Android是移動設備的主流操作系統，近年來越來越多的工業領域的客戶開始關注基于Android操作系統的設備在工控領域的應用。鑒于Android是基于Linux內核的事實，我們發展了一種以雙應用進程為特色的Android工控應用方案，并在ESM6802工控主板上加以實現。具體說來，就是在Linux平臺上運行一個直接操作硬件接口的控制通訊管理進程，為保證運行效率，該進程采用C/C++語言編寫（以下簡稱C進程或控制進程）；另一方面在Android平臺采用標準Java語言編寫一個人機界面進程（以下簡稱Java進程）。底層的控制進程并不依賴與上層的Java進程而獨立運行，兩個進程之間通過本地IP進行通訊，控制進程處于服務器偵聽模式，Java進程則為客戶端模式。本方案的主要優點是客戶可以直接繼承已有的現成應用程序作為底層控制進程的基礎，僅僅增加標準的Socket偵聽功能，即可快速完成新的底層應用程序的設計。而界面的Java程序，由于不再涉及具體的工控硬件接口，屬于單純的Android程序，編程難度也大大降低。

　　我們將通過多篇技術報告來具體介紹雙進程方案在ESM6802主板上實現的相關技術。本文是《Android雙應用進程工控方案》的第一篇，主要介紹在Android環境中，如何編譯C/C++應用程序，下載并配置為開機啟動程序。

　　本文PDF下載：Android雙應用進程工控方案（一）——在Android平臺啟動Linux C/C++應用程序

1、重新編譯C/C++應用程序

　　如圖1所示，由于傳統的Linux程序依賴的是glibc庫，而Android程序需要的是谷歌公司在AOSP（Android Open Source Project）中提供的Bionic庫（比glibc小，提供了Android特定的函數）。所以，原來Linux上的C/C++程序要運行在Android系統上，必須要在Android的編譯環境中重新編譯。英創推薦使用Android官方開發工具Android Studio，下載CMake和NDK工具，進行C/C++程序的重新編譯。

圖1　Android和Linux依賴庫區別

　　下面開始介紹使用Android Studio的NDK編譯工具重新編譯C/C++程序的過程。

　　1.1　搭建Android Studio NDK編譯環境

　　Android Studio的安裝具體過程請參考文檔《Android Studio 應用開發簡介》的第一章，在SDK Tools頁面中一定要勾選NDK和CMake。

　　1.2　在Android Studio中新建C++項目

圖2　新建C++項目

　　首先新建一個Android Studio項目，并勾選Include C++ support選項，此處的Application name是Android app的名字，與最終需要的C++程序無關，用戶可隨意設定。然后一直點擊下一步“Next”，直到圖3頁面，使用默認的工具鏈，點擊Finish。

圖3　默認工具鏈

　　點擊finish后會進入項目編輯頁面，進入到圖4所示的項目視圖，可以看到所有的目錄結構，其中app/src/main/cpp目錄、app/build.gradle和app/CMakeLists.txt是用戶需要編輯修改的。然后，點擊左上角File >> Project Structure進入圖5的頁面，檢查NDK環境路徑是否正確設置。

圖4　項目目錄結構及要修改的文件

圖5　環境路徑設置檢查

　　1.3　復制C/C++應用程序源碼

　　將原C/C++應用程序的所有源文件拷貝到app/src/main/cpp目錄。

　　1.4　修改CMakeLists.txt

　　新的Android Studio已經支持使用cmake編譯c++項目，這里提供對于簡單項目使用的CMakeLists.txt，對于更復雜的需求，用戶可以參考cmake官網文檔https://cmake.org/cmake/help/v3.4/自行修改。

　　app/CMakeLists.txt：

　　cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)

　　# Android 5.0 以上需要在此處設置PIE

　　set(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} -fPIE")

　　set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS "${CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS} -fPIE -pie")

　　# 頭文件目錄

　　include_directories(

　　src/main/cpp

　　)

　　# 源文件目錄

　　aux_source_directory(src/main/cpp DIR_SRCS)

　　# 添加要編譯的可執行文件

　　add_executable(serialControlDaemon ${DIR_SRCS})

