Android框架理解之USB
目的是看一下android下的usb和linux下的usb有什麼區別？如果現在就能回答，就不用往下看了。
我的理解是android下沒有usb。
一 Android誕生的背景
乍一看這個話題與android框架似乎毫無關係，但是每一個新生事物的誕生必然取決於當時的環境，環境造就了這個新生事物，同時這個新生事物也應該承載著歷史所賦予他的責任，他也將因此擁有某種能力，來完成他的使命。
最近幾年手機的快速增長大家是有目共睹，手機已經擺脫了他最初的角色：打電話。他開始發簡訊、上網、打遊戲、看電影、聊天等等。基於手機的增值服務對手機軟體環境的需求越來越大。Android誕生前的手機作業系統是什麼樣子的？symbian
通過以上的總結，可以看出android最重要的是給java開發人員提供了應用軟體的開發環境。至此，我們終於引出了下一個話題：android是怎麼實現這個機制的？讓java和linux(一個C環境)融合在了一起。
瞭解一個新的事物，不一定要從應用者的角度、也不一定要從研發人員的角度，我們還可以從設計者的角度來考慮、從他誕生的環境來切入等等，並沒有固定的，只是在不同的階段可以考慮從不同的角度來切入。
二是JNI
上面我們只是說android讓java開發人員能夠方便的進行手機應用軟體開發了，更具體的說應該是更方便的在linux作業系統上以java語言進行應用軟體開發了。所以說android不是作業系統，是linux作業系統下的一個框架。一個可以使用java語言進行開發的框架，一個實現了通過java呼叫C或者C++(.so)進而linux作業系統的框架。這個框架是執行在linux系統上的一個程式，沒有這個框架，下面的linux系統已經完全能夠實現我們所需要的應用(和使用android達到一樣的效果)，但是他不夠人性化。Linux強大的可移植性和java的平臺無關性，兩者的結合簡直就是perfect。
上層應用和UI有java來完成，底層的硬體有C/C++來完成。如果底層的硬體有改動，只需要改動lib層(.so)和kernel層就可以了(我覺得叫做linux系統層更好)。層是一個很好的概念，層代表著獨立、自由。每一層的首要任務是負責自己層的事情，但是層與層之間需要溝通。Java層在實現某種功能時，如果需要呼叫底層的C元件，那麼就會使用JNI介面。JNI是Java Native Interface的縮寫，譯為Java本地介面。它允許Java程式碼和其他語言編寫的程式碼進行互動。在android中提供JNI的方式，讓Java程式可以呼叫C語言程式。android中很多Java類都具有native介面，這些介面由本地實現，然後註冊到系統中。
JNI程式碼放在以下的路徑中：frameworks/base/core/jni/，這個路徑中的內容被編譯成庫 libandroid_runtime.so
Java轉化為位元組碼之後就需要虛擬機器來執行了。Dalvik virtual machine。在java執行的過程中，如果java類需要使用C++函式，那麼虛擬機器就會載入這個C函式。虛擬機器可以讓java和C之間通過標準的JNI相互呼叫。System.loadLibrary(*.so)這個動作就是java程式要求虛擬機器載入C函式，載入之後java類和.so庫就一起運行了。
下面是一個jni 例子。
關於jni如何使用，這裡就沒有必要介紹了，他只是用來連線Java和C++的一個簡單的機制，結合著java虛擬機器共同完成了java和C++的互動。
到了這裡我們可以考慮一下，JNI這個機制在android作用，他的作用也間接的反映出android的框架。作用就是連線java類和lib庫(.so C++)，那麼也就是說android就是兩層：一層是java，另外一層是C++，通過JNI將兩層連線起來。當我們還不瞭解一件事物的時候，最好把他先想的簡單一點，之後再慢慢細分。
那麼為什麼android的框架模型中卻是4層呢？google在這點上我覺得有點不厚道。
圖1
底層的kernel層不屬於google的android，當然屬於linus torvalds還是google，已經不重要了，重要的是誤導了我對android的理解，以為android是一個作業系統，其實他不是。Kernel層的叫法我也不認同，我覺得應該叫做linux系統層。Android為什麼這麼叫？
三挾天子以令諸侯
linux被android綁架了！android本來是執行在linux系統下的一個應用開發框架，但是他的光環已經掩蓋了linux系統，更可怕的是android正在逐步的修改linux系統，作業系統成了傀儡。Google嫁了女兒帶回來一個兒子(linux)，這個被linus torvalds養了20年的兒子，給人做了上門女婿，並且在不斷的被洗腦、改造著。而linus torvalds和廣大的linux愛好者還要不斷的給linux提供生活補助。並且這個女兒好像也不是google的，好像是sun的。收養了一個看似普通的女兒，經過打扮，找了一個上門女婿(一個並未施展才華的小夥)，組成了一個新的家庭：google稱其為android。1+1 遠遠打大於了 2。
Google正在不遺餘力的包裝著這個新的組合，包裝都是有欺騙性的。但是做為即將在android環境下開發的人員來說，不能被他的宣傳廣告所迷惑，掌握了他的真實脈絡，才能進行開發、移植。
