IOIO 在Android手機中的應用與研究

張佳進，陳立暢，唐秀英，楊曉東，唐君君

（1.云南農業大學 基礎與信息工程學院，昆明650201；2.云南農業大學 工程技術學院）

引 言

Android本意指“機器人”，是Google公司于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺的開源手機操作系統，是當今三大智能手機操作系統之一。它包括操作系統、用戶界面、中間件和應用程序，擁有移動電話工作所需的全部軟件，同時，其開放性保證該平臺不存在任何阻礙移動產業創新的專有權障礙。因此，其市場份額增長迅速，軟件生態系統日漸成熟，大量軟件開發人員投身到Android應用程序開發中來。

當前Android手機主要集成了WiFi、藍牙通信接口，它們具有傳輸速率高、通用性好等優點。但是在普適計算、物聯網領域中，大量傳感器、控制設備往往采用傳統的串行通信、I／O 控制等技術。目前，Android手機往往缺乏這些接口，雖然可以采用藍牙轉RS232等技術來實現Android手機與外部物理設備的通信與控制，但是藍牙技術有通信距離短、不可靠、功耗高等缺點。特別是在低功耗物聯網環境中，我們很難采用藍牙、WiFi通信技術。因此這在某種程度上制約了Android 手機在以上領域的應用［3］。

IOIO是SparkFun公司出品的一款專門為Android1.5版本以上系統設計的通用型開源控制模塊，它給開發者提供了免費的系統電路圖及系統主板MCU 的Firmware，同時也提供了豐富的Java API［1］接口。IOIO 通過USB 接口與Android 手機相連，高度集成了數字I／O 端口、PWM、模擬輸入端口、I2C 總線、SPI，以及UART 控制器等功能組件，只需通過簡單、直觀的Java API驅動程序即可直接操作外部硬件I／O 端口，既無需嵌入式編程，又不用外部編程器，使用方便靈活。因此，通過IOIO 模塊，Android手機可以方便地整合3G 通信網絡、藍牙通信、觸摸屏交互技術、各類傳感器與外圍物理設備相連，從而增強了手機與物理世界的信息交互能力，為Android手機的創新應用打下了良好基礎。目前，許多國際著名品牌的Android手機和平板電腦都兼容支持IOIO 模塊，例如Google、Samsung、HTC、LG、Motorola等［2］。

1 IOIO 硬件結構

IOIO 主要采用了低功耗PIC 單片機作為系統控制器，IOIO 模塊實物圖如圖1所示。IOIO 硬件電路板上集成了模擬輸入、I2C 總線、SPI、UART、GPIO 等多個功能接口部件。主要引腳功能分類如表1所列。

圖1 IOIO 模塊實物圖

表1 IOIO 模塊主要引腳功能分類

2 IOIO 開發環境

2.1 Android應用程序開發簡介

Android操作系統自上向下分成應用層、應用框架層、組件庫層、虛擬機和Linux內核層［56］。其構架如圖2所示。

圖2 Android框架

應用層（Application layer）。Android操作系統和一系列核心應用模塊一起發布，其核心應用模塊主要包括電話短信功能、網頁瀏覽器、聯系簿等。

應用框架層（Application Framwork layer）。開發者通過使用核心應用程序來調用Android框架提供的API組件。

組件庫層（Libraries layer）。Android包含了一套C／C＋＋函數庫，主要包括libc、Media Framework、WebKit、OpenGLES、FreeType、SQLite等，這些功能通過Android應用框架展現給開發人員。

運行時環境（Android Runtime）。Android包括了一個核心庫，該核心庫提供了Java編程語言核心庫的大多數功能。每一個Android 應用程序都擁有一個獨立的Dalvik虛擬機實例。

Linux內核層（Linux kernel layer）。Android底層核心是一個基于Linux 2.6.23內核開發的獨立操作系統。主要是加了一個名為Goldfish的虛擬CPU 以及Android運行所需的特定驅動代碼。該層用來提供系統的底層服務，包括安全機制、內存管理、進程管理、網絡堆棧及一系列的驅動模塊［6］。

2.2 IOIO軟件開發環境要求

IOIO 模塊的應用開發需要安裝以下軟件工具［4］：

◆ Eclipse IDE（Integrated Development Environment）；

◆Android SDK（Software Development Kit），只能采用V6.0版本；

◆JDK（Java Development Kit）；

◆下載IOIOLib庫。它為Android手機提供了豐富的接口API，例如Digital I／O、模擬輸入、PWM 輸出、Pulse輸入、串行UART、SPI、I2C總線等。

圖3為IOIO 軟件開發環境界面。

圖3 IOIO 開發環境界面

3 IOIO 應用開發實例——LED亮滅控制

IOIO 模塊引腳0連接的是板載LED的正極，LED 負極接地，因此高電平點亮，低電平熄滅，實驗效果如圖4所示。

該演示程序核心Java代碼如下：

圖4 Android手機控制LED亮滅實驗效果

從以上LED控制實例中可以發現，基于IOIO 的IOIOLib庫，可以方便快速地構建Android手機電子互動應用系統，IOIO 具有簡單易用的優勢。

結 語

IOIO 是一個開放的人機互動平臺，為Android手機提供了豐富的I／O 接口資源，拓展了Android手機的應用領域，增強了Android手機與物理世界的信息交互能力，相信在物聯網時代會不斷涌現出大量Android移動創新應用系統，這將有利于信息物理系統的發展。

［1］SparkFun Electronics.IOIO for Android［EB／OL］.［2012-09-14］.https：／／www.sparkfun.com／products／10748.Last accessed on 20October 2012.

［2］GitHub.Supported Devices［EB／OL］.［20- 10-2012］.https：／／github.com／ytai／ioio／wiki／Supported-Devices.

［3］R Chaudhri，W Brunette，M Goel，et al.Open data kit sensors：mobile data collection with wired and wireless sensors［C］／／In Proc of the 2nd ACM Symposium on Computing for Development，MIT，USA，2012：1- 10.

［4］Cheng Minlin，Kuo Chenlang，Yi Lunchu，et al.An Implementation for Connecting Android Powered Device to External World［C］／／The 2nd International Conference on Innovations in Bio-inspired Computing and Applications（BICA 2011），Shenzhen，Guangdong，2011：303- 325.

［5］耿東久，索岳，陳渝，等.基于Android手機的遠程訪問和控制系統［J］.計算機應用，2011，31（2）：559- 561.

［6］楊豐盛.Android應用開發揭秘［M］.北京：機械工業出版社，2010.