Treinamento Android Embarcado

Embedded Labworks
Por Sergio Prado. São Paulo, Maio de 2013
® Copyright Embedded Labworks 2004-2013. All rights reserved.
Android embarcado

Embedded Labworks
SOBRE ESTE DOCUMENTO
✗ Este documento é disponibilizado sob a Licença Creative
Commons BY-SA 3.0.
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode
✗ Os fontes deste documento estão disponíveis em:
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SOBRE O INSTRUTOR
✗ Sergio Prado tem mais de 17 anos de experiência em desenvolvimento de
software para sistemas embarcados, em diversas arquiteturas de CPU
(ARM, PPC, MIPS, x86, 68K), atuando em projetos com Linux embarcado e
sistemas operacionais de tempo real.
✗ É sócio da Embedded Labworks, onde atua com consultoria, treinamento e
desenvolvimento de software para sistemas embarcados:
http://e-labworks.com
✗ Mantém um blog pessoal sobre Linux e sistemas embarcados em:
http://sergioprado.org

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AGENDA DO TREINAMENTO
✗ DIA 1: Introdução, código-fonte, sistema de build, embarcando o
Android, camada nativa.
✗ DIA 2: Processo de inicialização, criação de produtos,
desenvolvimento de módulos, framework Android.
✗ DIA 3: System services, aplicações Android, HAL, debugging.

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AMBIENTE DE LABORATÓRIO
/opt/labs/ Ambiente de laboratório
dl/ Aplicações e componentes opensource
que serão usados durante as
atividades de laboratório
docs/ Documentação
guides/ Guias de consulta (shell, vi, etc)
hardware/ Documentação do hardware
training/ Slides e atividades de laboratório
ex/ Exercícios de laboratório
tools/ Ferramentas de uso geral

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DURANTE O TREINAMENTO
✗ Pergunte...
✗ Expresse seu ponto de vista...
✗ Troque experiências...
✗ Ajude...
✗ Participe!

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Android embarcado
Introdução ao sistema operacional Android

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HISTÓRICO
✗ 2003: Começou como uma startup chamada Android Inc. em Palo
Alto/CA, focada no desenvolvimento de um sistema operacional
aberto para smartphones.
✗ 2005: Android Inc. comprada pelo Google.
✗ 2007: Criada a Open Handset Alliance, um consórcio de empresas
com interesse na área mobile (Google, Intel, TI, Qualcomm, Nvidia,
Motorola, HTC, Samsung, etc).
✗ 2008: Sai a versão 1.0 do Android.

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VERSÕES
✗ Desde então, todo ano, em torno de duas novas versões são lançadas.
✗ Cada versão tem o nome de uma sobremesa, liberada em ordem alfabética!
✗ 2.2 (Frozen Yogurt)
✗ 2.3 (Gingerbread)
✗ 3.0/3.1/3.2 (Honeycomb)
✗ 4.0 (Ice Cream Sandwich)
✗ 4.1/4.2/4.3 (Jelly Bean)
✗ 4.4 (KitKat)
✗ Este treinamento é baseado no Jelly Bean 4.2.

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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
✗ Código aberto.
✗ Interface gráfica com uma experiência familiar.
✗ Ecossistema de aplicações disponíveis (aproximadamente 850.000
aplicações em set/2013).
✗ Framework para desenvolvimento de aplicações.
✗ Ambiente de desenvolvimento completo, incluindo IDE, emulador e
ferramentas de debugging.

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PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS (cont.)
✗ Suporte total à tecnologias web via WebKit.
✗ Suporte à hardware:
✗ Aceleradores gráficos via OpenGL ES.
✗ Tecnologias de comunicação sem fio (Bluetooth, WiFi, NFC, GSM,
CDMA, UMTS, LTE, etc).
✗ Sensores (acelerômetro, giroscópio, compasso, etc).
✗ Etc!

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ANDROID EM SISTEMAS EMBARCADOS
✗ Estas e outras características levaram o Android a ser avaliado e
utilizado como sistema operacional em aplicações embarcadas.

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ANDROID OPEN SOURCE PROJECT
✗ O Android é basicamente baseado em dois grandes projetos:
✗ Kernel Linux (modificado).
✗ Plataforma Android (AOSP).
✗ A cada versão, o Google libera o código-fonte do projeto através do
Android Open Source Project (AOSP).
http://source.android.com/
✗ Apenas alguns dispositivos são suportados nativamente pelo AOSP,
incluindo os últimos smartphones e tablets de referência do Google
(linha Nexus).

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COMUNIDADE
✗ Qualquer um pode contribuir com o projeto, mas a comunidade é
bem fechada em torno do Google.
https://android-review.googlesource.com
✗ O processo de colaboração é realizado através da ferramenta de
revisão de código Gerrit, também criada pelo Google.
http://en.wikipedia.org/wiki/Gerrit_(software)

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LICENÇAS
✗ A grande maioria dos pacotes estão sob as licenças permissivas
ASL (Apache) e BSD, dando liberdade aos fabricantes de decidirem
se desejam liberar o código-fonte alterado (licenças permissivas
exigem apenas atribuição de autoria).
✗ Alguns pacotes ainda estão sob as licenças GPL/LGPL (vide
diretório external/ no AOSP).
✗ Algumas aplicações do Google são fechadas (Google Play, Gmail,
Google Maps, Youtube, etc) e para tê-las você precisa se certificar
(ACP).

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CERTIFICAÇÃO
✗ Para que o dispositivo possa ter a marca Android e possa usar as
aplicações do Google, é necessário certificá-lo através do Android
Compatibility Program (ACP):
✗ Compatibility Definition Document (CDD): descreve os requisitos
necessários (software e hardware) para que um dispositivo possa ser
considerado compatível com Android.
✗ Compatibility Test Suite (CTS): ferramenta para testes unitários do
framework do Android (APIs, Dalvik, permissões, etc), que deve ser
realizado no dispositivo.
✗ Cada versão do Android tem os seus documentos! Mais informações no
link abaixo:
http://source.android.com/compatibility/

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ARQUITETURA LINUX EMBARCADO
Hardware
Bootloader
Linux kernel
Biblioteca C (glibc, eglibc, uclibc, etc)
Biblioteca Biblioteca
Aplicação Aplicação
Sistema
GNU/Linux

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ARQUITETURA ANDROID
Hardware
Bootloader
Linux kernel
Camada nativa (bibliotecas, daemons e ferramentas)
Framework (serviços e API)
Aplicação
Plataforma
Android
Aplicação Aplicação Aplicação

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COMPONENTES DO SISTEMA
✗ Bootloader depende do fabricante do hardware (U-Boot é comum
em plataformas abertas).
✗ Kernel Linux é alterado para suprir as necessidades do Android
(IPC, shared memory, power management, etc).
✗ Já o espaço de usuário é totalmente diferente de uma distribuição
Linux convencional como o Ubuntu ou o Fedora!
✗ Muitas bibliotecas e aplicações foram reimplementadas por questões
de licença (uclibc x bionic, busybox x toolbox, etc).
✗ Todo o framework de desenvolvimento de aplicações é baseado em
Java.

