Android Things系統結構及展望

內容來源：2017 年 11 月 19 日，谷歌開發者專家王玉成在「2017谷歌開發者節北京站」進行《Android Things系統結構及展望》演講分享。IT 大咖說（微信id：itdakashuo）做爲獨家視頻合做方，經主辦方、演講者審閱受權發佈。

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嘉賓演講視頻及PPT回顧：suo.im/4s6Gko

摘要

Android Things的功能，總體框架，以及軟件開發調試環境介紹。Google IoT Core介紹，以及現有的基於Android Things的項目概覽。

Android Things

Android的整個生態涉及到手機、手錶、電視、汽車以及物聯網。Android Things的系統相對其餘幾部分更加精簡，適合與物體結合的場景，也就是物聯網方面。它的應用領域偏向於Camers、Gateways、HVAC Control、Smart Meters。

在物聯網設備中安全性的是比較難解決的，例如手環、Camers這類安全性相對較高的設備一旦被拿到最高權限，大量私密信息就會被暴露出去。考慮到這方面的問題Android Things在系統設計之初就在安全性上作了完善的配置。

Android Things開發工具

Android SDk是徹底支持Android Things的，固然也可以使用Android Studio做爲開發工具。Play Services是google Services的一個組件，Firebase則是數據庫，Cloud platform集成了對物聯網的數據應用。能夠看到Android Things借鑑了不少Android的工具，畢竟它是相似安卓的一套系統。

物聯網最基本的形態中相似於傳感器、攝像頭這樣的設備會對數據進行收集，而後進行粗加工傳送到雲端，最終處理分析這些數據。整個流程中數據會被存放到數據庫，可是收集到數據後進行深加工的這一環節，對目前的嵌入式設備來講還有不少問題沒有解決。所以數據的深加工都被放在雲端解決，這也使得Firebase和Cloud platform在整個數據處理的過程當中佔有比較重要的地位。

IoT

出於安全方面的考慮，Android Things的操做系統核心都是由谷歌直接管理，將開發者的權限限制在小範圍內。Google提供了IoT Developer Console進行雲應用上傳以及對設備的下發。

Automatic Security Update是自動安全升級，它在Developer Console中進行推送，一旦有新的Android Things鏡像或者須要從Android Things鏡像中升級應用都是經過Google服務器自動得到推送升級。Signed Images和Verifled Boot涉及到了嵌入式開發的領域。

通常的簡單嵌入式開發引導流程都是先從Bootloader到Linux Kernel，再進入到，以後纔是其餘應用的啓動過程。從整個系統的安全性來看，是能夠在Bootloader這部分夾雜一些代碼去得到權限的。因而Google 要求Signed Images和Verifled Boot這兩部分須要OEM廠商和本身進行認證，來保證這部分二進制鏡像的可靠性。

產品的開發中，須要在CPU芯片的模塊板上畫開發板，進行硬件方面的初期設計。完成後就進入到應用的開發時期，來讓開發者進行開發。

Android Things for Developers

上圖是整個Android 的整個系統的框架，包括linux kernel、Libraries、Application Framework、Application。Application中大可能是手機或者平板的應用和框架。

Application Framework這層中灰掉的這部分是Android Things去掉的部分框架，這些框架都涉及到了用戶交互方面的應用，而Android Things並不讚揚經過屏幕去進行用戶交互。由於物聯網的設備只須要配置好最初的設備環境就能夠了，系統的運行過程當中主要是進行數據收集以及傳遞的工做。雖然Android Things並不會過多的涉及用戶交互，但仍是提供了一些交互渠道，好比音頻、keyboard、按鍵。

Different from Android

不一樣於Android的多應用多Activity，Android Things中去除用戶的交互以外，就只使用了一個應用而且只包含一個Activity。Android有着動態權限的獲取，而Android Things的惟一一個應用是伴隨系統啓動的，不須要用戶去動態獲取權限。因爲Android Things須要驅動衆多的外設，因此它還有一個支持這些外設的庫。安卓的開發中Android Studio提供了虛擬機的支持，但Android Things但是涉及到了衆多的硬件，所以在軟件層面上的虛擬機支持是沒必要要的。

Support Google Service

上圖列出的是Android Things的API支持狀況，主要集中在數據、地圖、定位這類的服務。在數據相關的服務中關於用戶交互的部分也被去除了。Android Things的Cloud部分會生成各類服務API的key，而後在應用中加入key。這樣就解決了用戶態的認證缺失的狀況下，依然能判斷當前設備是否爲Android Things設備的問題。

用戶態驅動

Android Things提供了幾大類的IO，外設的IO包括GPIO，PWM、I2C、SPI、UART、Native PIO。GPIO 能夠用於傳感器的控制，PWM 用於對電機或聲音的控制。I2C、SPI、UART這三部分涵蓋了低中高三種總線，在目前全部的傳感器模塊中，若是須要鏈接板子都是要用到這三種總線的。

在用戶態這方面則抽象出了相似Android的輸入、傳感器、GPS、Audio的部分。還覆蓋了Peripheral I/O的一些設備，這部分的抽象被放在了Android Things Libraries中，經過接口就能夠調用。

Simple Peripheral I/O

上圖是GPIO的一個簡單例子，主要涉及到方向、觸發方式以及回調函數的註冊。

Cloud IoT Core Beta

Android Things收集數據進行深處理必需要通過Google Cloud，上圖就是Cloud IoT Core的整個架構。設備將數據導入到Cloud IoT Core後再利用Functions配置數據，接着Pub/Sub進行交互，交互完成後利用Bigtable、BigQuery、ML進行數據的處理，處理完成後將數據交給Datalab以及Date Studio，最後完成一些其餘的處理。

Work Flow

上圖展現了用戶在Cloud IoT Core上的工做方式。整個流程中有着三個主要角色，第一個角色是設備數據採集的過程，在物聯網中數據是低頻的傳輸，基於TCP協議之上，它主要經過MQTT/HTTP協議將數據傳輸到Cloud IoT Core。另外一個角色是Provisioner，當產品開發完成後會交給Device Manager進行管理。Cloud IoT Core採集到的原始數據會被傳輸到Pub/Sub模塊，也就是最後一個角色。

Android Things 社區連接

Google’s IoT Developers Community：https://g.co/IoTdev

Google’s IoT Solutions：https://Iot.google.com

Android Things SDK：

https://developer.android.google.cn/things/index.html