Vortrag auf der Internet of Things Conference 2015 Speaker: Alexander Dahmen, Dominik Helleberg, inovex GmbH Das Potenzial der Android-Plattform geht weit über den populärsten Einsatzbereich auf Smartphones und Tablets hinaus. Im IoT-Kontext bietet Android dem Benutzer ein attraktives GUI, um die vernetzte Welt zu steuern und zu kontrollieren. Um die Rolle einer Schaltzentrale zu übernehmen, sollte die Plattform offen für die Integration von externer Hardware und Protokollen sein. Hier punktet Android mit einer sauberen Architektur von der Integration der Treiber sowie Permissions und Java-APIs bis hin zum Bereitstellen eigener SDK-Komponenten für externe Entwickler. Anhand eines externen Displays zeigen wir vom Kernel bis zum Java-SDK alle notwendigen Schritte und Schichten. Mehr Vorträge von uns: https://www.inovex.de/de/content-pool/vortraege/

1. Connecting Android
Externe Hardware mit dem grünen Roboter
verbinden
Alexander Dahmen
Dominik Helleberg

2. Speaker
Dominik Helleberg
Mobile Development
Android / Embedded
Tools
http://dominik-helleberg.de/+

3. Speaker
Alexander Dahmen
Application Development
Embedded Android
http://google.com/+AlexanderDahmen3

4. https://twitter.com/Arubin/status/27808662429
Android Embedded
Android ist modern und “anders”

5. Android Embedded
Beispiele
Amazon http://www.amazon.de/Kindle-Fire-Zoll-HDX-Display-WLAN/dp/B00D695H6O
Samsung http://www.samsung.com/de/promotions/galaxycamera/
Google Glass http://www.google.com/glass/start/
Samsung Gear Live https://play.google.com/store/devices/details?id=samsung_gear_live_black
Android Auto http://www.android.com/auto/
Boing 787 http://www.boeing.com/boeing/commercial/787family/
LG Kühlschrank http://www.lg.com/us/refrigerators/lg-LFX31995ST-french-3-door-refrigerator
Motorola MC3200 http://goo.gl/5dOVL7

6. Android Embedded
Smart Hubs im IoT

7. Android Embedded
Beispiel: Smart Home
http://www.gira.de/gebaeudetechnik/systeme/knx-eib_system/knx-
produkte/bediengeraete/control9-knx.html

8. Android Embedded
Vorteile
● Modernes OS (Architektur)
● UI-Stack
● Community
● SDK
● Hardware Support
● Lizensierung

9. Android Embedded
Vorteile
Hardware Acceleration “builtin”
Canvas API
Views
Application
OpenGL ES
libHWUI SKIA
SurfaceFlinger

10. Android Embedded
Vorteile
Hardware Acceleration “builtin”

11. Android Embedded
Vorteile - HAL / Service Architektur
SystemService
Application Applikations-Logik
Java API / SDK / Dokumentation
Greift über RPC Call auf den Service zu
Manager
Interface
Binder Interface für den Service (AIDL)
Manager
Service
libhardware
Logik, Security Checks, Native JNI Aufrufe
Native “interface” (header file)
driver.so
/dev/foo
device depenedent driver
kernel / module

12. Android Embedded
Beispiel: Display

13. Android Embedded
Beispiel: Display
driver.so
/dev/foo
● Grove 16x2 Display mit I2C
○ LCD-Modul
○ RGB-Modul
● Der Befehlssatz des LCDs wird vom Hersteller bereitgestellt.
● MarS Board mit Android 4.0.4 (BSP)
● Das LCD wird per I2C an das Mars Board angeschlossen
○ LCD 0x3e
○ RGB 0x62

14. Android Embedded
Beispiel: Display
SystemService
Application
Manager
Interface
Manager
Service
libhardware
driver.so
/dev/foo

15. Android Embedded
Beispiel: Display
driver.so
/dev/foo
● Der Android Kernel basiert auf einem Linux Kernel mit
einigen Android spezifischen Anpassungen
● Der Linux Kernel stellt bereits einen I2C-Core-Treiber zur
Verfügung.
○ Dieser übernimmt die Kommunikation mit den am Bus
angeschlossenen Geräten.
● Für das LCD-Modul und das RGB-Modul wird jeweils ein I2C-
Client Treiber benötigt.