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DIAGRAMA DE BLOCOS
Fonte: http://source.android.com

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PORTANDO O ANDROID (PASSO-A-PASSO)
1. Escolher uma plataforma de hardware compatível com os requisitos
do Android.
2. Portar o bootloader para a plataforma de desenvolvimento.
3. Portar o kernel Linux para a plataforma de desenvolvimento (com os
patches do Android aplicados).
4. Preparar o sistema de build do Android para compilar e gerar uma
versão customizada da plataforma Android para o seu hardware.
5. Implementar a camada HAL do Android para os dispositivos de
hardware presentes no sistema.

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Android embarcado
Código-fonte

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MÁQUINA DE DESENVOLVIMENTO
✗ É recomendado o uso de uma máquina de 64 bits com o Ubuntu 12.04, já
que esta é a configuração usada e testada pelo Google, mas o sistema de
build deve funcionar em outras máquinas Linux ou MacOS (instalação
nativa ou máquina virtual).
✗ É necessário uma máquina com boa capacidade de processamento (ex: Core
i7) e com bastante espaço em disco (os fontes do Android 4.2 ocupam 10G
de disco, passando de 25G depois de compilado!).
✗ Pré-requisitos de software: git 1.7+, python 2.6/2.7, make 3.81/3.82, JDK 6.
✗ Consulte o link abaixo para instruções mais completas:
http://source.android.com/source/initializing.html

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CÓDIGO-FONTE
✗ Instruções sobre a utilização do código-fonte do AOSP em:
http://source.android.com/source/index.html
✗ Neste link você vai encontrar detalhes sobre como:
✗ Baixar o código-fonte.
✗ Configurar o sistema de build.
✗ Compilar o Android para um dispositivo padrão do Google (últimos
smartphones e tablets do mercado).
✗ Testar a imagem gerada no emulador.

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AOSP E REPOSITÓRIOS GIT
✗ O AOSP é versionado pelo Google através do git.
✗ Porém, o projeto é dividido em vários repositórios git (se o projeto
fosse gerenciado por apenas um repositório git, seria lento para
baixar e difícil de gerenciar!).
✗ Os repositórios git do Android podem ser acessados em:
http://android.googlesource.com

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REPOSITÓRIOS GIT

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FERRAMENTA REPO
✗ Para gerenciar as centenas de repositórios git existentes no AOSP,
o Google então criou uma ferramenta chamada repo.
✗ Esta ferramenta pode ser baixada do site do Google conforme
abaixo:
wget http://commondatastorage.googleapis.com/gitrepodownloads/repo
✗ Com o repo é possível baixar e gerenciar uma versão específica do
Android, composta por diversos repositórios git, descritos em um
arquivo XML (manifest.xml).

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MANIFEST.XML
<?xml version="1.0" encoding="UTF8"?>
<manifest>
  <remote  name="aosp"
           fetch=".."
           review="https://androidreview.googlesource.com/" />
  <default revision="refs/tags/android4.2.2_r1.1"
           remote="aosp"
           syncj="4" />
  <project path="build" name="platform/build" groups="pdk" >
    <copyfile src="core/root.mk" dest="Makefile" />
  </project>
  <project path="abi/cpp" name="platform/abi/cpp" groups="pdk" />
  <project path="bionic" name="platform/bionic" groups="pdk" />
  <project path="bootable/bootloader/legacy" name="platform/bootable/bootloader/legacy" />
  <project path="bootable/diskinstaller" name="platform/bootable/diskinstaller" />
  <project path="bootable/recovery" name="platform/bootable/recovery" groups="pdk" />
  <project path="cts" name="platform/cts" />
  <project path="dalvik" name="platform/dalvik" />
  <project path="development" name="platform/development" />
  <project path="device/asus/grouper" name="device/asus/grouper" groups="device,grouper" />
  <project path="device/asus/tilapia" name="device/asus/tilapia" groups="device,grouper" />
  [...]

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BAIXANDO O AOSP COM O REPO
$ repo init u https://android.googlesource.com/platform/manifest
$ repo sync
[...] Aqui ele vai clonar cada um dos repositórios git!
$ ls
abi       dalvik       frameworks       Makefile  prebuilts
bionic    development  gdk              ndk       sdk
bootable  device       hardware         out       system
build     docs         libcore          packages
cts       external     libnativehelper  pdk

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OUTROS COMANDOS REPO
✗
repo diff (faz um diff em todos os repositórios git).
✗
repo status (verifica o status de todos os repositórios git).
✗
repo start (cria um novo branch em um projeto para
desenvolvimento).
✗
repo branches (visualizar branches existentes).
✗
repo forall (executa um comando em todos os repositórios git).
✗
repo help (exibe menu completo de opções).

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REPO E COLABORAÇÃO
✗ O Google desenvolveu uma ferramenta chamada Gerrit para
facilitar o processo de revisão de código e colaboração.
https://android-review.googlesource.com
✗ Através das ferramentas git e repo qualquer pessoa pode
contribuir com o desenvolvimento do Android:
✗ Crie um novo branch:
$ repo start <nome_do_branch>
✗ Faça os commits com o git.
✗ Suba o código para revisão no Gerrit:
$ repo upload

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OUTROS REPOSITÓRIOS ANDROID
✗ O Google AOSP é o repositório principal mas oferece suporte
limitado à dispositivos de hardware.
✗ O BSP do fabricante pode fornecer bom suporte mas normalmente é
mais desatualizado.
✗ A Linaro (focada em ARM) fornece uma árvore alternativa e
atualizada com suporte à um conjunto maior de dispositivos de
hardware:
https://wiki.linaro.org/Platform/Android

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OUTROS REPOSITÓRIOS ANDROID (cont.)
✗ O Cyanogen Mod possui versões customizadas focada em
dispositivos de mercado (smartphones e tablets):
http://cyanogenmod.org/
✗ A comunidade de uma determinada plataforma de hardware pode
manter uma árvore separada do Android, como por exemplo o
Rowboat para os chips Sitara da TI:
https://code.google.com/p/rowboat/

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ANDROID PARA A WANDBOARD
$ repo init u git://www.wandboard.org/android/manifest.git m default.xml
$ repo sync j4
[...]
$ ls
abi       dalvik       frameworks  libnativehelper  prebuilts
bionic    development  gdk         Makefile         sdk
bootable  device       hardware    ndk              system
build     docs         kernel_imx  packages
cts       external     libcore     pdk
✗ Instruções para baixar o código-fonte do Android para a
Wandboard no link abaixo:
http://www.wandboard.org/index.php/downloads

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DIRETÓRIOS: BOOTLOADER, KERNEL E HAL
✗
bootable/: bootloader de referência e imagem de recovery.
✗
kernel_imx/: kernel para a Wandboard (i.MX6), não existe no
AOSP!
✗
hardware/: definição da interface HAL e implementação padrão
para alguns dispositivos de hardware.
✗
device/: configurações e componentes específicos dos produtos
suportados.

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DIRETÓRIOS: CÓDIGO-FONTE NATIVO
✗
bionic/: biblioteca C padrão do Android.
✗
system/: aplicações e bibliotecas da camada nativa.
✗
external/: projetos externos usados no Android (openssl, webkit,
libusb, etc).
✗
abi/: suporte à RTTI (Run-Time Type Identification) para código
escrito em C++.
✗
libnativehelper/: biblioteca para interface JNI.

