Android Things 开发入门

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原作者：AndroFarmer
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Android Tings 是什么

android things（后面正文内容简称ats）是一个物联网平台，他基于android，并做了相当多的改造以适合在一些低配置的物联网设备上运行，同时它又是安卓，因为其保留了绝大部分android framework的功能。因此借助ats平台我们不需要了解嵌入式（准确的说还是需要了解一些的）相关的知识就可以开发出一系列智能硬件产品

Android Tings 能做什么

要说明这个问题，我们不如从反面说明，ats不能做什么。
先看张ats的框架图：

从图上可以看出，ats是在标准安卓的framework层上增加了things support library，同时为了保证嵌入式性能以及根据嵌入式设备的特点的需要，精简和修改了部分标准framework层的东西。
那么具体ats不能做什么，除了下图中的这些标准android的特性不支持外，其他都支持（gms除外，因为ats的gms框架是定制的跟标准android不通用）：

可以看出ats对标准android framework的支持还是挺多的，这也就保证了app开发者们可以很轻松的做ats的开发。

### 开发Android Tings的硬件条件
由于android studio 并未有提供ats的模拟器，所以我们必须要有一个能刷ats系统的硬件（比如树莓派）才行，同时为了还需要一些传感器、电阻、电子按钮、面包板、led灯等一些列配套外设，因为iot（物联网）的开发很多时候都是对硬件的操作，有了这些外设才能更好的去实验一些demo。
下面贴出我购买的硬件全家桶套装：

### 树莓派针脚说明
ats的开发很多时候都是操作硬件，所以我们就有必要去研究，如何去操作外设设备，一个很重要的方法就是通过外设接口去操作。
看下图：

第一张图画红线的地方，按照针脚一对一的顺序分别对应下面的这张图说明。
看到这可能有些晕，这这是什么鬼，当然电子工程相关专业的应该一看就懂，没错这就是总线。
### 何为总线
总线，总线，就是总让你陷进去

请原谅我不会搞笑还胡说的坏毛病。
树莓派支持的总线类型：GPIO,I2C,I2S,SPI,PWM,UART
关于总线我也不是专业的。以我的理解就是为了控制不同的硬件设备，而对电信号做不同的处理而划分的标准。这里我们先混个脸熟，后面用的最多的是GPIO，也就是以名称BCM开通的针脚，后面我们会通过名称去控制这个针脚上的设备。
关于总线详细的介绍，大家可以参考下这篇文章：
https://blog.csdn.net/haima1998/article/details/18729929

### 如何刷写ats到树莓派开发板上
关于这方面的介绍，网上还是挺多的，我搜了一下最不缺的就是这类文章，所以这里就不做详细介绍了，简单介绍下
步骤：
1. 进入android things console，创建属于自己硬件的rom，这是google的云管理平台（在这里可以创建硬件设备的rom，发布ota更新等）
地址为：https://partner.android.com/things/console/

2. 通过软件刷写rom到内存卡上，这里推荐使用Etcher这个软件这个软件的使用还是很简单的，一键式的。
3. 刷写完成后通电，插入显示器，不出什么意外就可以正常开机了
至此刷写rom的工作就完成了

这里推荐另一种更简便的方式：使用官方提供工具的：android-things-setup-utility
下载地址：https://partner.android.com/things/console/#/tools
解压完了以后如图：可以根据自己的平台选择操作。

如何操作Android Things

由于物联网设配的特殊性，我们没有像安卓一样的触摸屏和按键等外设来操作设备。所以我们需要通过如下两种方式去连接设备
1.通过usb转ttl设备直接连接
具体如何操作，可以自行百度
2.通过局域网连接（推荐方式）
先让ats设备连接到路由器，这里推荐连接显示器鼠标键盘可视化操作连接网络等操作，连接上显示器如下图：

常用的adb 命令

通过这些命令我们可以更好的管理和使用ats
连接AndroidThings
adb connect
断开AndroidThings
adb disconnect
关机
adb shell reboot -p
4.卸载应用
adb shell uninstall
使用adb connect 命令连接到ats设备后就可以像开发app一样用android studio去开发部署和调试了。