　　其中，add_executable表明要生成的是可執行文件，名字為SerialControlDaemon，源文件為DIR_SRCS變量代表的文件，而aux_source_directory將src/main/cpp目錄下的所有文件賦給了變量DIR_SRCS。

　　1.5　修改build.gradle

　　app/build.gradle文件主要是設置構建app的一些參數，這里主要往android>> defaultConfig>>externalNativeBuild>>cmake添加targets和abiFilters兩個參數。其中，targets表示生產目標文件的名字，與CmakeLists.txt中的相同；abiFilters表示要生產哪種cpu架構下的目標文件，這里使用armeabi-v7a。修改之后會在右上角提示需要同步項目，點擊即可。

圖6　修改build.gradle

　　1.6　編譯cpp項目

　　在Android Studio中直接使用Build>>Make Project即可編譯整個項目，包括cpp和java。生成的目標文件在目錄app/.externalNativeBuild/cmake/debug/armeabi-v7a目錄下，名字為serialControlDaemon。

　　1.7　下載目標文件到Android

　　Android Studio集成了Android開發的所有工具，在Android Studio中使用adb push命令可以將編譯得到的目標文件下載到Android目標板上。首先，要使用usb otg的調試線連接PC和目標板；然后點擊左下角的Terminal窗口會彈出所在項目的命令行窗口；輸入命令：

　　adb push app\.externalNativeBuild\cmake\debug\armeabi-v7a\serialControlDaemo      /data/local

　　這樣，serialControlDaemon便下載到了目標板的/data/local目錄下。這時，使用adb shell登陸到Android目標板的命令行，修改目標文件的運行權限并運行，整個過程如圖7所示。程序正常運行起來后，表明整個編譯過程沒有問題，用戶可以在命令行中按Ctrl+c停止運行應用程序，并輸入exit命令退出adb shell登陸，然后進行下一步的開機自啟動配置。

圖7　下載目標文件到Android

2、開機自啟動配置

　　ESM6802上電后通過uboot引導進入linux內核，內核完成一系列系統配置后會啟動第一個用戶進程：init進程。Android相關的啟動過程也是從init開始的。在init進程中會掛載Android的文件系統，運行init.rc腳本。init進程啟動過后，會fork出子進程去開啟init.rc文件中配置的service。

　　為了滿足用戶運行不同名字的應用程序，英創在init.rc中配置了一個usersh服務。usersh服務開機自動運行，具體過程用戶不用關心。 要想開機自啟動C/C++程序，用戶只需要做兩件事：

　　●　編輯userinfo.txt文件

　　●　復制userinfo.txt以及C/C++程序的目標文件到指定目錄/sdcard/Download

　　2.1　編輯userinfo.txt

　　Android啟動后，usersh服務會自動檢測/sdcard/Download/userinfo.txt文件。如果userinfo.txt文件存在，usersh會去解析并啟動userinfo.txt文件中指定的應用；如果userinfo.txt不存在，則結束usersh服務。userinfo.txt起到一個配置文件的作用，其格式如下：

　　Name=serialControlDaemon

　　Param=2

　　其中，Name指定程序名字，Param指定要帶的參數，沒有可以不寫。用戶可以直接在Android Studio中創建并編輯userinfo.txt文件。

圖8　Android Studio中新建userinfo.txt

　　2.2　復制userinfo.txt以及C/C++程序到指定目錄/sdcard/Download

　　Android系統中，不是每個目錄都有讀寫以及可執行的權限，這里我們選擇/sdcard/Download作為存儲userinfo.txt和C/C++程序的指定目錄。復制userinfo.txt以及C/C++程序到指定目錄有兩種方法：通過usb_otg接口使用Android Studio的adb push命令下載到ESM6802，或者通過U盤從PC端拷貝到ESM6802。用戶按其中一種方法下載文件到指定目錄后，重啟ESM6802即可以開機啟動userinfo.txt中指定的C/C++程序。

