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星期一, 11月 08, 2010

從OESF談Android於嵌入式裝置之技術發展探討

author: Grace 本文刊登於2010電子與電腦十一月號 (歡迎轉載,請著名出處)
開放嵌入式軟體基金會(Open Embedded Software Foundation),以下簡稱OESF,於2009年2月成立,其組成的企業是由各種嵌入式架構研發等事業相關聯的企業所構成,成立的目的是在建立一個能適用多種嵌入式產品的Android平台(platform),使其適用於各種硬體應用。此基金會所發展出的框架(framework)命名為Embedded Master,可用於非智慧型手機,為整個Android嵌入式系統市場的成長做出貢獻。
OESF簡介
關於整個OESF所做的技術發展與推廣的概念,如圖1所示。OESF是經由開放式手機聯盟(Open Handset Alliance, OHA)取得Android平台所需的SDK,進行嵌入式系統的開發,並考慮到整個開放系統延伸性,採用授權規範(license)較寬鬆的Apache 2.0為基礎,作為會員企業之間共用技術研發資訊的平臺,關於硬體支援部分,使用選用任意電路板支援包(Board support package, BSD),免除硬體間不相容的問題,通過對系統的共同開發、技術人員的教育訓練以及配合嵌入式市場的共同市場調查,以便建立OESF開放式標準的資產。此標準是建立一個共通的平台,藉由相關產業鏈的專家們共同努力,預期降低加入廠商的研發時間成本,致力於促進市場的發展和各會員企業事業的擴大。

整體OESF之技術發展與推廣概念

另外,Google在OHA公開的Android SDK版本,在短短的一年內就陸續從1.1版升級了好幾版本,直到最近2009年底的2.0/2.1版,這樣快速的更新,雖然提供軟體開發者開放相容性的環境,以及便利的建立客制化的使用經驗,但這個僅專為智慧型手機開發所打造的Android™ SDK,因為版本持續的更新,造成了設備/設計代工廠(Original Equipment Manufacturer/ Original Design Manufacturer, OEM/ODM)的困擾,僅能將力氣花在把不同版本的SDK移植到硬體,而無法做相關的應用開發,因此越來越多的廠商便依靠OESF共同開發的Android™版本,就是嵌入式系統的發行包Embedded Master,以下簡稱EM。其中主要開發的EM是一個連接軟硬體的開放式標準,其設計為避免硬體的不穩定,同時考慮軟體與硬體產生的問題,且幫助相關研發/製造廠商可選擇採購不同價格的硬體。
OESF參與成員透過參與工作小組(Working Group, WG),與其他有興趣的廠商集體努力,對選定的Android版本進行更新與調校,使其適應更多的硬體環境,並建構共同的程式庫(library),然後藉由回饋該版本的使用經驗與程式碼到OESF的EM中。目前OESF持續活耀的WG個數從2009年的7個,成長到2010年的11個,透過WG間的互動,提供OESF的成員們獲得豐富的第一手市場資訊,以及領先市場的Android專案。

描述參與OESF成員的權力與義務,以及獲得的效益

OESF發佈的EM Distribution規格比較表

OESFEM與原本從OHA取得的Android™ SDK架構已經有所不同,OESF所發展的重點在於強化整個Android systemMiddleware開發,使更多的CE廠商可以運用EM發展網路電話(IP Phone)、數位電視(Digital TV)、多媒體(Multimedia)DLNA、藍芽通訊、遙控器(Remote control)、使用者介面(User Interface)、網路管理(Network manager)等等多樣化的延伸應用。其中,EM可以讓ODM專心於處理硬體(H/W)以及BSD間各種與Android相容性的問題,且中間相關的提供廠商可運用EM發展客製化(Customization)的各種軟體整合(S/W Integration)研發與產品,此外,OEM和相關自有品牌業者採用EM後,將可致力於發展不同的應用的規格以及軟體平台的規格。
                        OESF的EM擴張之架構示意圖

EM2架構設計

OESF為了讓EM 2在各式各樣的嵌入式系統中都可順利地利用Android™系統,目前已經有TI BeagleBoard、RMI HMP10、SigmaDesigns、Freescale、Emma Mobile NEC Elec與nVidia Tegra 6家開發參考板(reference board)完成EM2的建置,以下將介紹有助於拓展整個OESF發展設計的EM2延伸模組,包含應用OESF Platform Builder工具實現的輕量型Android系統設計與Market Place系統。
EM2 - 輕量型Android系統設計

