IOIO在Android手机中的应用与研究

摘要：IOIO是一个面向Android手机的软硬件开发平台，通过USB接口实现Android手机与外界物理设备的互动。本文介绍了IOIO的硬件特性与开发环境，给出了如何用IOIO来实现对LED控制的实例。实验结果表明，采用IOIO开发Android手机具有简单易用的特点。
关键词：Android手机；USB；IOIO

引言
    Android本意指“机器人”，是Google公司于2007年11月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统，是当今三大智能手机操作系统之一。它包括操作系统、用户界面、中间件和应用程序，拥有移动电话T作所需的全部软件，同时，其开放性保证该平台不存在任何阻碍移动产
业创新的专有权障碍。因此，其市场份额增长迅速，软件生态系统日渐成熟，大量软件开发人员投身到Android应用程序开发中来。
    当前Android手机主要集成了WiFi、蓝牙通信接口，它们具有传输速率高、通用性好等优点。但是在普适计算、物联网领域中，大量传感器、控制设备往往采用传统的串行通信、I／O控制等技术。目前，Android手机往往缺乏这些接口，虽然可以采用蓝牙转RS232等技术来实现Android手机与外部物理设备的通信与控制，但是蓝牙技术有通信距离短、不可靠、功耗高等缺点。特别是在低功耗物联网环境中，我们很难采用蓝牙、WiFi通信技术。因此这在某种程度上制约了Android手机在以上领域的应用。
    IOIO是SparkFun公司出品的一款专门为Android1．5版本以上系统设计的通用型开源控制模块，它给开发者提供了免费的系统电路图及系统主板MCU的Firmware，同时也提供了丰富的Java API接口。IOIO通过USB接口与Android手机相连，高度集成了数字I／O端口、PWM、模拟输入端口、I2C总线、SPI，以及UART控制器等功能组件，只需通过简单、直观的Java API驱动程序即可直接操作外部硬件I／O端口，既无需嵌入式编程，又不用外部编程器，使用方便灵活。因此，通过IOIO模块，Android手机可以方便地整合3G通信网络、蓝牙通信、触摸屏交互技术、各类传感器与外围物理设备相连，从而增强了手机与物理世界的信息交互能力，为Android手机的创新应用打下了良好基础。目前，许多国际著名品牌的Android手机和平板电脑都兼容支持IOIO模块，例如Google、Samsung、HTC、LG、Motorola等。

1 IOIO硬件结构
    IOIO主要采用了低功耗PIC单片机作为系统控制器，IOIO模块实物图如图1所示。IOIO硬件电路板上集成了模拟输入、I2C总线、SPI、UART、GPIO等多个功能接口部件。主要引脚功能分类如表1所列。

2 IOIO开发环境
2．1 Android应用程序开发简介
    Android操作系统自上向下分成应用层、应用框架层、组件库层、虚拟机和Linux内核层。其构架如图2所示。

    应用层(Application layer)。Android操作系统和一系列核心应用模块一起发布，其核心应用模块主要包括电话短信功能、网页浏览器、联系簿等。
    应用框架层(Application Framwork layer)。开发者通过使用核心应用程序来调用Android框架提供的API组件。
    组件库层(Libraries layer)。Android包含了一套C／C++函数库，主要包括libc、Media Framework、WebKit、OpenGLES、FreeType、SQLite等，这些功能通过Android应用框架展现给开发人员。
    运行时环境(Android Runtime)。Android包括了一个核心库，该核心库提供了Java编程语言核心库的大多数功能。每一个Android应用程序都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例。
    Linux内核层(Linux kernel layer)。Android底层核心是一个基于Linux 2．6．23内核开发的独立操作系统。主要是加了一个名为Gold fish的虚拟CPU以及Android运行所需的特定驱动代码。该层用来提供系统的底层服务，包括安全机制、内存管理、进程管理、网络堆栈及一系列的驱动模块。
2．2 IOIO软件开发环境要求
    IOIO模块的应用开发需要安装以下软件工具：
    ◆Eclipse IDE(Integrated Development Environment)；
    ◆Android SDK(Software Development Kit)，只能采用V6．0版本；
    ◆JDK(Java Development Kit)；
    ◆下载IOIOLib库。它为Android手机提供了丰富的接口API，例如Digital I／O、模拟输入、PWM输出、Pulse输入、串行UART、SPI、I2C总线等。
    图3为IOIO软件开发环境界面。

3 IOIO应用开发实例——LED亮灭控制
    IOIO模块引脚0连接的是板载LED的正极，LED负极接地，因此高电平点亮，低电平熄灭，实验效果如图4所示。

    该演示程序核心Java代码如下：
    
   
   
    从以上LED控制实例中可以发现，基于IOIO的IOIOLib库，可以方便快速地构建Android手机电子互动应用系统，IOIO具有简单易用的优势。

结语
    IOIO是一个开放的人机互动平台，为Android手机提供了丰富的I／O接口资源，拓展了Android手机的应用领域，增强了Android手机与物理世界的信息交互能力，相信在物联网时代会不断涌现出大量Android移动创新应用系统，这将有利于信息物理系统的发展。