Demo展示及硬件搭建-light

这是一个操作LED让其闪烁的demo，
我们通过这个demo来介绍基本的操作硬件的方法
先看下最终效果：

硬件搭建步骤：

通过面包板串联一个电阻和一个LED灯并连接到面包板的正极
面包板的正极连接到树莓派一个GPIO总线端口
LED另一个针脚通过跳线连接到树莓派的GROUND针脚上
附上我的连接图：

至此硬件模块的搭建就完毕了。

更直观一点的参考如下官方图片：

这里需要着重说明是：Ground为地线,用来模拟零电压线，GPIO总线端口可以根据所加的电阻以及LED选择不同的电压，我这里选择的是电压3.3v名为BCM2的端口

### light代码分析

public class LightActivity extends Activity {Handler mHandler;PeripheralManager mPeripheralManager;Gpio mLightGpio;@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.activity_light);mHandler = new Handler();mPeripheralManager = PeripheralManager.getInstance();try {mLightGpio = mPeripheralManager.openGpio("BCM2");mLightGpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_OUT_INITIALLY_LOW);mHandler.post(mBlinkRunnable);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}private Runnable mBlinkRunnable = new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {if (mLightGpio == null)return;mLightGpio.setValue(!mLightGpio.getValue());mHandler.postDelayed(mBlinkRunnable, 1000);} catch (IOException e) {}}};@Overrideprotected void onDestroy() {super.onDestroy();if (mLightGpio != null) {try {mLightGpio.close();mLightGpio = null;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

代码不多，就全贴上去了，下面我们分析下代码 mPeripheralManager=PeripheralManager.getInstance();
mLightGpio= mPeripheralManager.openGpio(“BCM2”);
我们通过PeripheralManager单例后调用openGpio方法，传入的参数为GPIO端口对应的名称，这样就拿到这个端口控制对象Gpio的一个实例mLightGpio。
mLightGpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_OUT_INITIALLY_HIGH);
这句话代码有两个作用：1.设置电平方向为输出方向。2设置初始电平为高电平并立即激活。
这句代码执行后，LED会变为常亮状态
我们还可以通过以下三行代码实现跟上面一句同样的效果：
//设置电平方向为输出方向，设置初始电平为低电平并立即激活
mLightGpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_OUT_INITIALLY_LOW);
//设置激活状态为高电平
mLightGpio.setActiveType(Gpio.ACTIVE_HIGH)
//进行激活
mLightGpio.setValue(true);
在mBlinkRunnable中通过 mLightGpio.setValue(!mLightGpio.getValue());来循环
改变电平的激活状态来实现LED的闪烁。
至此LED就可以blingbling的闪了。

最后看下ats项目和标准安卓有和区别
主要区别有两点:
1. ats项目权限不需要用户动态授权，直接在manifest中声名即可，如访问GPIO总线端口以及下面需要讲到的注册用户驱动所需要的权限

<uses-permission android:name="com.google.android.things.permission.USE_PERIPHERAL_IO"/>
<uses-permission android:name="com.google.android.things.permission.MANAGE_INPUT_DRIVERS" />

ats项目部署到硬件后可以设置其意外关闭重启和开机自启动，这样可以保证物联网设备的高可用状态，不至于程序崩溃导致设备无法使用
具体步骤只需要在入口Activity加入如下intent-filter：

 <intent-filter><action android:name="android.intent.action.MAIN"/><category android:name="android.intent.category.HOME"/><category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/></intent-filter>

用户驱动-userdriver

所谓用户驱动就是ats允许你把相应的硬件的电信号转化成系统事件，比如按钮的点按事件注册成系统的键盘按键事件，温度感应器的电信号注册成系统已存在的感应器事件，这样各个组件都可以很方便的使用标准的framework api去操作硬件了。

举个栗子

本例展现的内容是把按钮的点按事件电信号注册成键盘的key事件，这样按钮就变成一个键盘了,可以点击和长按。注册成系统事件后可以在应用程序的各个组件中进行使用了。
演示效果:

