧。

 

 

 

参考资料:

Embedded Android

ChatGPT

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