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DIRETÓRIOS: FRAMEWORK E APPS
✗
dalvik/: código-fonte da máquina virtual Dalvik.
✗
libcore/: biblioteca Java (Apache Harmony)
✗
frameworks/: código-fonte do framework do Android.
✗
packages/: aplicações Android.

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DIRETÓRIOS: FERRAMENTAS
✗
ndk/: ferramentas do NDK (Native Development Kit), que
possibilita o desenvolvimento de aplicações nativas para o
Android.
✗
sdk/: ferrramentas do SDK (Software Development Kit).
✗
pdk/: ferramentas do PDK (Platform Development Kit).
✗
development/: outras ferramentas de desenvolvimento e
aplicações de debugging.
✗
cts/: ferramentas do CTS (Compatibility Test Suite).

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DIRETÓRIOS: BUILD e DOCUMENTAÇÃO
✗
build/: scripts, Makefiles e outros componentes do sistema de
build.
✗
prebuilts/: binários pré-compilados, incluindo os toolchains.
✗
docs/: conteúdo do site http://source.android.com.

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LABORATÓRIO
Preparando a máquina e baixando o código-fonte

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Android embarcado
Sistema de build

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SISTEMAS DE BUILD
✗ Sistemas de build tem dois principais objetivos:
✗ Integrar todos os componentes de software de um sistema Linux
(toolchain, bootloader, kernel, filesystem).
✗ Tornar o processo de build reproduzível.
✗ O Linux possui vários sistemas de build disponíveis, como por
exemplo o Buildroot, OpenEmbedded e Yocto.
✗ Já o Android tem sua própria solução de sistema de build!

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SISTEMA DE BUILD DO ANDROID
✗ A sistema de build do Android é baseado na conhecida ferramenta
make do projeto GNU, onde diversos makefiles (Android.mk) estão
espalhados pelos diretórios do código-fonte.
✗ Mas não existe nenhum sistema de configuração para definir o que
vai ser compilado, como o menuconfig do Buildroot (kconfig).
✗ A configuração do que será compilado (produto) depende
basicamente de variáveis de ambiente do shell.

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ENVSETUP.SH
✗ O primeiro passo para usar o sistema de build é executar o script
de configuração do ambiente build/envsetup.sh:
$ source build/envsetup.sh
✗ Este script irá alterar o ambiente corrente do shell, definindo
alguns comandos, variáveis de ambiente e macros que serão
usadas durante a compilação.
✗ O comando source é necessário para que as alterações aconteçam
no ambiente corrente do shell.

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ENVSETUP.SH (cont.)
✗ Alguns comandos criados pelo envsetup.sh no ambiente corrente
do shell:
✗
lunch: selecionar o combo (produto e variante) para compilar.
✗
croot: voltar para o diretório principal dos fontes.
✗
godir: ir para o diretório contendo o arquivo especificado.
✗
cgrep: executar um grep em todos os arquivos .c, .cpp e .h.
✗
jgrep: executar um grep em todos os arquivos .java.
✗
resgrep: executar um grep em todos os arquivos .res.
✗
hmm: exibe a lista completa de comandos.

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O PRODUTO
✗ Após executar o script envsetup.sh, o próximo passo é configurar
o produto que desejamos compilar.
✗ Um produto no Android esta associado à um conjunto de
características específicas, incluindo:
✗ Arquitetura do dispositivo de hardware.
✗ Configurações do sistema.
✗ Conjunto de módulos habilitados (aplicações nativas, bibliotecas
nativas, aplicações Android, binários pré-compilados, etc).

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CONFIGURANDO O PRODUTO
✗ A configuração do produto é baseada em algumas variáveis de ambiente
que precisam ser definidas, dentre elas:
✗
TARGET_PRODUCT: nome do produto.
✗
TARGET_BUILD_VARIANT: variante do produto (eng, user, userdebug).
Dentre todos os módulos habilitados para o produto, apenas aqueles
correspondentes à variante selecionada serão incluídos na imagem final.
✗ Você pode definir as variáveis de configuração do produto em um
arquivo chamado buildspec.mk e salvá-lo no diretório principal dos
fontes (vide build/buildspec.mk.default).
✗ Mas a forma mais comum é carregar a configuração do produto através
do comando lunch.

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LUNCH
$ lunch
You're building on Linux
Lunch menu... pick a combo:
     1. fulleng
     2. full_x86eng
     3. vbox_x86eng
     4. full_mipseng
     5. full_grouperuserdebug
     6. full_tilapiauserdebug
     7. imx53_smdeng
     8. imx53_smduser
Which would you like? [fulleng]

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LUNCH (cont.)
✗ O comando lunch vai exibir uma lista de produtos no formato
<produto><variante>, também chamado de combo, e o usuário
deverá selecionar um destes combos.
✗ É possível também executar o comando lunch passando
diretamente o nome do combo:
$ lunch fulleng
✗ Ao selecionar o combo, o comando lunch irá criar as variáveis de
ambiente necessárias para a compilação:
$ env | grep "ANDROID|TARGET"

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COMPILANDO
✗ Para compilar, é só executar o comando make:
$ make
✗ O processo de compilação pode levar algumas horas, dependendo
da máquina de build.
✗ Use o parâmetro j se necessário para paralelizar o processo de
compilação.
$ make j4

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O QUE FAZ O MAKE?
✗ Os diversos componentes do Android (aplicações, bibliotecas, etc)
são divididos em módulos, e cada módulo possui um arquivo
Android.mk, contendo suas regras de processamento.
✗ Ao iniciar o processo de compilação, o sistema de build do Android
faz uma busca recursiva por todos os arquivos Android.mk.
✗ Caso o módulo correspondente ao Android.mk encontrado esteja
habilitado para o produto selecionado, seu conteúdo é adicionado à
um arquivo de Makefile integrado.

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O QUE FAZ O MAKE? (cont.)
✗ Após montar este arquivo de Makefile integrado, o sistema de
build inicia a compilação através do processamento deste
Makefile.
✗ Assim que terminar de compilar todos os módulos descritos neste
Makefile, as imagens finais são geradas (ramdisk, system,
data).

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DIRETÓRIO OUT
✗ Ao final do processo de compilação, as imagens estarão
disponíveis no diretório out/, com os subdiretórios host/ e
target/.
✗ No diretório out/host/ temos ferramentas, binários e bibliotecas
compiladas para o host (ex: emulator, mke2fs, etc).
✗ No diretório out/target/ temos os binários compilados para o
target.
✗ As imagens finais estarão disponíveis no diretório
out/target/product/<nome_do_produto>/.