由於Android™公佈的原始程式碼已經達到了數千萬行,儼然已成為大型的軟體系統,要讓這個系統容易的移植到特定機器設備上,就必須做些取捨。圖4是運用OESF Platform Builder實際測試Android™系統1.6版,包含使用Webkit實現瀏覽器的應用功能,以及為了實踐多媒體引擎(Multimedia Engine)而加入的OpenCore的相關套件。經過圖形化分析以上的設計後,發現這個Android系統被分割成五個部分,包含應用框架(App. framework)、Android應用、Linux系統、字形(font)以及函式庫(library),但經過妥善安排配置後,瀏覽器與多媒體引擎Android™系統的映射檔體積只有最完整的Android™系統的40%甚至更低,表示在運用相關的設計應用程式時,若採用些原Android™系統既定的功能,會導致整體系統在運作時,產生記憶體不足或處理器做些多餘的運算問題,使得系統效能低落。

圖形化顯示既有Android系統之不易擴充的表示圖
OESF Platform Builder(OPB)就是為了能夠高效率去完成這些繁雜的操作,提供了相應的框架,可使用Android™標準開發環境工具Eclipse,以外掛(Plug-in)程式的方式安裝,因此可容易地實踐客製化之精簡Android™系統,其稱為輕量型Android (Light Weight Android)。此最精簡單的系統可允許簡單地增刪必要的元件和應用程式,成為能夠簡易地構建目標系統的環境平臺。如圖5所示,這個輕量型Android與常見的Android相比,底層的部分都相同,皆採用Linux 2.6的核心與底層的硬體相接,但這個輕量型Android保留Runtime核心函式庫,與基本所需的原生函式庫、簡單的應用框架和最少的應用程式,便可組成這個基本的輕量型Android系統,因此僅需要依照客戶的需求,輔以OPB的外掛選擇需要的Android應用、應用框架、Linux應用、函式庫,便可容易的完成客製化輕量型Android的實裝。
易客製化的輕量型Android系統設計圖

EM2 - Market place系統

由於期望搭載EM2出售的行動電話以外的設備(如:STB),透過更多的服務能夠應用於Android™系統,仍可保持與消費者的互動,所以在EM2設計搭載了通用的Market Place系統,和讓應用系統上架的Market Place SDK(Software development Kit)標準平臺。使用這個SDK平臺,於2010年9月得EDA Tech Forum會議公開展示,此系統不僅能讓智慧型手機容易地達成Market Place服務,且各種透過Android™開發的終端,都能夠容易地放上Market Place服務,因此各種軟體應用服務便可達到跨平台使用。

OESF的Application & Service Working Group (應用程式和服務工作室)的Market Place Project,通過在眾多服務裡整合了共用的框架,以使服務提供者容易於開展服務,且消除各個服務的次序和格式都不同,及缺乏便利性的問題,此Market Place SDK可滿足Android™相關嵌入式機器且統一的Market服務,此SDK是由Access Media International株式會社、Shiprop有限責任事業組合、Saver 株式會社與株式會社Leadinge 四家OESF會員企業共同努力開發。除了包含常見應用程式的下載的服務外,還預留了可能會出現各種各樣的收費方法(如按月收費)和開展內容下載等豐富多彩的服務設計。
由OESF推出的Market Place Project具備有相當多的優點,對於使用者來說,使用與設備同樣的操作步驟就能從各網站裡接受服務,且對服務提供者來說,能夠容易並在短時間內建立這樣的服務,更進一步,對於應用程式或內容的提供者來說,通過眾多的服務提供者,收到自己想要的產品等,都能享受很多好處。
圖6為OESF所展示的相關Market place之示範應用,其中Market Place SDK裡包含的五大主要營運功能:首先是包含有啟動處理、應用程式管理與收費處理的市場功能,第二個功能為內容發佈的功能,則含有下載發佈、應用程式發佈、視頻/音樂下載發佈、串流媒體發佈以及視頻/聲音等串流媒體的傳遞,第三個功能為授權管理功能就是判斷有沒有許可證(license)、現在的許可證有效或無效等的確認、許可證詳細資訊獲取,第四個功能為帳戶管理功能即基本帳戶管理、授權管理、許可證購入/更新/刪除(使用期限與收費方式管理)、啟動管理、設備管理(對照機器與內容發佈終端數管理端末數管理),最後還有收費處理管理功能與最後的商品搜索功能,包含有商品搜索與商品資訊發佈。
OESF-Market place於2010/9展示的示範應用 (a)智慧型手機的樣態 (b)手機與伺服器間相連的商店應用
結論
由於IDC估計2010年Android平台相較於整個智慧型手機平台市場的市占率為16.3%,可望在2014年成長至24.6%,此外Android平台在平板裝置(Tablet Device)與數位機上盒(STB)市場也逐漸成形,因此促進Android平台發展的OESF是很重要的推手。
本文簡介OESF的沿革以及兩個EM2架構設計,包含輕量型Android系統設計以及Market place系統,希望透過這樣的介紹能讓大家了解OESF與Android於嵌入式裝置之技術發展。
(本文作者任職於資策會智通所)

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