硬件安装图：

看下代码：

package com.androfarmer.button;import android.app.Service;
import android.content.Intent;
import android.os.IBinder;
import android.util.Log;
import android.view.KeyEvent;import com.google.android.things.pio.Gpio;
import com.google.android.things.pio.GpioCallback;
import com.google.android.things.pio.PeripheralManager;
import com.google.android.things.userdriver.UserDriverManager;
import com.google.android.things.userdriver.input.InputDriver;
import com.google.android.things.userdriver.input.InputDriverEvent;
import java.io.IOException;public class KeyCodeDriverService extends Service {private InputDriver mDriver;private Gpio mButtonGpio;private static final int KEY_CODE = KeyEvent.KEYCODE_A;@Overridepublic void onCreate() {super.onCreate();//创建输入驱动，并设置驱动的基本信息mDriver = new InputDriver.Builder().setName("Button2Keyboard").setSupportedKeys(new int[]{KEY_CODE}).build();// 通过 UserDriverManager注册上面创建的驱动UserDriverManager manager = UserDriverManager.getInstance();manager.registerInputDriver(mDriver);PeripheralManager peripheralManager = PeripheralManager.getInstance();try {mButtonGpio = peripheralManager.openGpio("BCM21");//设置电平方向为输入mButtonGpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_IN);//设置激活类型mButtonGpio.setActiveType(Gpio.ACTIVE_LOW);//设置监听事件为：电平中断变化事件，Gpio.EDGE_BOTH意味着电平从低到高中断以及从高到低中断都会触发回调mButtonGpio.setEdgeTriggerType(Gpio.EDGE_BOTH);//设置电平变化的监听器mButtonGpio.registerGpioCallback(new GpioCallback() {@Overridepublic boolean onGpioEdge(Gpio gpio) {try {Log.d("-------------button",gpio.getValue()+"");boolean pressed=gpio.getValue();InputDriverEvent event = new InputDriverEvent();event.setKeyPressed(KEY_CODE, pressed);mDriver.emit(event);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}//返回true代表一直监听，false代表监听一次return true;}});} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void onDestroy() {super.onDestroy();//接触注册UserDriverManager manager = UserDriverManager.getInstance();manager.unregisterInputDriver(mDriver);//关闭gpio端口try {mButtonGpio.close();mButtonGpio = null;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic IBinder onBind(Intent intent) {return null;}
}

代码的注释写的已经很详细了，就不过多解释了。
这里简要介绍下步骤
1. 通过InputDriver创建驱动基本信息对象
2. 通过UserDriverManager注册驱动
3. PeripheralManager处理具体外设硬件的电信号
4. 通过InputDriver的emit方法将InputDriverEvent事件发射出去，这样系统各个组件就能相应这个事件了
5. 别忘了不再使用时解除注册和关闭端口

用户驱动类型

主要分为四类：
1. Location 位置驱动
2. Input 用户输入事件驱动
3. Sensor 传感器驱动
4. LoWPAN

对用户驱动的进一步说明

ats的很多场景我们可以像开发app一样，对于做过android开发的同学们来说这很easy，但是用户驱动这个概念我们可能第一次听说。ats的设计是模块化的，一个ats硬件板只会包含基础的硬件模块如：网络模块，cpu，内存等。我们拿到这个运行ats系统的基础板后，如果要开发成具体的物联网产品，可能需要接外设传感器去实现具体功能：比如温度传感器，烟雾报警器等。
市面上传感器门类复杂，如果我们开发时将业务逻辑与硬件传感器的操作杂糅在一起，很显然这样的话我们的代码很脆弱并且不具备可移植性，换个同类别的其他型号传感器就无法使用了。因此用户驱动的出现很好的解决了这个问题，不管外设硬件同类别的型号有多少种，我们只需要写相应的用户驱动将其注册成framework已经实现的传感器事件，这样业务逻辑只需要跟标准的framework api打交道，而不用管具体用了哪一种传感器。

附上一个开源项目，这里面实现了很多市面上普遍使用的硬件的用户驱动
https://github.com/androidthings/contrib-drivers
有兴趣的同学可以去研究下不同类型的用户驱动是如何编写

ps：本文很多内容和案例来自于官网，更多案例请查看
https://developer.android.com/samples/?technology=iot&language=java