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IMAGENS FINAIS
$ ls out/target/product/generic/
androidinfo.txt        installedfiles.txt       system
clean_steps.mk          obj                       system.img
data                    previous_build_config.mk  test
dex_bootjars            ramdisk.img               userdata.img
hardwareqemu.ini       root                      userdataqemu.img
hardwareqemu.ini.lock  symbols                   userdataqemu.img.lock

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OUTROS COMANDOS MAKE
✗ Limpar a compilação do produto selecionado:
$ make clean
✗ Limpar a compilação de todos os produtos:
$ make clobber
✗ Limpar apenas o necessário em uma troca de configuração
(produto):
$ make installclean

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OUTROS COMANDOS MAKE (cont.)
✗ Exibir os comandos executados durante a compilação:
$ make showcommands
✗ Compilar apenas um módulo:
$ make <module>
✗ Limpar a compilação de um módulo:
$ make clean<module>

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OUTROS COMANDOS DE COMPILAÇÃO
✗ Compilar o sistema de qualquer diretório:
$ m
✗ Compilar todos os módulos no diretório corrente:
$ mm
✗ Compilar todos os módulos de um diretório específico:
$ mmm <diretório>

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EMULADOR
✗ O Android possui um emulador de dispositivos móveis, capaz de
rodar na máquina host e emular o sistema gerado.
✗ Este emulador pode ser compilado através dos produtos full,
full_x86 e full_mips.
✗ É capaz de emular a interface com o usuário via monitor, teclado e
mouse.
✗ Diversos outros dispositivos de hardware e eventos como
coordenadas GPS, recebimento de SMS ou mudança de status da
bateria podem ser emulados através de uma conexão telnet.

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EMULADOR (cont.)
✗ Internamente, o emulador do Android é uma interface gráfica
desenvolvida em cima do qemu.
http://qemu.org
✗ Para compilar uma imagem do Android para o emulador
$ source build/envsetup.sh
$ lunch fulleng
$ make j4
✗ E para executar o emulador:
$ emulator &

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LABORATÓRIO
Compilando o Android e testando no emulador

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Android embarcado
Android embarcado

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HARDWARE
Hardware
Bootloader
Linux kernel
Aplicação
Plataforma
Android

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HARDWARE TÍPICO COM ANDROID
Fonte: http://www.opersys.com/

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CPU
✗ Oficialmente o Android suporta as arquiteturas ARM, x86 e MIPS.
✗ O mais comum é encontrar o Android rodando em plataformas ARM, em
específico ARMv7 (Cortex-A8) com um ou mais núcleos rodando acima
de 1GHz.
✗ Arquiteturas como x86 e MIPS também são suportadas por outras
empresas ou pela comunidade:
http://www.android-x86.org/
http://developer.mips.com/android/
✗ A partir do Android 4.0, é necessário também uma GPU com suporte à
OpenGL ES 2.0.

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MEMÓRIA E ARMAZENAMENTO
✗ Segundo o Google, é necessário no mínimo 340MB de RAM, mas é
bem típico um sistema com 1GB.
✗ Para o armazenamento, são necessários 300MB para o sistema,
mais 300M para armazenar dados e 1G de armazenamento
compartilhado (normalmente no cartão SD) para armazenar dados
das aplicações (imagens, vídeos, documentos, etc).
✗ Atualmente, é comum o uso de dispositivos de armazenamento de
bloco ao invés de memória flash. O mais comum é utilizar chips
eMMC.

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OUTRAS CARACTERÍSTICAS RECOMENDADAS
✗ Display com touchscreen (especificação mínima definida pelo
Google: 2,5", 426x320, 16 bits).
✗ Botões de navegação (MENU, HOME, BACK). Os botões também
podem ser emulados em software.
✗ Sensores (acelerômetro, magnetrômetro, GPS, giroscópio, etc).
✗ Comunicação wireless (Bluetooth, WiFi, NFC, etc).

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WANDBOARD QUAD
✗ i.MX6 Quad (4 núcleos ARM
Cortex-A9) rodando à 1GHz.
✗ 2G de RAM DDR3.
✗ Duas interfaces de cartão SD e
uma interface SATA.
✗ Saídas de áudio (comum e
S/PDIF) e vídeo HDMI.
✗ Ethernet Gigabit, USB host e
OTG, WiFi, Bluetooth, serial,
etc.
http://wandboard.org

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DISPLAY E PLACA ADAPTADORA
✗ Display LCD de 7” com
resolução de 800x480 (WVGA)
da Touch Revolution.
✗ Touchscreen capacitivo.
✗ Placa adaptadora para a
Wandboard com suporte ao
display de 7” da Touch
Revolution e 4 botões.

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REFERÊNCIAS E DOCUMENTAÇÃO
✗ A documentação do hardware esta disponível no ambiente de
laboratório em docs/guides:
✗ IMX6DQRM.pdf (datasheet do i.MX6)
✗ WandboardQuadUserguide.pdf (guia de usuário da placa)
✗ FusionTouchDisplayDatasheet.pdf (datasheet do display)
✗ AdapterBoardSchematic.tar.gz (esquemático da placa adaptadora)
✗ Recursos na internet:
http://wandboard.org/
https://community.freescale.com/

Embedded Labworks
BOOTLOADER
Hardware
Bootloader
Linux kernel
Aplicação
Plataforma
Android

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BOOTLOADER
✗ O bootloader é o código responsável por:
✗ Inicialização básica do hardware.
✗ Carregar outro binário (normalmente um sistema operacional) da
memória flash, da rede ou de outro dispositivo de armazenamento
não volátil para a RAM.
✗ Passar o controle da CPU para este binário.
✗ Além destas funcionalidades básicas, a maioria dos bootloaders
possui uma linha de comandos para a execução de diferentes
operações, como verificação de memória, formatação da flash e
rotinas de diagnóstico.

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BOOTLOADER NO ANDROID
✗ Não é necessário nenhum trabalho em especial no bootloader para
o Android, apenas que ele seja capaz de carregar a imagem do
Linux e do ramdisk, e passar o controle da CPU para o kernel.
✗ Normalmente cada fabricante de hardware disponibiliza um
bootloader (o U-Boot é padrão em plataformas abertas).
✗ Uma funcionalidade normalmente presente em bootloaders para o
Android é o fastboot, um protocolo de comunicação com
bootloaders via USB.
http://goo.gl/WYyd5

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FASTBOOT
✗ É acessível via ferramenta fastboot.
✗ Possui as seguintes funcionalidades:
✗ Transmissão de dados para o bootloader.
✗ Gravação de imagens na flash.
✗ Leitura de variáveis de configuração do bootloader.
✗ Controle da sequência de boot.

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FERRAMENTA FASTBOOT
$ fastboot
usage: fastboot [ <option> ] <command>
commands:
  update <filename>                        reflash device from update.zip
  flashall                                 flash boot + recovery + system
  flash <partition> [ <filename> ]         write a file to a flash partition
  erase <partition>                        erase a flash partition
  format <partition>                       format a flash partition
  getvar <variable>                        display a bootloader variable
  boot <kernel> [ <ramdisk> ]              download and boot kernel
  flash:raw boot <kernel> [ <ramdisk> ]    create bootimage and flash it
  devices                                  list all connected devices
  continue                                 continue with autoboot
  reboot                                   reboot device normally
  rebootbootloader                        reboot device into bootloader
  help                                     show this help message

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BOOTLOADER NO AOSP
✗ O bootloader não faz parte da plataforma Android, e portanto, não
será encontrado no AOSP.
✗ Mas o fabricante do hardware normalmente integra a compilação
do bootloader ao sistema de build do Android.
✗ O arquivo build/core/Makefile é alterado para compilar o
bootloader.
✗ O código-fonte do bootloader é normalmente disponibilizado em
bootable/bootloader.

