Google 的 Android 手機平台

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Android 平台的架構

圖 1 顯示了Android 平台的整體架構，平台的底層採用了 Linux 作為作業系統 (圖中的紅色部分)，在Linux作業系統之下、內建了許多控制裝置的驅動程式，包含藍芽(Bluetooth)、無線網路(WiFi)、隨插即用的USB 介面等等，當然還有記憶體、銀幕、鍵盤、照像、音效等裝置的驅動程式，在 Linux 作業系統之上，內建了許多由 C/C++ 語言所開發出來的函式庫 (Libraries) (圖中的綠色部份)，包含 libc、OpenGL/ES、WebKit、Sqlite等。
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圖 1. Google 的 Android 平台架構

圖 1 的藍色部分是Android平台的應用程式，這些應用程式以Java作為主要的開發語言。透過這樣的布局，Google 可以有效的引入Java社群長期累積的資源，以便利用Java程式設計社群的力量。雖然Android平台中大量的使用了開放原始碼的資源，但是為了避免軟體廠商被迫要開放原始碼，Android在應用端所使用的是 Apache Software License (ASL)[1][2]，ASL 並不要求軟體開發者要開放原始碼，這使得軟體開發廠商可以透過開發 Google 手機程式營利。

Google 在手機開發平台上的這種佈局是相當精巧而有彈性的，一方面藉助開放原始碼社群的力量，另一方面又可以吸引手機製造公司與軟體設計公司紛紛加入戰局，而不需要受到開放原始碼與平台授權金的限制，這使得 Google Phone – Android 平台具有相當大的吸引力。
DVM 虛擬機

應用層的核心是由Android Runtime所構成的，其中包含了一個虛擬機 Dalvik Virtual Machine (DVM) 與Java的核心函式庫 (Core Libraries)，該核心函式庫主要來自Apache組織的Harmony計畫，這樣就可以更容易與昇陽進行切割，避免引起侵權訴訟。

Android 利用 DVM 虛擬機建構出一組應用架構 (Application Framework)，以協助應用程式設計者開發出好的應用程式。DVM 與昇陽的 JVM 在架構上完全不同，JVM採用了堆疊機的架構，但是DVM採用的是暫存器機的架構，因此，Java 的 Bytecode 並不能直接放入 DVM 中執行，而是要透一個稱為dx的轉換工具，該工具可以將 Java 的 bytecode 檔案 (*.class) 轉換成 DVM 的目的碼 (*.dex)。

程式設計師可以在個人電腦上開發程式並且於模擬器中測試完畢後，才將.class 的 bytecode 檔案轉換成 .dex 檔案，放到 Android 裝置上執行。透過這種方式，Google 直接吸收了昇陽的所有開發工具，並且迴避掉昇陽在JVM虛擬機上的專利與授權問題，讓昇陽的所有資源為其所用。並且吸收了開放原始碼社群與Java社群長期累積的資源，讓這些資源盡可能的匯流到 Android平台當中。

DVM 的設計主要是為了使用電池的行動裝置而考慮的，必須能運作在記憶體很小的裝置上，而且可以很省電。因此許多設計都特別為行動裝置而特別考慮。舉例而言，由於目前手機市場的處理器以 ARM 為主，於是 Android 特別最佳化 DVM 在 ARM 處理器上的效能，甚至位元組的順序上都與 ARM 一致，如此就能提升 DVM 在 ARM 處理器上的執行速度，這也是 DVM 設計的重要決策之一。

在 .class 的 bytecode 轉換為 .dex 目的檔的過程中，許多的 .class 檔案會被靜態的連結在一起，重覆的常數只會出現一次，簡單的短函數會自動被改為內嵌(inline)的方式，以增快執行速度。另外，在安裝 .dex 檔案到目標平台的過程中，假如目標平台的位元順序與原始的 .dex目的檔不同，安裝程式會重排其位元組順序以便增快速度。

為了進一步提升效率，Google 的 Android 與微軟 .NET 平台都使用了較多的外部函式庫，特別是與銀幕顯示相關的函數，這可以讓強調多媒體功能的應用可以很流暢的執行。Google 在這方面顯然記取了原先昇陽在 JAVA上的教訓，因為昇陽的Swing等視覺化函式庫顯然不夠流暢且速度太慢。
Android 的手機模擬器

在 Google 所提供的 Android 開發工具當中，附有模擬器環境，您可以在桌上型電腦中開發 Android 的 Java 程式，然後在上傳時 Google 工具會將 JVM 的 bytecodes 轉換成 DVM 的目的碼，然後才傳送到到 Android 平台的目標裝置中執行。圖 9.9為該模擬環境的畫面，有興趣的讀者可以從 Android 的官方網站中下載該開發工具。
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圖 2. Google 平台Android的模擬器環境

宏達電 (HTC) 是第一家販售 Android 手機的公司，第一支 Android 手機由 HTC T-Mobile G1拔得頭籌。目前，各家手機製造商紛紛投入製造 Android 手機，Motorola, Samsung, Acer 等公司都已經投入 Android 手機的製造，並且發行了數款 Android 手機。甚至，資策會、宏碁等公司更已經將Android放入迷你筆記型電腦當中，準備作為免費的作業系統。Android平台有可能是未來系統程式設計師的主要戰場之一，對於台灣的手機與筆電製造商而言應有相當大的吸引力，有興趣的讀者可以進一步參考相關的資源，並研究其相關的技術，以便有效的運用此一平台。