Android 操作系统移植及关键技术研究

2021-03-23安占磊

科学技术创新 2021年7期

安占磊

（江苏东大集成电路系统工程技术有限公司，江苏南京211500）

移动智能终端大范围普及背景下，通讯技术迅猛发展，4G时代移动智能终端用户数量爆发式增长，而在5G 时代下，我国的5G 技术更是走到了时代前沿，关于手机操作系统的研究受到了相关技术人士的高度重视。Android 操作系统由于自身开放性特点，可以结合产品开发需求不断创新，更好的满足用户多元化需求，推动移动终端技术创新发展。但是，硬件厂商尚未公开Android 操作系统的移植过程，相关研究深度不足。而Android 系统架构复杂，移植需要大量理论知识和技术支持，因此分析研究Android 操作系统的移植技术很有必要，便于积累经验、推动技术创新，为后续工作开展提供参考。

1 Android 操作系统的构成和特点

1.1 Android 操作系统组成特点

1.1.1 Android 操作系统是针对移动通讯设备设计的软件综合平台，可以在多数智能手机上运行，移动智能终端的各项功能正常使用，均需要基于Android 平台展开，呈现鲜明的可植入性特点。

1.1.2 Android 操作系统各程序平台缺少关联性，不同软件呈现独立性特点，彼此之间独立存在，互不影响干扰，这一特性决定了Android 操作系统中各软件运行中可以同时为用户服务[1]。

1.1.3 Android 操作系统开放性特点，经过系统测试的软件均可以在Android 操作系统中运行，经过长期的发展创新，Android 操作系统已经成为应用最广泛的操作系统。就Android操作系统内部构成来看，其中包括中间件、操作系统和关键应用程序，基于Java 语言基础上支持Android 系统运行。

1.2 Android 操作系统应用构成

Android 操作系统具有较强的兼容性特点，因此关于Android 的操作系统构成组合较为多样，有着更加多元化的功能。一般情况下，Android 基本构成包含Intent Receiver、Activity、Content Provider 以及Service，但是这几个部分并非是系统必备的，特殊情况下只需要上述几种程序任意几种组合即可。作为Android 操作系统的基础应用程序，Activity 实际应用中需要每个类别对应相应用户接口，以此来保证用户事件快速响应。本质上来看，Activity 更像是一种屏幕窗口，用户结合自身操作需要来打开多个窗口，而这些窗口可以单独工作也可以同时工作。Intent Receiver 属于另一种程序类别，可以实现不同屏幕之间的变换，确保通讯设备对活动及时响应，如，来电铃声是通讯设备不可或缺的一种功能[2]。Service 程序，生命周期较长，致力于提供优质服务，在Android 操作系统中依据个性化用户需求来控制程序启停。Content Provider 程序具有存储功能，结合用户操作行为智能化记录和分析，以此来满足某一时段用户的操作需求，而这些数据的存储通常是有存储周期的，超过这一周期则会自动删除，具体的时限由于系统不同设置也不尽相同[3]。

从中可以看出，上述四个程序构成了Android 操作系统，直接决定了系统正常运行。

1.3 Android 操作系统运行过程

Android 操作系统的开启和操作，需要多程序配合发挥作用，这就需要设备首先初始化，唤醒设备的各项应用程序，并且保证程序启动后可以正常使用，所有程序响应服务器需求，这样才可以满足用户操作需求。Android 操作系统通过反馈用户个性化需求，借助专门的程序来针对性处理，进而快速反馈用户需求，在良性循环过程中来控制Android 操作系统运行。

图1 Android 操作系统架构

2 Android 操作系统的移植

2.1 Android 操作系统移植平台构建

Android 操作系统的移植，本质上是为了创造一个有助于Android 操作系统良性运行的环境，提升系统的运行效率，更好的满足用户多元化服务需求[4]。构建Android 操作系统目标平台，关键点在于获取Android 的源代码，在保障系统正常运行的同时，可以杜绝恶意入侵和病毒攻击。源代码获取途径多样，主要有以下几点：

2.1.1 安装Repo 程序获取源代码，需要从特定区域获得。2.1.2 为Repo 系统增加可执行权限，相较于其他方式，此种获取源代码形式更加可靠、安全、稳定。