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KERNEL
Hardware
Bootloader
Linux kernel
Aplicação
Plataforma
Android

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VISÃO GERAL DO KERNEL
Biblioteca C
Hardware
Biblioteca Biblioteca Aplicação User space
Kernel
AplicaçãoAplicação
Chamadas de sistema Notificação de eventos
Exportação de informações
Gerenciamento do hardware Notificação de eventos

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O KERNEL LINUX NO ANDROID
✗ Assim como fazem as distribuições, o kernel Linux usado no
Android é alterado para suprir as necessidades do projeto.
✗ Porém, as mudanças no kernel são tão significativas (centenas de
patches) que os componentes de espaço de usuário do Android não
funcionarão com um kernel Linux padrão.
✗ No momento, boa parte das alterações já estão integradas à versão
oficial do kernel (a maioria em drivers/staging/android),
sendo possível subir um sistema Android com uma versão vanilla
do kernel.

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BINDER
✗ Mecanismo de IPC/RPC do Android, adicionando ao kernel a
capacidade de invocação remota de objetos.
✗ Toda a comunicação entre os serviços do sistema, ou mesmo entre
componentes de uma aplicação, acontecem via Binder. Sem ele, o
Android não funciona!
✗ O serviço do Binder é exposto para o usuário via /dev/binder, que
pode ser acessado através de chamadas ioctl().

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BINDER (cont.)
Binder driver (/dev/binder)
Aplicação
Service
Manager
Power Manager
Activity Manager
Mount Service
...
System
Server
1 234

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ASHMEM
✗ Ashmem (Anonymous Shared Memory) é um mecanismo de
compartilhamento de memória entre processos.
✗ Algumas deficiências no mecanismo de compartilhamento de
memória padrão do Linux (POSIX SHM), como o vazamento de
recursos, levaram a criação deste novo mecanismo pelo Google.
ndk/docs/system/libc/SYSVIPC.html
✗ Por exemplo, esta implementação usa um contador de referência para
destruir regiões de memória que não estão mais sendo usadas.
✗ Via interface /dev/ashmem uma aplicação requisita uma região de
memória e compartilha com outros processos via Binder.

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WAKELOCKS
✗ Toda CPU moderna possui alguns estados de consumo de energia,
que podem ser usados pelo Linux para reduzir o consumo durante a
execução do sistema.
✗ Quando você fecha um notebook por exemplo, o kernel coloca o
sistema automaticamente no modo suspenso, onde apenas a
memória RAM fica alimentada, economizando energia.
✗ Em smartphones não é possível usar a mesma técnica, já que,
mesmo com a tela desligada, o smartphone pode estar executando
outra função (tocando uma música, instalando uma aplicação, etc).

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WAKELOCKS (cont.)
✗ A resposta do Android para este problema são os wakelocks, onde
o usuário (aplicação, driver) utiliza uma API para definir quando o
sistema pode entrar no modo de baixo consumo.
✗ O sistema entra em modo de baixo consumo sempre que possível
(quando nenhum processo estiver segurando um wakelock).

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WAKELOCKS (cont.)
✗ API em espaço de kernel:
#include <linux/wakelock.h>
void wake_lock_init(struct wakelock *lock, int type,
const char *name);
void wake_lock(struct wake_lock *lock);
void wake_unlock(struct wake_lock *lock);
void wake_lock_timeout(struct wake_lock *lock, long timeout);
void wake_lock_destroy(struct wake_lock *lock);

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WAKELOCKS (cont.)
✗ API em espaço de usuário:
$ echo mylock > /sys/power/wake_lock
$ echo mylock > /sys/power/wake_unlock

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ALARM TIMER
✗ O Linux não possui nativamente um mecanismo de timer capaz de
acordar o sistema quando o mesmo encontra-se em modo
suspenso.
✗ Timers ou HRT (High Resolution Timers) são capazes de acordar um
processo, mas não um sistema em modo suspenso.
✗ Um RTC é capaz de acordar um sistema em modo suspenso, mas não
um processo.

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ALARM TIMER (cont.)
✗ O alarm timer é um driver do kernel que integra as funcionalidades
de RTC e Timer do Linux, sendo capaz de acordar um processo,
mesmo com o sistema em modo suspenso.
✗ O acesso é exportado para o usuário através do arquivo
/dev/alarm, possibilitando sua configuração através de
chamadas ioctl().

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LOW MEMORY KILLER
✗ Quando o sistema fica sem memória, o Linux executa o OOM (Out-of-
Memory) Killer, que pode matar alguns processos para liberar memória.
✗ Esse processo não é previsível, e pode matar um processo importante
do sistema Android.
✗ O Low Memory Killer é uma implementação que é executada antes do
OOM Killer:
✗ Leva em consideração a prioridade e a ociosidade do processo antes de
matá-lo.
✗ Notifica a aplicação, possibilitando-a salvar seu estado antes de ser
encerrada.

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KLOGGER
✗ Logs são uma ferramenta importante para depurar um sistema, seja durante a
execução ou depois que o problema aconteceu.
✗ Em uma distribuição Linux, normalmente dois componentes estão envolvidos no
sistema de log:
✗ Logs do kernel emitidos via printk() e exibidos via comando dmesg.
✗ Daemon de log do sistema, que gerencia os logs das aplicações via função syslog()
e normalmente armazena os logs em /var/log/.
✗ Estes mecanismos podem impactar a performance do sistema:
✗ O log via syslog() é realizado através de sockets, gerando trocas de contexto que
pode ser custosas para o sistema.
✗ O log é normalmente salvo em uma unidade de armazenamento de baixa velocidade
(disco) ou com limites de escrita (flash).

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KLOGGER (cont.)
✗ O Android implementa um driver do kernel que cria 4 buffers circulares
em uma região de memória do kernel.
✗ main: buffer principal usado pelas aplicações.
✗ system: buffer de uso interno do sistema.
✗ events: buffer de eventos usado internamente pelo framework do Android.
✗ radio: buffer específico do módulo de radio.
✗ Os logs são expostos para o usuário via /dev/log/, e são acessados
normalmente pelas aplicações nativas via liblog.
✗ É possível visualizar os logs com a ferramenta logcat.

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FERRAMENTA LOGCAT
$ logcat
D/KeyguardViewMediator( 2276): setHidden false
I/FlashBarService( 2809): mPkgManagerReceiver : onReceive
D/Launcher.HomeFragment( 2999): onResume
D/MenuAppsGridFragment( 2999): onResume
I/power ( 2276): *** release_dvfs_lock : lockType : 1
E/DataRouter( 1904): After the usb select
W/ActivityManager( 2276): mDVFSLock.release()
[...]

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OUTRAS ALTERAÇÕES
✗ Monotonic Event Timestamps: provê na camada de input do kernel
um clock monotônico.
✗ Interactive cpufreq governor: gerencia a velocidade da CPU,
mantendo-a em um estado de baixo consumo o máximo possível, e
aumentando a velocidade da CPU quando o usuário interage com o
dispositivo.
✗ Android Gadget Driver: driver para a conexão ADB.
✗ RAM console: mantém o último buffer de log do kernel em
/proc/last_kmsg ao reiniciar o sistema.