經過上面的感性認識，我們要回歸理性的分析。最底層kernel層(大家都這麼叫)，入鄉隨俗，不僅包括核心本身，各種驅動、檔案系統也盡在其中。對硬體的所有基本操作都在這一層，這一層有誰來維護，總之不是google，但是google卻可以在裡邊加入自己的元素：android元素,其實沒有說google這樣做不好的意思，相反很贊成，Google根據這套框架所執行的環境對linux 核心進行不斷的改造，可謂是為嵌入式量身打造。其上一層是lib庫層，為什麼會誕生這一層？我覺得他是為java層而生。Java層的應用程式在試圖操作kernel底層的裝置時，發現很費勁，所以設計者可能考慮需要在java應用層和kernel層之間插入一層：lib層。這一層將裝置驅動層和java應用層聯絡了起來。所以如果我們要讓我們的某個裝置在android的環境下使用起來(如果android當前的框架中無法支援這個裝置)，就需要在開發完驅動後，再在lib層用C++寫一組JNI介面函式，供java層呼叫。這個機制並不複雜，這個開發工作是否複雜取決於你要將這個裝置呈現給java開發者的功能，如果只想做個helloworld，能複雜的了麼？所以寫到這我有一個想法(等待以後的驗證)：android開發的難易取決於我們以後要實現的某種功能，而這個功能與android環境、linux系統沒有多大關係(可能有點關係，畢竟在人家的地盤)。Lib層之上是所謂的framework層，我覺得從我們公司的性質來看，更傾向於將framework層和app層統稱為java層。這兩層都是java程式，一層是jar包，就是一些封裝好的API函式，一層是使用這些API，對於我們做晶片、做驅動、做方案來說，這兩層就是一層。我們只要理解一個宗旨就可以了：android誕生的目的就是讓java開發人員能夠方便的使用java語言操作各種硬體資源，進行應用程式的開發，所以在framework這一層的jar包僅僅是為app層使用的，僅僅是一個純軟體及別的層面，這一層和lib層相呼應。或者這樣來劃分：jni之上的framework和app叫做軟體層(或應用層)，之下的lib和kernel叫做硬體層(或系統層)。軟體層的framework間接的反應著硬體的操作方法和功能，稱其為軟體層中的硬體反映層。Lib層就成為硬體層中的軟體供給層。
軟體中的軟體、軟體中的硬體、硬體中的軟體、硬體中的硬體，簡單理解就兩層;軟體層和硬體層。每一層的開發都基於下一層提供的功能介面。
記得當時有同事討論在android這個環境下能否直接使用C語言開發。中華人民共和國是有共產黨領導的，既然選擇了在這裡生活，你就應該堅持四項基本原則、擁護黨的領導，不要老是想著國外那些情況，動不動就罷工、遊行什麼的。在這裡就要按照我們國家的制度辦事，遊行可以，不過要按照中國的遊行法來做。享受著android帶來的開發便捷，還想著以前的linux，用什麼C語言來開發應用程式，枉費google的一片心血。所以我覺得不是不可以，但要看android的臉色和氣度。我覺得應該是可能的，android雖然強大，綁架了linux系統，但是linux畢竟是一個作業系統，是可以直接執行程式的。這個基於linux系統執行的程式和android是同級別的[m1]。
圖2
http://www.you01.com/dzly/dzswf/2010072932.swf
四從系統裝載過程再認識android
android和kernel是單獨編譯，單獨載入的。可以說是這個真相，觸發了這篇文章。
在編譯android 之後，會生成幾個image 檔案，這些檔案是：
1 ramdisk.img : 一個分割槽影像檔案，它會在kernel 啟動的時候，以只讀的方式被 mount，這個檔案中只是包含了 /init 以及一些配置檔案，這個ramdisk 被用來呼叫init，以及把真正的root file system mount 起來
2 system.img：是包含了整個系統，android 的framework，application 等等，會被掛接到 "/" 上，包含了系統中所有的二進位制檔案
3 userdata.img：將會被掛接到 /data 下，包含了所有應用相關的配置檔案，以及使用者相關的資料
ramdisk.img is a small partition image that is mounted read-only by the kernel at boot time. It only contains /init and a few config files. It is used to start init which will mount the rest of the system images properly and run the init procedure. A Ramdisk is a standard Linux feature.
system.img is a partition image that will be mounted as / and thus contains all system binaries
userdata.img is a partition image that can be mounted as /data and thus contains all application-specific and user-specific data.