图2 Android 操作系统移植

图3 JNI 技术和Android 应用

2.1.3 基于初始化形式来获取源代码，为Android 操作系统移植目标平台构建提供支持，此种形式应用较为普遍。

2.2 Android 操作系统移植

移植Android 操作系统，应紧紧围绕保障系统安全稳定运行，杜绝外部攻击目标，具体过程有构建Android 操作系统平台，获取源代码，Linux 内核移植和文件系统创建[5]。各个环节联系密切，任何一个环节展开均需要深入分析和考量，尤其是Linux 内核移植和文件系统创建最为重要，前者是依据系统平台运行要求来设置内核参数，内核源机器设备码同uboot 数据参数相契合。如果参数相悖，会导致数据连接出错，影响到通讯设备安全稳定运行。创建Android 操作系统的文件系统，主要是保障通讯设备相关数据分类存储。此类基础程序的应用是为了确保Android 操作系统可以正常运行，也是移植Android 操作系统不可或缺的组成部分[6]。

2.3 Android 操作系统移植技术要点

Android 操作系统移植过程较为复杂，专业性较强，对于工程师而言专业能力和实践操作经验要求较高，具体操作技术要点如下：

2.3.1 Linux 内核移植期间。一个关键点是保障驱动类型和配置文件精准无误，否则会对后期Android 操作系统运行带来不同程度的影响。需要注意的是，内核移植过程重要按照标准将驱动文件置入到内核源码树中，实现Android 操作系统正常驱动和使用。

2.3.2 Android 操作系统配备文件实效性需要得到保障。尽可能减少所占据空间，满足多功能需求。多数情况下，Android 操作系统配置工具包括界面、命令解释器等，此类配置工具较为常见[7]。

2.3.3 设置系统基本参数。作为Android 操作系统移植过程的重中之重，参数设置是否合理直接决定了Android 操作系统是否可以正常运行，如果移植期间有部分区域数据充值，则需要优先考虑到系统参数合理性，只有这样才能最大程度上提升Android 操作系统移植成功率。

3 Android 操作系统移植的关键技术

3.1 Linux 驱动技术

Android 操作系统移植中，需要运用诸多复杂的技术，其中Linux 驱动技术是核心技术之一，但并不等同于Linux 内核，Linux 驱动技术本质上是保障Android 操作系统正常运行的基础前提。Linux 技术应用，可以帮助设备初始化，提升设备运行效率；满足通讯设备内核、硬件之间数据传输，各项传输指令可以得到快速传输以及响应；Linux 技术涵盖内容多样、广泛，结合国内Linux 驱动技术来看，主要架构涵盖了用户空间驱动、应用程序、Linux 内核以及标准C 库等。应用程序作为操作系统运行的基本进程，也是各项工作展开的基础前提。用户空间驱动本质上是一个涵盖了诸多数据资料的库，标准C 库即libc。Linux 内核属于系统驱动环节，需要在前三个环节协调配合基础上方可实现，从中也可以看出Linux 技术是Android 操作系统的核心技术之一。

3.2 HAL 技术

HAL 技术即硬件抽象层技术，为库的层面通过设备驱动源码在其中封存后，保障库整体数据资料安全，以此来支持通讯设备正常使用。HAL 技术属于Android 操作系统移植过程的关键技术之一，从实际来看，通过对通讯设备Linux 内核与应用架构分离处理，保障操作系统可以基于Linux 内核正常工作，但却又不是完全依赖Linux 内核工作。HAL 仅仅是将部分Linux 内核工作分走，二者结合在一起并非是重叠。但是，结合现今的研究成果来看，关于HAL 和Linux 内核工作职能以及占比研究还有所不足，界限较为模糊。

3.3 JNI 技术

此项技术属于一种特殊的系统语言，Java 编程语言作为应用较为普遍的编程方式，多数计算机或是通讯设备编程中均有所应用。也正是这一特性，JNI 成为了Android 操作系统中的核心内容，具体应用中通过对系统程序或语言设定调整，形成专门的Java 数据库，在收到工作指令后数据库智能化判断指令要求第一时间响应。需要注意的是，在这个过程中Dalvik 虚拟机的使用尤为重要，程序受到调用本地库指令时将信息录入到本地库中，依据标准智能化筛选，进而提升系统的整体运行效率，为用户提供优质、多元的服务[8]。