最近由于项目需要，在学习android系统。android是一个基于linux的专门针对手机平台的操作系统。当然，现在的android 3似乎也将进入平板电脑的市场。由于至今为止，大部分的智能手机采用的是ARM的硬件平台，因此android本身对ARM的平台进行了全面的支持，从源代码中可以看出，也在逐步加入对x86平台的支持，暂时没有看到第三个平台的身影。

这篇文章是我对android系统认识的一个总结，同时介绍一下我至今为止发现的获取屏幕图像数据的方法。经过一定的搜索，我发现方法有很多种，而实现效果会有所差别。其中，有通过最顶层的Android SDK进行截屏，也可以通过C直接读取framebuffer实现。由于framebuffer的方法网上虽然有很多，但是很多我认为并没有写的十分清楚，特别是在编译的方法上，没有找到很好的文章，可能是因为自己找的不够，或者android本身就在不断发展。对此，我在最后给出了一个Android Native Programming的Hello World Howto，需要先到github上mirror下来Android的源代码（2.多G），里边将会带所有的编译器和Emulator等工具。

1 android之我的粗浅理解

android的版本号很有意思，一个版本号对应一个API Level（比如android 2.3.3则对应Android API Level 10）。写这篇文章的时候，最新的android版本号为3.1，而API Level为12。

学习android，首先需要了解的是其系统框架。如下图所示：

android操作系统框架图

这个图在网上比比皆是，这里还是贴了一下，因为的确可以比较好的描述这个系统。它的最底层是linux的内核，只有这一层是工作在内核级的，其余三层都是工作在用户级的。这里，android也不是使用的标准的linux内核，而是一个经过了裁剪，并添加了一些特定功能的内核。其中一个让我记得的比较有意思的feature是，android内核中会有一个叫做Low Memory Killer的驱动，它的主要功能是在系统缺少内存的情况下，杀死进程。显然，我们平时的电脑中，往往不是很需要这个东西；而在手机中，由于资源十分有限，缺少内存的现象或许会发生的非常频繁，这个功能似乎就显得十分重要了（或许还有一个原因是手机没有虚拟内存？毕竟它是用Flash作为长期存储介质，而Flash的特性似乎并不适合作为虚拟内存来使用）。我想这是android针对手机定制进行优化的一个很好的例子。

第二层就是所谓的Native层，由C/C++实现。如果熟悉ARM的应用程序开发的话，我理解这一层就是ARM平台的应用开发层。我们仍然可以用一个类似arm-linux-gcc的交叉编译工具对C程序进行编译（这里是arm-linux-androideabi-gcc）进行编译，具体的方法一会详细介绍。而在这一层，系统给我们提供的库可是比较少的，往往就是最基本的libc等（从提供的可用C基础库来看，数量上肯定是android<ARM<x86/64）。随着android的发展，提供的库也在不断增多。详细的关于Native API的信息需要参考Android NDK Dev Guide文档中有关Stable API的部分。这一层还有一个最核心的东西，就是Dalvik虚拟机。我想，android的核心就是这个虚拟机（或者可以说：Java的核心就是虚拟机？简直是废话！而虚拟机的核心是Portable，即可移植）。

第三层由Java实现，是Android SDK的核心，是android最上层的框架。所有的Android SDK的接口我想就是在这一层实现的了。

最上面就不说了，我们基于android SDK使用Java开发出来的东西应该都在这了。

因为我之前对通用ARM平台有一定的了解，而android也是一个ARM平台，但是比较特殊。让我用我现在的理解来对android总结一下的话：Android=(ARM平台)+(针对手机平台的定制)+(Dalvik虚拟机核心 & Android SDK)。

2 开发平台搭建

在android平台下，我想有三个开发内容。第一个，就是最好入门、最常见的应用程序开发了（也就是我们所说的基于SDK的开发），我们需要搭建一个SDK的环境，还需要懂得Java语言。如何搭建我就不说了，来看看这里吧！另外两个，一个就是ative代码的开发（比如，用C写一个native库，通过JNI给Java调用，或者直接写一个native application），还一个就是牛人们才能搞定的android源代码开发了（我短期恐怕是入不了门了），这些工作都最好搞到android的source tree比较好（这里也包括了所谓的NDK，也就是Native Development Kit）。方法我也不说了，来看这里！

