IOIO 在Android手机中的应用与研究

张佳进，陈立畅，唐秀英，杨晓东，唐君君

（1.云南农业大学 基础与信息工程学院，昆明650201；2.云南农业大学 工程技术学院）

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，拥有移动电话工作所需的全部软件，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［3］。

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［1］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［2］。

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。

图1 IOIO 模块实物图

表1 IOIO 模块主要引脚功能分类

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［56］。其构架如图2所示。

图2 Android框架

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Goldfish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［6］。

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［4］：

◆ 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。

图3 IOIO 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：

图4 Android手机控制LED亮灭实验效果

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。

［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］耿东久，索岳，陈渝，等.基于Android手机的远程访问和控制系统［J］.计算机应用，2011，31（2）：559- 561.

［6］杨丰盛.Android应用开发揭秘［M］.北京：机械工业出版社，2010.