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OUTRAS ALTERAÇÕES (cont.)
✗ Paranoid networking: adiciona um controle de acesso à rede por
aplicação (GID).
✗ Goldfish emulator: suporte ao emulador Goldfish no kernel.
✗ Netfilter: Alterações para permitir contabilização do uso da rede
pelas aplicações.
✗ Timed GPIOs: suporte à GPIOs temporizados.

Embedded Labworks
COMO ESCOLHER O KERNEL?
✗ Certifique-se de que o fabricante do SoC disponibiliza um porte do
kernel Linux com as alterações do Android.
✗ Verifique se existe suporte na comunidade para o seu SoC (Linaro,
CyanogenMod, etc).
✗ Contrate ou adquira de uma empresa o BSP Android para a sua
plataforma.
✗ Aplique você mesmo os patches do Android no kernel (pode ser
necessário algum tipo de adaptação dependendo da versão do kernel).
https://android.googlesource.com/kernel/common.git

Embedded Labworks
KERNEL NO AOSP
✗ O kernel não faz parte da plataforma Android, e portanto, não será
encontrado no AOSP.
✗ Mas o fabricante do hardware normalmente integra a compilação
do kernel ao sistema de build do Android.
✗ O arquivo build/core/Makefile é alterado para compilar o
kernel.
✗ O código-fonte do kernel é normalmente disponibilizado no
diretório principal do código-fonte do Android.

Embedded Labworks
DESENVOLVIMENTO DE DRIVERS
✗ No desenvolvimento de algum driver para uma plataforma que irá
rodar o Android, teste e depure em um sistema GNU/Linux comum.
✗ Depois que o driver estiver rodando e funcionando, comece a
trabalhar na camada Android.

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ROOTFS
Hardware
Bootloader
Linux kernel
Aplicação
Plataforma
Android

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SISTEMAS DE ARQUIVO
✗ Sistemas de arquivo são usados para organizar dados, de forma
hierárquica, em diretórios e arquivos disponíveis em dispositivos de
armazenamento (locais ou remotos).
✗ Em sistemas Unix, aplicações e usuários enxergam apenas uma
hierarquia única e global de arquivos e diretórios, que podem ser
compostos por diferentes sistemas de arquivo.
✗ Um ou mais sistemas de arquivo são montados em locais específicos
nesta hierarquia de diretórios.
✗ Quando montamos um sistema de arquivo em um diretório, chamados
este diretório de ponto de montagem.

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SISTEMA DE ARQUIVO ROOT
✗ Um sistema de arquivo específico é montado na raiz principal da
hierarquia, identificado pelo /.
✗ Este sistema de arquivo é chamado de root ou rootfs.
✗ É responsabilidade do kernel montar o rootfs, de acordo com a
opção root passada na linha de comandos do kernel.

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ORGANIZAÇÃO DO ROOTFS
✗ A organização do rootfs em sistemas Linux é padronizada pela
Filesystem Hierarcy Standard.
http://www.pathname.com/fhs/
✗ A maioria dos sistemas Linux estão de acordo com este padrão:
✗ As aplicações esperam este formato.
✗ Facilita o trabalho de usuários e desenvolvedores quando precisam
trabalhar com diferentes sistemas Linux.
✗ Mas o Android foge à regra!

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ROOTFS NO ANDROID
✗ O espaço de usuário do Android é composto por 3 principais
componentes:
✗ Camada nativa: bibliotecas e aplicações que rodam fora da máquina
virtual Java.
✗ Framework Android: serviços do sistema, classes java e API para o
desenvolvimento de aplicações.
✗ Aplicações Android.
✗ Estes componentes estão distribuídos em três imagens diferentes
(ramdisk, system e userdata), montados respectivamente nos
diretórios /, /system e /data.

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IMAGENS ANDROID
$ ls out/target/product/wandboard/
androidinfo.txt    obj                      root           uboot6quad.bin
boot.img            previous_build_config.mk symbols        uboot6solo.bin
clean_steps.mk      ramdisk.img              system         uboot.bin
data                ramdiskrecovery.img     system.img     uImage
installedfiles.txt recovery                 test           userdata.img
kernel              recovery.img             uboot6dl.bin

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A INICIALIZAÇÃO
✗ No boot, o kernel monta a imagem do RAM disk (rootfs) e executa o
processo init.
✗ O init processa os arquivos de configuração, inicializando o sistema e
montando os outros sistemas de arquivo:
✗ system: binários e bibliotecas nativas, bibliotecas Java, arquivos de
configuração e aplicações padrão (normalmente montado como somente
leitura).
✗ data: aplicações instaladas pelo usuário, dados do usuário, etc.
✗ cache: arquivos temporários, downloads em andamento, etc.
✗ sdcard: arquivos e documentos do usuário (vídeos, sons, imagens, etc),
normalmente montado com vfat. Não é essencial para o funcionamento do
sistema.

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PONTOS DE MONTAGEM
/cache
/d
/data
/system
/etc
/mnt
/root
/sbin
/storage
/vendor
/proc
/sys
/dev
/acct
Rootfs (RAM disk)
Kernel Virtual FS
Data Image
SDCARD
procfs
sysfs
tmpfs
cgroup
/anr
/app
/app-private
/backup
/dalvik-cache
/data
/dontpanic
/local
/misc
/property
/secure
/system
Cache Image
System Image
/app
/bin
/etc
/fonts
/framework
/lib
/usr
/xbin

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DIRETÓRIOS ROOTFS
/proc Montado com o sistema de arquivo virtual proc.
/sys Montado com o sistema de arquivo virtual sysfs.
/acct Montado com o sistema de arquivo virtual cgroupfs.
/config Montado com o sistema de arquivo virtual configfs.
/dev Montado com tmpfs e gerenciado pelo ueventd.
/d Link para o diretório /sys/kernel/debug, onde
normalmente fica montado o sistema de arquivo
virtual debugfs.

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DIRETÓRIOS ROOTFS (cont.)
/etc Link para /system/etc, contendo arquivos
de configuração.
/sbin Contém as aplicações ueventd e adbd.
/mnt Ponto de montagem temporária.
/root Home do usuário root, normalmente vazio no Android.
/vendor Link para /system/vendor, contendo arquivos
específicos do fabricante do hardware (opcional).

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DIRETÓRIOS ROOTFS (cont.)
/system    Ponto de montagem para a partição system, onde é
montada a imagem system.img.
/data    Ponto de montagem para a partição data, onde é
montada a imagem userdata.img.
/storage    Ponto de montagem para o cartão SD (antigamente
montado em /sdcard).
/cache    Ponto de montagem para a partição cache, usada
para armazenar arquivos temporários, downloads
em andamento, etc.

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DIRETÓRIO SYSTEM
/bin Binários instalados no sistema.
/xbin Binários externos (não essenciais ao funcionamento
do sistema).
/lib Bibliotecas do sistema.
/framework Arquivos jar do framework Java.
/modules Módulos do kernel.

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DIRETÓRIO SYSTEM (cont.)
/app Aplicações pré-instaladas.
/etc Arquivos de configuração.
/media Arquivos de mídia (animação do boot, etc).
/fonts Fontes instaladas no sistema.

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DIRETÓRIO DATA
/app Diretório de instalação das aplicações.
/appprivate Diretório de instalação das aplicações com
proteção de cópia habilitada.
/appasec Aplicações encriptadas.
/data Contém um diretório para cada aplicação
instalada (home das aplicações).