16. Android Embedded
Beispiel: Display
driver.so
/dev/foo
static int __init lcd1313M1_init(void) {
ret = i2c_add_driver(&lcd1313M1_i2c_driver);
}
static struct i2c_driver lcd1313M1_i2c_driver = {
.probe = lcd1313M1_i2c_probe,
.driver = {
.name = "lcd1313M1",
.owner = THIS_MODULE, },
};

17. Android Embedded
Beispiel: Display
driver.so
/dev/foo
static const struct file_operations lcd1313M1_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = lcd1313M1_open,
.release = lcd1313M1_release,
.write = lcd1313M1_write,
};

18. Android Embedded
Beispiel: Display
driver.so
/dev/foo
● Der Client-Treiber kann über die I2C-Funktionen des Core-
Treibers mit dem LCD kommunizieren.
○ i2c_smbus_write_byte_data (client, u8 command, u8 value);
○ i2c_smbus_read_byte_data (client, u8 command);

19. Android Embedded
Beispiel: Display
driver.so
/dev/foo
● Anforderung:
○ Die Treiber sollen beim Systemstart geladen und das Display
initialisiert werden.
● Wie findet die Verknüpfung zwischen LCD-/RGB-Modul und
dem jeweiligen Treiber statt?
● board-mx6q_marsboard.c
○ unter /arch/arm/mach-mx6

20. Android Embedded
Beispiel: Display
driver.so
/dev/foo
● Erweiterung der board-mx6q_marsboard.c
static struct i2c_board_info mxc_i2c2_board_info[] __initdata = {
{
I2C_BOARD_INFO("lcd1313M1", 0x3e),
},
{
I2C_BOARD_INFO("rgb1313M1", 0x62),
},
};
LCD
RGB

21. Android Embedded
Beispiel: Display
driver.so
/dev/foo

22. Android Embedded
Beispiel: Display
driver.so
/dev/foo
● Integration der Client-Treiber in den Kernel
○ Anpassung/Erstellung der Kconfig-Dateien und Makefiles
○ make menuconfig (Konfigurationsdateien)

23. Android Embedded
Beispiel: Display
SystemService
Application
Manager
Interface
Manager
Service
libhardware
driver.so
/dev/foo

24. Android Embedded
Beispiel: Display
● Zugriff auf die Treiber über eine HAL-Bibliothek (Userspace)
● HAL-Bibliothek greift über System-Call-Interface auf die
Gerätedateien zu (/dev/lcd1313M1 u. /dev/rgb1313M1)
● Kann auch unter eine proprietäre Lizenz gestellt werden
(Treiber muss unter die GPL gestellt werden, daher werden
diese oft einfach gehalten)
libhardware

25. Android Embedded
Beispiel: Display
● Die HAL-Bibliothek besteht aus zwei Komponenten
○ Implementierung unter:
■ /device/fsl/marsboard_6q/lcd1313M1
○ Headerdatei unter:
■ /hardware/libhardware/include/hardware
● Der Zugriff auf die HAL-Bibliothek findet über die
Headerdatei statt
libhardware

26. Android Embedded
Beispiel: Display
● Zur Verfügung gestellte Funktionen der HAL-Bibliothek
○ displayInit()
○ setText(...)
○ setRGB(...)
○ backlightOn()/backlightOff()
○ ...
libhardware

27. libhardware
Android Embedded
Beispiel: Display
const struct hw_module_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
.tag = HARDWARE_MODULE_TAG,
.id = LCD1313M1_HARDWARE_MODULE_ID,
.methods = &lcd1313M1_module_methods,
};
static int open_lcd1313M1hw(...) {
struct lcd1313M1hw_device_t *dev =
malloc(sizeof(struct lcd1313M1hw_device_t));
file_descriptor_lcd = open("/dev/lcd1313M1", O_RDWR);
return 0;
}

28. Android Embedded
Beispiel: Display
● Damit ein open(...) auf /dev/lcd1313M1 erfolgreich ist,
müssen die Rechte stimmen
● /system/core/rootdir/ueventd.rc erweitern:
○ /dev/lcd1313M1 0660 system system
○ /dev/rgb1313M1 0660 system system
● HAL-Bibliothek läuft im system-Kontext
libhardware

29. Android Embedded
Beispiel: Display
SystemService
Application
Manager
Interface
Manager
Service
libhardware
driver.so
/dev/foo

30. Android Embedded
Beispiel: Display
● Der Manager Service besteht aus zwei Teilen:
○ den nativen Methoden in
com_android_server_LCDService.cpp
○ LCDService.java
● com_android_server_LCDService.cpp bindet die
Headerdatei der HAL-Bibliothek ein und lädt die Bibliothek
● LCDService.java ruft die nativen Methoden über das JNI
auf
Manager
Service

31. Android Embedded
Beispiel: Display
Manager
Service

32. Android Embedded
Beispiel: Display
public class LCDService extends ILCDService.Stub {
private int mNativePointer;
public LCDService(Context context) {
super();
mNativePointer = init_native();
}
public int setText(String mString)
{
checkPermission(android.Manifest.permission.LCD_SERVICE);
synchronized (mLock) {
byte[] buffer = mString.getBytes();
return setText_native(mNativePointer, buffer); }
}
private static native int init_native();
SystemService

