Android开发学习之路--Android系统架构初探

    环境搭建好了，最简单的app也运行过了，那么app到底是怎么运行在手机上的，手机又到底怎么能运行这些应用，一堆的电子元器件最后可以运行这么美妙的界面，在此还是需要好好研究研究。这里从芯片及硬件模块->linux内核驱动->hal层->jni->android framework层->android app做个简单的介绍。

1、芯片及硬件模块

    就像人脑，电脑的cpu一样，android手机也需要一个中央处理器，那便是主控芯片。一般电脑的cpu是intel或者amd的，但是android手机不需要电脑那样的cpu，浪费了，而且还要考虑耗电量，所以android手机一般用的是高通的芯片，或者很多山寨机用的mtk的芯片。平板电脑用的比较多的有全志的芯片，基本是都是基于arm的，所以智能设备很多都是arm的天下，而电脑则是intel的天下。下图就是高通的骁龙：

    

    有了主控芯片之后呢还需要一些外围设备才可以运行起来，简单来说就像电脑需要硬盘，内存啊之类的。一般android手机呢需要如下外围硬件模块

    内存DDR：用于存放运行中的程序，一般4g的内存还是需要的，以前是256M和512M对于现在的应用来说远远不够了；

    内部存储EMMC：用于存放app和需要存储的一些资源信息，像我的iphone只有16g，感觉就有点不够用。

    电源管理和锂电池：主要用于电量的控制，低功耗，提供电量等。

    液晶屏和触摸屏：很多手机是两块合二为一的，液晶屏当然是显示图像的，触摸屏呢主要是用于人机交互用的。

    wifi模块：现在都需要wifi模块来连接入网了，现在的人到哪里都要问wifi密码，哈哈。

    蓝牙模块：用来实现蓝牙的功能。

    nfc模块：近场通信芯片。

    rtc时钟芯片：系统时间，闹铃等都需要这个。

    gsm模块：用来打电话啊，发短信啊之类的。

    gps模块：定位用的。

    小喇叭/麦克风：用来播放音乐和录音。

    摄像头：用来录像和拍照。

    接近传感器/加速度传感器/磁传感器等各类传感器：用来获取一些信息，比如重力用来屏幕的横屏之类，磁力计用来指南针等等。

    还有很多的电阻，电容，电感啊，二极管，三极管等等。

    以上基本是手机里的所有的模块了，然后加上画一个电路板，把这些元器件都安装上，接着再工业设计个外壳把电路板和元器件都装在里面，那么一个手机基本是就成型了。

    既然手机成型了，那么怎么才能运行出android系统呢？怎么才能使用起这些硬件模块呢？先看一张android的架构图

2、linux驱动

    从android架构图可知android最底层跑的是linux操作系统，众所周知，像windows一样，linux操作系统主要是实现了对于最底层的硬件的驱动能力，以及提供一些简单的应用供上层来调用。linux是门大学问，这里肯定也不太展开讲解了，不过对于linux中的一些架构我会在博客专栏“初探linux子系统集”里面与大家分享。言归正转，首先我们来研究下android手机启动的第一步吧，要让芯片工作，那么必须得有启动代码，类似windows有bios，linux系统也有专门的启动代码ubootloader，uboot主要是boot和loader的功能，细节可以参考嵌入式linux那点东东之整体框架， 

       所谓boot指的是搬代码，引导，主要就是芯片有boot的功能，会自动从flash搬启动代码到内存并执行处理。这里的代码其实就是bootloader的第一个阶段，一般这个阶段会用到EMMC。loarder就是加载各个需要的驱动，像EMMC驱动就是必要的，需要从EMMC把内核代码搬运到内存中跑起来。接着就开始启动linux内核代码了，过程有点复杂，这里可以参考和菜鸟一起学linux内核之引导启动篇，这里主要介绍了内核代码的启动。

3、android系统启动

当linux内核启动完成之后就需要启动android代码了。android的简单启动流程如下图所示：

    等到系统都启动完了之后，手机变可以正常使用了，但是底层是linux，那么上层的android是怎么调用到底层的linux来进行数据的交互呢？先来了解下linux上面android下面的hal层。

4、android hal层

    hal是hardware abstraction layer的简写，也可说是android和linux的中间件，其主要是由c/c++编写得到的，这一层主要是负责实现硬件的功能和控制，同时又提供了统一的api接口，这样换了底层的linux驱动，照样不用改变android的代码。一般做android的底层开发主要就是针对这一层做修改适配具体的硬件。比如led灯底层换了一个gpio口，那么hal层重新适配上，android app还是可以照样控制的。hal层的功能基本就是这样，那么android framework的java代码是怎么调用hal层的c/c++代码的呢？

5、android 系统运行库

    android底层有许多的开源库，像数据库的sqlite啊，网络连接的wpa_supplicant啊，3D绘图的OpenGL|ES啊之类，这些库都是linux下常用的开源库，很好的实现了android的功能。具体可以参考android源码的/external目下的开源库。

6、android jni层

    jni是java native interface的简写，允许java和其他语言进行交互，这里主要是和c/c++进行交互，jni的作用不仅仅是为了与hal层打交道从而控制硬件，还可以提升性能。主要是一些算法，一些库是c/c++的，效率也很高，换做java效率肯定变低了，所以借助jni，android应用也可以得到很好的性能提高。像一些游戏就是用的c++的库，这里就不多加介绍了，当然后续还是会实际搞个例子来理解理解。

7、android framework层

    framework层很庞大，主要提供了构建应用程序时可能用到的各种api，android自带的一些核心应用就是使用这些api来完成的。对于hal层和jni层还有framework层，app层的一个例子就是我的那篇关于gps的文章：和菜鸟一起学android4.0.3源码之硬件gps简单移植。

8、android app层

    这一层就是我们所编写的android app了，上一篇的hello world就是属于这一层，一般的android应用开发也是主要针对这一层而言的。

9、android虚拟机

    这里摘抄一份内容，觉得这里讲得不错：android虚拟机。

    Dalvik虚拟机是Android程序的虚拟机，是Android中Java程序的运行基础。其指令集基于寄存器架构，执行其特有的文件格式——dex字节码来完成对象生命周期管理、堆栈管理、线程管理、安全异常管理、垃圾回收等重要功能。它的核心内容是实现库（libdvm.so），大体由C语言实现。依赖于Linux内核的一部分功能——线程机制、内存管理机制，能高效使用内存，并在低速CPU上表现出的高性能。每一个Android应用在底层都会对应一个独立的Dalvik虚拟机实例，其代码在虚拟机的解释下得以执行。

    当一个java程序启动时，一个虚拟机就诞生了，每个android应用程序都运行在自己的dalvikvm实例当中，有几个进程就有几个dalvik虚拟机实例在运行，dalvik虚拟机主要做了两件事：处理jni，提供thread。

    好了，对于android的整个系统做了简单的介绍，之后基于这几部分，会有三个博客专栏，初探linux子系统集，android源码学习之路和android开发学习之路。今天评了个准专家，希望16年成为专家！fighting！！！^_^