基本的实验方法，SDK在上面的developer网站上写的很详细，有一个HelloWorld的demo，走一遍肯定就知道了。一会我会给出一个利用NDK开发的helloworld。

3 截屏方法种种

是的，让我们开始截屏吧！这里我截屏的环境都是在Android Emulator中（这个基于qemu的模拟器在Android SDK和NDK中都有提供）

3.1 基于Android SDK的截屏方法

主要就是利用SDK提供的View.getDrawingCache()方法。网上已经有很多的实例了。首先创建一个android project，然后进行Layout，画一个按键（res/layout/main.xml）：

HelloAndroid.java实现代码为：

这个代码会在按下app中按键的时候自动在手机的/sdcard/目录下生成一个时间戳命名的png截屏文件。

这种截屏有一个问题，就是只能截到一部分，比如电池指示部分就截不出来了。

3.2 基于Android ddmlib进行截屏

这种方法网上有很多相关资料。我也没有测试过，此处略过。

3.3 Android本地编程（Native Programming）读取framebuffer

这是我现在使用的方法。它的优点是整个屏幕都可以截下来，同时不需要写JNI，也不需要Java层的实现。而且如果是emulator的话，也可以直接用adb来操作，十分方便（其实，有一个库android-screenshot-lib应该实现了类似的功能，但是我尝试了一下没有截图成功，图片大小不正确，且是黑屏。就没有进一步尝试了）。

3.3.1 Android的framebuffer介绍

framebuffer是linux内核对显示的最底层驱动。在一般的linux文件系统中，通过/dev/fb0设备文件来提供给应用程序对framebuffer进行读写的访问。这里，如果有多个显示设备，就将依次出现fb1,fb2,…等文件。而在我们所说的android系统中，这个设备文件被放在了/dev/graphics/fb0，而且往往只有这一个。

3.3.2 framebuffer的读取

读取的方法很简单，就将/dev/graphics/fb0当作一般的文件读取即可。可以通过ioctl()方法获取图像的长宽，以及每一个pixel对应的数据量。在android系统中，采用的是rbg565的编码方式。这里编程的方法是C最基本的，难点主要是编译器的配置。我会在第4节介绍一个Native的tutorial: hello world程序，这里会讲到编译的方法和具体配置。

3.3.3 在android emulator中利用命令直接进行截屏

这一篇文章有一个大致的流程。主要是用cat读取fb，后用ffmpeg转换编码的方法。此处略。

4 Android本地编程入门：”hello world!” again!

我简单介绍一下怎么在android上开发基本的C程序。如果做过ARM的C应用程序开发的话会发现，ARM一般情况下提供了十分完备的编译器，而android没有而已（android提供了完善的Java层开发工具，C的却不是那么完善）。

4.1 编写hello.c

这个太简单了，不是么？

4.2 编写Android的编译器配置文件make_android

在Android SDK中，并没有提供Android系统的C编译器。就算是在NDK中，也只是提供了ndk-build工具，用来编译native static/dynamic library。只有仔细翻阅NDK的手册（它的手册位于NDK根目录的doc/OVERVIEW.html，比较简略），才会发现有一个STANDALONE-TOOLCHAIN的页面，会提到单独编译C Level应用程序的方法。我这里提供一段简单的makefile，命名文件为make_android，用来配置CC宏：

这里，ANDROID_ROOT和ANDROID_VER是需要针对自己的android source目录地址和android API level修改一下的。这里的android source是我用repo sync从github上mirror下来的android源代码。

4.3 编写Makefile

利用上面的make_android，写Makefile：

我们提供了X86和android两种编译方式，默认是android方式。

4.4 编译

可以用make X86=1先在本地编译一下，并运行./hello试试看。如果想编译android版本，先make clean一下，然后直接make就可以了。

4.5 在模拟器中运行

利用shell命令启动emulator并将文件放到目标模拟器上去：

应该可以看到返回的”hello world!”字符串了。

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