33. Android Embedded
Beispiel: Display
● Android Permission für das LCD
○ android.Manifest.permission.LCD_SERVICE
● Eine App, die den Service/Hardware verwenden möchte,
muss diese Permission in der Manifest-Datei angeben
○ <uses-permission>
Manager
Service

34. Android Embedded
Beispiel: Display
SystemService
Application
Manager
Interface
Manager
Service
libhardware
driver.so
/dev/foo

35. Android Embedded
Beispiel: Display
● Für den LCDService muss eine zugehörige ILCDService.
aidl Datei erstellt werden.
● Diese beinhaltet die Deklarierung der Funktionen, die vom
Binder aufrufbar sein sollen.
● Aus der .aidl Datei wird ein Binder-Interface für den Java-
Dienst generiert (ILCDService.java)
Manager
Interface

36. Android Embedded
Beispiel: Display
SystemService
Application
Manager
Interface
Manager
Service
libhardware
driver.so
/dev/foo

37. Android Embedded
Beispiel: Display
● AIDL-Funktionsprinzip
SystemService

38. Android Embedded
Beispiel: Display
public class LCDManager
{
public static LCDManager getLCDManager()
{
IBinder b = ServiceManager.getService("lcd1313M1");
ILCDService service = ILCDService.Stub.asInterface(b);
return new LCDManager(service);
}
public int setText(String mString) {
try {
return mService.setText(mString);
} catch (RemoteException e) {
return -1;
}
}
SystemService

39. Android Embedded
Beispiel: Display
● Anpassung des System Servers damit beim Systemstart
der neue LCDService gestartet wird
public void run() {
//...
try {
ServiceManager.addService("lcd1313M1", new LCDService(context));
} catch ( Throwable e ) {
reportWtf("starting LCD service",e) ;
}
}
SystemService

40. Android Embedded
Beispiel: Display
SystemService
Application
Manager
Interface
Manager
Service
libhardware
driver.so
/dev/foo

41. Android Embedded
Beispiel: Display
Application

42. Android Embedded
Beispiel: Display
● Problem:
Application

43. Android Embedded
Beispiel: Display
● Android Build System!

44. Ein BSP für alles: Build Targets
● Firmware for production/debug
(extern: Kernel, Bootloader)
● Emulator
● Custom SDK / SDK Addons
● Embedded Android as a Platform
Android Embedded
Vorteile

45. ● Firmware Updates:
● komplett
● incrementel / delta (inc. Kernel, Bootloader)
● Digitale Signaturen
Ein BSP für alles: Releasetools
Android Embedded
Vorteile

46. ● Board Configuration
○ Hardware Konfiguration
■ Partitionierung
■ Boot-Adressen
○ Architektur
○ Firmware (Bootloader, Kernel…)
Buildsystem inkl. Produktlinien- und
Variantenmanagement
Android Embedded
Vorteile

47. Buildsystem inkl. Produktlinien- und
Variantenmanagement
LCDBoardConfig.mk
fsl-imx6BoardConfigComm.mk
fsl-omx.mk fsl-codec.mkfsl-gpu.mk
Android Embedded
Vorteile

48. ● Product Configuration
○ Gerätenamen, Hersteller etc.
○ System Apps
○ System Module
■ Shared Libraries
■ Vorinstallierte Daten
○ Lokalisierung
○ SDK-Addons
Buildsystem inkl. Produktlinien- und
Variantenmanagement
Android Embedded
Vorteile

49. Android Embedded
Beispiel: Display
● SDK-Addon:
Application

50. Android Embedded
Beispiel: Display
● SDK-Addon:
Application

51. Android Embedded
Beispiel: Display
● SDK-Addon:
Application

52. Android Embedded
Beispiel: Display
● SDK-Addon:
Application

53. Android Embedded
Beispiel: Display
● SDK-Addon:
Application

54. Android Embedded
Beispiel: Display
● Emulator:
Application

55. Android Embedded
Beispiel: Display
● Emulator:
Application

56. Android Open Source Projekt
Architektur
Stock Apps
Framework / API
User Apps
Java
System Services
Dalvik / Runtime / Zygote
Kernel
Libs HAL Init

57. Devel Board
http://www.oreilly.de/catalog/9781449308292/index.html
http://www.pearsonhighered.com/educator/product/Modern-Operating-Systems/9780133591620.page
Getting Started
Embedded Android
Getting Started

58. https://entwickler.de/IoT-Mag
Embedded Android + IoT
+

59. Danke!
Danke!