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DIRETÓRIO DATA (cont.)
/dalvikcache Cache da máquina virtual Java.
/local Diretório com permissão de escrita para
qualquer usuário.
/property Armazena as propriedades persistentes do
sistema.
/system Banco de dados do sistema (contas, lista de
aplicações instaladas, etc).

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IMAGENS NO CARTÃO
Sdcard
Cache
Data (data.img)
System (system.img)
Initrd (ramdisk.img) /
/system
/data
/cache
/storage
Read-only
Read-write
Bootloader
Kernel Linux
raw

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PERMISSÕES
✗ O esquema de segurança do Android é fortemente baseado em
credenciais (UID/GUI) e permissões de arquivos e diretórios.
✗ Para incluir um novo usuário/grupo ou alterar a permissão de um
arquivo ou diretório, é necessário alterar um arquivo de cabeçalho
do sistema:
system/core/include/private/android_filesystem_config.h
✗ Este arquivo é processado durante a compilação do Android.

Embedded Labworks
ANDROID E LINUX LADO-A-LADO
✗ É relativamente fácil colocar um sistema GNU/Linux lado-a-lado
com um sistema Android, porque:
✗ A maioria dos diretórios do rootfs são pontos de montagem de um
sistema de arquivo virtual ou links para outros diretórios do sistema.
✗ Quase todo o sistema Android esta localizado nos diretórios
/system e /data.

Embedded Labworks
ADB
✗ O ADB (Android Debug Bridge) é uma ferramenta de debugging
desenvolvida pelo Google que possibilita o acesso via USB ou
TCP/IP à qualquer dispositivo Android.
✗ Com o ADB, dentre outras opções, é possível:
✗ Iniciar uma seção do shell.
✗ Ler e copiar arquivos do dispositivo.
✗ Exibir o log do sistema.
✗ Debbuging com GDB ou JDB.
✗ Estudaremos o ADB com mais detalhes na seção de Debugging.

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LABORATÓRIO
Compilando e testando o Android no target

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Android embarcado
Camada nativa

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CAMADA NATIVA
Linux Kernel
Bibliotecas
(bionic, etc)
Init
Toolbox
Daemons
nativos
Camada
HAL
Dalvik / Android Runtime / Zygote
System Services
Android API
Aplicações
Bibliotecas
Java
API
Binder
JNI
System call

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CAMADA NATIVA (cont.)
✗ A camada nativa do Android é composta por todos os componentes
do espaço de usuário que rodam fora da máquina virtual Java:
✗ Bibliotecas, incluindo a biblioteca C do sistema (Bionic).
✗ Ferramentas de linha de comando.
✗ Daemons responsáveis por prover determinada funcionalidade ou
acesso à determinado recurso do sistema.
✗ Por questões de licença de software, a camada nativa do Android
foi praticamente escrita do zero. Em alguns casos, é bastante
diferente do que vemos em um sistema Linux tradicional!

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BIBLIOTECAS
✗ A Android possui mais de 200 bibliotecas que podem ser usadas
pelas aplicações, todas disponíveis no rootfs em /system/lib:
✗ Algumas bibliotecas são populares em sistemas Linux, como por
exemplo libssl, libexpat, libjpeg, libsqlite e libwebcore.
✗ Outras foram reimplementadas com o objetivo de deixar a biblioteca
mais leve e simples de usar, como por exemplo a libtinyalsa.
✗ Outras são específicas do Android, como por exemplo libbinder,
libutils e liblog.
✗ O código-fonte das bibliotecas esta disponível nos diretórios
bionic/, system/core/, external/ e frameworks/base/.

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BIBLIOTECA C
✗ Um dos principais componentes de um sistema Linux é a biblioteca
C.
✗ A biblioteca C implementa a API do sistema operacional, provendo
uma interface para as aplicações acessarem os serviços do kernel
(system calls).
✗ Diversas bibliotecas C estão disponíveis para sistemas Linux,
incluindo glibc, eglibc e uClibc.
✗ O Android possui a sua própria biblioteca C, a Bionic!

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BIONIC
✗ Por questões de licença, o Google decidiu não usar as bibliotecas C
comuns em sistemas Linux, implementando a Bionic, baseando-se
na biblioteca C usada no BSD.
✗ A implementação é simples e leve, e liberada sob a licença BSD
(código-fonte em bionic/).
✗ Não possui suporte total à API do padrão POSIX, o que pode
dificultar o porte de aplicações Linux nativas para o Android.
✗ Mais informações sobre a Bionic em:
http://androidxref.com/4.0.4/xref/ndk/docs/system/libc/OVERVIEW.html

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BUSYBOX
✗ Um sistema Linux requer diversas aplicações básicas como uma aplicação init, um
shell e diversas ferramentas para manipular e configurar o sistema.
✗ Normalmente estas aplicações são providas separadamente por diversos pacotes
open source (coreutils, bash, grep, sed, tar, wget, modutils, etc), porém:
✗ Estes pacotes não foram desenvolvidos com o conceito de sistemas embarcados em
mente.
✗ Seria trabalhoso se fosse necessário compilar separadamente cada um destes pacotes
para construir um sistema Linux embarcado.
✗
Em sistemas Linux, o Busybox é uma solução para este problema, integrando
diversas ferramentas e aplicações em um único pacote, com foco em sistemas com
poucos recursos.

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TOOLBOX
✗ Por questões de licença, o Android implementou uma ferramenta
equivalente ao Busybox chamada Toolbox, liberando-a sob a
licença BSD.
✗ O código-fonte esta disponível em system/core/toolbox/.
✗ O Toolbox é bem mais limitado quando comparado ao Busybox, mas
inclui comandos específicos do Android (getprop, log, etc).
✗ De qualquer forma, o Busybox pode ser integrado e instalado em
um sistema Android facilmente.