Ramdisk是kernel和android的橋樑，linux啟動後掛在ramdisk，然後再ramdisk裡邊有啟動android的指令碼。
Linux核心啟動完成後，會啟動第一個程序：init程序，它是一個由核心啟動的使用者級程序。核心啟動後，就通過啟動一個使用者級程式init的方式，完成引導程序。init始終是第一個程序。
Init程序一起來就根據init.rc指令碼檔案建立了幾個基本的服務：
- servicemanamger
- zygote
………………
init.rc這個腳本里的內容就是android需要維護的，裡邊應當有啟動android的過程。這方面的內容將有zhicheng來講解。
從這個linux-----àandroid的啟動過程，是不是再一次感覺到了層的重要性，層與層之間相互獨立，層與層之間又提供了某種開發的介面，允許對方的侵入。同時從這個啟動過程也能夠知道我們的工作需要落實在哪一層上(根據我們的需求)。
五以特定應用為主線縱向貫穿各層
經過上面的理解，對android應該是有了一定的理解的。理解的目的是要用，如何把這個框架使用起來。我們是做SOC的，還得給他們做解決方案，以前只做驅動就可以了，但是既然在andoird下混了，就要按照android的規則出牌，我們得給人提供jar包、lib庫。我們得有服務精神，讓廣大的java應用開發人員在我們的解決方案上，遊刃有餘的開發應用程式，我們的獎金得依靠他們。
那麼針對某種應用我們都需要幹什麼呢？需求驅動著一切(底層反應著一切)，軟體開發人員需要什麼，我們就提供什麼，所以我們從app層的某個特定的功能應用開始。
以向sd卡中寫入一個檔案為例：
下面這段程式碼是從網上找的，用於向sd卡中寫入一個檔案的片段。
if(Environment.getExternalStorageState().equals(Environment.MEDIA_MOUNTED)){ File sdCardDir = Environment.getExternalStorageDirectory();//獲取SDCard目錄,2.2的時候為:/mnt/sdcart 2.1的時候為：/sdcard，所以使用靜態方法得到路徑會好一點。
File saveFile = new File(sdCardDir, "abc.txt");
FileOutputStream outStream = new FileOutputStream(saveFile);
outStream.write("你好".getBytes());
outStream.close();
}
對於一個應用程式來說，必須要知道自己要向哪個目錄中寫入檔案。如果想往sd卡中寫，就需要知道sd卡對應的目錄：Environment.getExternalStorageDirectory();這句話是用來獲取sd卡的儲存目錄，將目錄存放到sdCardDir，比如是/sdcard。
那麼些這個檔案的過程是什麼？outStream.write("你好".getBytes());到底幹了什麼？
進入FileOutputStream.java,可以看到write的具體實現：
public void write(byte[] buffer, int offset, int count) throws IOException {
if (buffer == null) {
throw new NullPointerException(Msg.getString("K0047")); //$NON-NLS-1$
}
if ((count | offset) < 0 || count > buffer.length - offset) {
throw new IndexOutOfBoundsException(Msg.getString("K002f"));
}
if (count == 0) {
return;
}
openCheck();
fileSystem.write(fd.descriptor, buffer, offset, count);
}
然後呼叫到了fileSystem.write，fd.descriptor中含有路徑資訊。
這個write會像一個linux中所謂的scsi裝置中寫入資料，經過一層層傳到sd的驅動層。這個sd裝置應該會在/dev目錄下有一個裝置節點，最終會通過這個裝置節點，呼叫到這個裝置的write驅動函式，實現最終的寫入動作。
當然從fileSystem這個物件的write到裝置驅動的write，中間走過了2層，一個是framework、一個是lib層。(這兩個write已經不是同一個write了，第一個write是fileSystem這個物件呈現給app層的，而第二個write的功能也許沒那麼豐富，這都取決於設計者)。
在kernel層之上，應該能夠找到open這個裝置的地方。如open(“/dev/sd”)。
六你看到題目中的USB了麼？
初衷是看看android中的usb是什麼樣子的，但是都快講完了usb也沒有出現。通過上面的sd的檔案操作，在android的框架中看到sd卡的驅動了麼？我沒有看到，希望永遠不要看到，因為他不應該在android的框架裡出現，應該出現在kernel層(linux系統)。USB
和sd的角色是一樣的。所以也不應該出現在android的框架中、程式碼中。
七未濟的話題
通篇都是在說android只是一個框架、如何撿了便宜，其實這是不客觀的，這麼多人將android認為是一個作業系統，是有它的道理的。Android做了很多東西，並不是簡單的一堆jar包。他在linux系統之上衍生出了一個新的準系統，實現著程式的管理、通訊、儲存等功能。如activity、intent、service、content provider等，這些工作不是一個簡單的程式所能做的，java人員享受的開發之快捷是建立在android所提供的強大功能之上，稱其為android系統並不為過。Android不僅是一個系統，也是一種新的商業模式，一種企業文化的體現。
這些理解並不一定正確，不過是一個開始，還有很多工作需要我們去做。
所以這裡一共涉及到兩個大環境：一個是我們以前的linux環境，一個是android環境。
如果我們不提供解決方案，只提供驅動，只要關注linux環境中的驅動部分就可以。如果提供解決方案，假設已經有了針對硬體的驅動(linux層的驅動)，那麼還需要在lib層加入一層C++的程式碼，向上提供操作驅動層的介面。同時還要在framework層針對我們裝置的功能封裝出相應的類和接口出來，並實現該類或介面的方法，提供給app層應用。App層我們不會用到，但是需要了解或讓客戶提需求，因為只有瞭解客戶要怎麼用這個裝置，才能封裝出好的類和介面。不過android系統的東西只要會用、有個瞭解就差不多了。