中国首位IoT领域的GDE：Android Things全解析及展望

内容来源：2017 年 11 月 19 日，谷歌开发者专家王玉成在“2017谷歌开发者节北京站”进行《Android Things系统结构及展望》演讲分享。IT 大咖说（微信id：itdakashuo）作为独家视频合作方，经主办方、演讲者审阅授权发布。

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摘要

Android Things的功能，整体框架，以及软件开发调试环境介绍。Google IoT Core介绍，以及现有的基于Android Things的项目概览。

嘉宾演讲视频及PPT回顾：http://suo.im/4s6Gko

Android Things

Android的整个生态涉及到手机、手表、电视、汽车以及物联网。Android Things的系统相对其他几部分更加精简，适合与物体结合的场景，也就是物联网方面。它的应用领域偏向于Camers、Gateways、HVAC Control、Smart Meters。

在物联网设备中安全性的是比较难解决的，例如手环、Camers这类安全性相对较高的设备一旦被拿到最高权限，大量私密信息就会被暴露出去。考虑到这方面的问题Android Things在系统设计之初就在安全性上做了完善的配置。

Android Things开发工具

Android SDk是完全支持Android Things的，当然也能够使用Android Studio作为开发工具。Play Services是google Services的一个组件，Firebase则是数据库，Cloud platform集成了对物联网的数据应用。可以看到Android Things借鉴了很多Android的工具，毕竟它是类似安卓的一套系统。

物联网最基本的形态中类似于传感器、摄像头这样的设备会对数据进行收集，然后进行粗加工传送到云端，最终处理分析这些数据。整个流程中数据会被存放到数据库，但是收集到数据后进行深加工的这一环节，对目前的嵌入式设备来说还有很多问题没有解决。因此数据的深加工都被放在云端解决，这也使得Firebase和Cloud platform在整个数据处理的过程中占有比较重要的地位。

IoT

出于安全方面的考虑，Android Things的操作系统核心都是由谷歌直接管理，将开发者的权限限制在小范围内。Google提供了IoT Developer Console进行云应用上传以及对设备的下发。

Automatic Security Update是自动安全升级，它在Developer Console中进行推送，一旦有新的Android Things镜像或者需要从Android Things镜像中升级应用都是通过Google服务器自动获得推送升级。Signed Images和Verifled Boot涉及到了嵌入式开发的领域。

一般的简单嵌入式开发引导流程都是先从Bootloader到Linux Kernel，再进入到，之后才是其他应用的启动过程。从整个系统的安全性来看，是可以在Bootloader这部分夹杂一些代码去获得权限的。于是Google 要求Signed Images和Verifled Boot这两部分需要OEM厂商和自己进行认证，来保证这部分二进制镜像的可靠性。

产品的开发中，需要在CPU芯片的模块板上画开发板，进行硬件方面的初期设计。完成后就进入到应用的开发时期，来让开发者进行开发。

Android Things for Developers

上图是整个Android 的整个系统的框架，包括linux kernel、Libraries、Application Framework、Application。Application中大多是手机或者平板的应用和框架。

Application Framework这层中灰掉的这部分是Android Things去掉的部分框架，这些框架都涉及到了用户交互方面的应用，而Android Things并不赞赏通过屏幕去进行用户交互。因为物联网的设备只需要配置好最初的设备环境就可以了，系统的运行过程中主要是进行数据收集以及传递的工作。虽然Android Things并不会过多的涉及用户交互，但还是提供了一些交互渠道，比如音频、keyboard、按键。

Different from Android

不同于Android的多应用多Activity，Android Things中去除用户的交互之外，就只使用了一个应用并且只包含一个Activity。Android有着动态权限的获取，而Android Things的唯一一个应用是伴随系统启动的，不需要用户去动态获取权限。由于Android Things需要驱动众多的外设，所以它还有一个支持这些外设的库。安卓的开发中Android Studio提供了虚拟机的支持，但Android Things可是涉及到了众多的硬件，因此在软件层面上的虚拟机支持是不必要的。

Support Google Service

上图列出的是Android Things的API支持情况，主要集中在数据、地图、定位这类的服务。在数据相关的服务中关于用户交互的部分也被去除了。Android Things的Cloud部分会生成各种服务API的key，然后在应用中加入key。这样就解决了用户态的认证缺失的情况下，依然能判断当前设备是否为Android Things设备的问题。

用户态驱动

Android Things提供了几大类的IO，外设的IO包括GPIO，PWM、I2C、SPI、UART、Native PIO。GPIO 可以用于传感器的控制，PWM 用于对电机或声音的控制。I2C、SPI、UART这三部分涵盖了低中高三种总线，在目前所有的传感器模块中，如果需要连接板子都是要用到这三种总线的。

在用户态这方面则抽象出了类似Android的输入、传感器、GPS、Audio的部分。还覆盖了Peripheral I/O的一些设备，这部分的抽象被放在了Android Things Libraries中，通过接口就可以调用。

Simple Peripheral I/O

上图是GPIO的一个简单例子，主要涉及到方向、触发方式以及回调函数的注册。

Cloud IoT Core Beta

Android Things收集数据进行深处理必须要经过Google Cloud，上图就是Cloud IoT Core的整个架构。设备将数据导入到Cloud IoT Core后再利用Functions配置数据，接着Pub/Sub进行交互，交互完成后利用Bigtable、BigQuery、ML进行数据的处理，处理完成后将数据交给Datalab以及Date Studio，最后完成一些其他的处理。

Work Flow

上图展示了用户在Cloud IoT Core上的工作方式。整个流程中有着三个主要角色，第一个角色是设备数据采集的过程，在物联网中数据是低频的传输，基于TCP协议之上，它主要通过MQTT/HTTP协议将数据传输到Cloud IoT Core。另一个角色是Provisioner，当产品开发完成后会交给Device Manager进行管理。Cloud IoT Core采集到的原始数据会被传输到Pub/Sub模块，也就是最后一个角色。

Android Things 社区链接

Google’s IoT Developers Community：https://g.co/IoTdev

Google’s IoT Solutions：https://Iot.google.com

Android Things SDK：

https://developer.android.google.cn/things/index.html

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