　　1、Android Studio命令行下載userinfo.txt和C/C++程序到ESM6802

　　使用Android Studio命令行下載文件到ESM6802，首先需要使用調試線連接PC和目標板的usb_otg接口。然后，在Android Studio的Terminal窗口輸入：

　　adb push app\.externalNativeBuild\cmake\debug\armeabi-v7a\serialControlDaemo      /sdcard/Download

　　adb push app\userinfo.txt  /sdcard/Download

　　重啟設備即可實現開機自啟動serialControlDaemon。

　　2、U盤拷貝userinfo.txt和C/C++程序到ESM6802

　　使用U盤拷貝userinfo.txt和C/C++程序到ESM6802，只需要將userinfo.txt和目標文件（serialControlDaemon）拷貝到U盤，插到ESM6802的USB接口上，打開Android的文件管理應用ES File Explorer，將userinfo.txt和serialControlDaemon拷貝到/sdcard/Download目錄，重新啟動即可。

　　2.3　查看程序是否開機運行

　　通過以上設置之后，Android開機boot_completed=1之后會啟動應用程序serialControlDaemon，用戶可以通過命令adb shell登陸consolo控制臺，輸入命令getprop | grep init.svc | grep usersh來查看usersh服務的運行狀態；當然usersh實際運行的應用程序serialControlDaemon的進程狀態可以通過ps | grep serialControlDaemon查看。

圖9　檢測usersh服務運行狀態

3、Q & A

　　Q1：查看C/C++程序輸出

　　在Android控制臺上看不到開機啟動的C/C++程序輸出信息，開發中如何在Android上調試C/C++程序？

　　A1：使用kill命令終止掉已經啟動的C/C++程序；然后，在Android命令行中執行命令：user.sh，即可手動啟動C/C++應用程序，并且C/C++應用程序的輸出信息將打印到Android控制臺。

　　Q2：關于userinfo.txt和C/C++程序指定目錄的說明

　　A2：userinfo.txt和C/C++程序指定目錄要具有讀寫可執行權限，在2.2節中，adb push命令將C/C++應用程序（serialControlDaemon）下載到了/sdcard/Download目錄，其實下載到/data/local也是可以的，而U盤卻只能拷貝到/sdcard/Download/。這是因為usersh服務會比較/sdcard/Download/serialControlDaemon是否比/data/local/serialControlDaemon更新，如果是，則先用新文件覆蓋舊文件，再運行/data/local/serialControlDaemon。因此，使用adb push命令的指定目錄用/sdcard/Download/或者/data/local都是可以的；而使用U盤，則受限于ES File Manager應用不能訪問/data/local目錄，只能拷貝到/sdcard/Download。

　　Q3：關于Android Studio的Terminal窗口

　　A3：Android Studio的Terminal窗口在進入的時候，工作在PC的文件系統上，操作的文件都是PC上的；當使用adb shell登陸Android目標板之后，工作在Android目標板的文件系統上，操作的文件、執行的命令都是Android目標板上的；在使用adb shell登陸之后，可以使用exit命令退出登陸狀態，返回到PC端的工作目錄。

　　Q4：adb連接不上設備

　　使用adb devices查看一下是否有已連接的設備；檢查usb_otg和PC端的物理連接；重新插拔一下調試線或者重啟系統。

　　如果ethernet正常工作，可以使用ethernet代替usb_otg，在Terminal中輸入一下命令：

　　$ adb usb

　　restarting in USB mode

　　$ adb devices

　　List of devices attached

　　????????????    device

　　$ adb tcpip 5555

　　restarting in TCP mode port: 5555

　　$ adb connect YOUR_IP_ADDRESS

　　connected to YOUR_IP_ADDRESS:5555

　　$ adb devices

　　List of devices attached

　　????????????    device

　　YOUR_IP_ADDRESS:5555 device

　　退出：

　　adb disconnect YOUR_IP_ADDRESS

　　Q5：常用命令

　　查看所有service運行狀態：getprop | grep init.svc

　　adb相關：

　　adb devices  查看usb_otg已連接的設備

　　adb push localfile remotepath 將PC端的localfile下載到Android端的remotepath目錄下。

　　adb pull remotefile 復制Android端的remotefile文件到PC端的當前目錄

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