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COMANDOS BUSYBOX
addgroup, adduser, adjtimex, ar, arp, arping, ash, awk, basename, bbconfig, bbsh, brctl,
bunzip2, busybox, bzcat, bzip2, cal, cat, catv, chat, chattr, chcon, chgrp, chmod, chown,
chpasswd, chpst, chroot, chrt, chvt, cksum, clear, cmp, comm, cp, cpio, crond, crontab,
cryptpw, cttyhack, cut, date, dc, dd, deallocvt, delgroup, deluser, depmod, devfsd, df,
dhcprelay, diff, dirname, dmesg, dnsd, dos2unix, dpkg, dpkg_deb, du, dumpkmap, dumpleases,
e2fsck, echo, ed, egrep, eject, env, envdir, envuidgid, ether_wake, expand, expr, fakeidentd,
false, fbset, fbsplash, fdflush, fdformat, fdisk, fetchmail, fgrep, find, findfs, fold, free,
freeramdisk, fsck, fsck_minix, ftpget, ftpput, fuser, getenforce, getopt, getsebool, getty,
grep, gunzip, gzip, halt, hd, hdparm, head, hexdump, hostid, hostname, httpd, hush, hwclock,
id, ifconfig, ifdown, ifenslave, ifup, inetd, init, inotifyd, insmod, install, ip, ipaddr,
ipcalc, ipcrm, ipcs, iplink, iproute, iprule, iptunnel, kbd_mode, kill, killall, killall5,
klogd, lash, last, length, less, linux32, linux64, linuxrc, ln, load_policy, loadfont,
loadkmap, logger, login, logname, logread, losetup, lpd, lpq, lpr, ls, lsattr, lsmod, lzmacat,
makedevs, man, matchpathcon, md5sum, mdev, mesg, microcom, mkdir, mke2fs, mkfifo, mkfs_minix,
mknod, mkswap, mktemp, modprobe, more, mount, mountpoint, msh, mt, mv, nameif, nc, netstat,
nice, nmeter, nohup, nslookup, od, openvt, parse, passwd, patch, pgrep, pidof, ping, ping6,
pipe_progress, pivot_root, pkill, poweroff, printenv, printf, ps, pscan, pwd, raidautorun,
rdate, rdev, readahead, readlink, readprofile, realpath, reboot, renice, reset, resize,
restorecon, rm, rmdir, rmmod, route, rpm, rpm2cpio, rtcwake, run_parts, runcon, runlevel,
runsv, runsvdir, rx, script, sed, selinuxenabled, sendmail, seq, sestatus, setarch,
setconsole, setenforce, setfiles, setfont, setkeycodes, setlogcons, setsebool, setsid,
setuidgid, sh, sha1sum, showkey, slattach, sleep, softlimit, sort, split, start_stop_daemon,
stat, strings, stty, su, sulogin, sum, sv, svlogd, swapoff, swapon, switch_root, sync, sysctl,
syslogd, tac, tail, tar, taskset, tcpsvd, tee, telnet, telnetd, test, tftp, tftpd, time, top,
touch, tr, traceroute, true, tty, ttysize, tune2fs, udhcpc, udhcpd, udpsvd, umount, uname,
uncompress, unexpand, uniq, unix2dos, unlzma, unzip, uptime, usleep, uudecode, uuencode,
vconfig, vi, vlock, watch, watchdog, wc, wget, which, who, whoami, xargs, yes, zcat, zcip

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COMANDOS TOOLBOX
ls, mount, cat, ps, kill, ln, insmod, rmmod, lsmod, ifconfig,
setconsole, rm, mkdir, rmdir, reboot, getevent, sendevent, date,
wipe, sync, umount, start, stop, notify, cmp, dmesg, route, hd,
dd, df, getprop, setprop, watchprops, log, sleep, renice,
printenv, smd, chmod, chown, newfs_msdos, netstat, ioctl, mv,
schedtop, top, iftop, id, uptime, vmstat, nandread, ionice,
touch, lsof, du, md5

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INIT
✗ A aplicação init é executada pelo kernel logo após montar o
sistema de arquivos, sendo responsável pela inicialização do
sistema.
✗ Sistemas Linux possuem diversas implementações do processo
init, dentre elas sysvinit, systemd e upstart.
✗ O Android possui a sua própria aplicação init!
✗ Estudaremos em detalhes o processo de inicialização do Android
mais adiante no treinamento.

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SHELL
✗ O shell do Android é baseado no MirBSD Korn Shell.
https://www.mirbsd.org/mksh.htm
✗ Bem mais limitado que o shell que você esta acostumado a usar no
desktop!
✗ Documentação pode ser acessada no código-fonte do Android com
o comando abaixo:
$ man external/mksh/src/mksh.1

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DAEMONS
✗ Os daemons são processos responsáveis por alguma funcionalidade do
sistema:
✗ São executados na inicialização pelo processo init.
✗ Rodam em background durante todo o tempo em que o sistema esta
funcional.
✗ São capazes de controlar e centralizar o acesso à um recurso do sistema.
✗ No Android, alguns daemons servem de interface entre os serviços do
Android (System Services) e os recursos do sistema (gerenciamento da
rede, pontos de montagem, instalação de aplicações, etc), provendo
segurança no acesso à determinado recurso.

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DAEMONS EM EXECUÇÃO
# ps
USER     PID   PPID  VSIZE  RSS     WCHAN    PC         NAME
root      1     0     372    228   800f0f58 0000e890 S /init
root      949   1     356    4     800f0f58 0000e890 S /sbin/ueventd
root      1299  1     300    4     8008e0c0 00019510 S /sbin/watchdogd
root      1311  1     824    484   80045b44 2ab8a9b0 S /system/bin/sh
system    1312  1     892    184   803e275c 2aca3008 S /system/bin/servicemanager
root      1313  1     4068   744   ffffffff 2ac607d0 S /system/bin/vold
root      1314  1     9688   924   ffffffff 2abd27d0 S /system/bin/netd
root      1315  1     936    232   80414198 2ac3ead4 S /system/bin/debuggerd
system    1316  1     216852 8276  ffffffff 2ac6e008 S /system/bin/surfaceflinger
root      1317  1     638504 34448 ffffffff 2ac3712c S zygote
drm       1318  1     9000   2996  ffffffff 2acbb008 S /system/bin/drmserver
media     1319  1     207624 6520  ffffffff 2ac3c008 S /system/bin/mediaserver
bluetooth 1320  1     1400   488   800f0f58 2ab8bf98 S /system/bin/dbusdaemon
install   1321  1     904    444   804b91c0 2abfbd98 S /system/bin/installd
keystore  1322  1     1832   684   80414198 2ab36ad4 S /system/bin/keystore
root      1323  1     2436   692   ffffffff 2abc57d0 S /system/bin/rild
media_rw  1326  1     4860   164   ffffffff 2abddd98 S /system/bin/sdcard
root      1328  1     6120   932   ffffffff 2ac68760 S /system/bin/ingsvcd
root      1329  1     3448   4     ffffffff 00015f2c S /sbin/adbd

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UEVENTD
✗ O ueventd é responsável pelo gerenciamento da conexão de
dispositivos de hardware (device hotplugging).
✗ É o equivalente ao udev ou mdev em um sistema Linux comum.
✗ Princípio básico de funcionamento do ueventd:
✗ Recebe eventos de hotplug do kernel.
✗ Processa eventos de acordo com um conjunto de regras em
/ueventd.rc e /ueventd.<device_name>.rc.
✗ Cria os arquivos de dispositivo no /dev.

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VOLD
✗ O vold (Volume Daemon) monitora eventos de dispositivos de
armazenamento.
✗ É responsável por:
✗ Montar automaticamente dispositivos de armazenamento.
✗ Formatar partições em dispositivos de armazenamento.
✗ Arquivo de configuração em /system/etc/vold.fstab (mesmo
propósito do /etc/fstab em sistemas Linux).

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RILD
✗ O rild (Radio Interface Layer Daemon) gerencia a comunicação com
o chip do modem (voz e dados).
✗ Discar e receber ligações.
✗ Enviar e receber SMS, MMS, etc.
✗ Estabelecer comunicação de dados com a rede GSM, GPRS, etc.

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NETD
✗ O netd (Network Management Service Daemon) é o daemon
responsável pelo gerenciamento de conexões de rede (Bluetooth,
Wi-Fi, USB, etc).
✗ Gerenciar a configuração de interfaces de rede.
✗ Detectar e estabelecer novas conexões.
✗ Configurar tethering.
✗ Fazer uma conexão PPP.

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INSTALLD
✗ O installd (Install Daemon) é responsável pela instalação e
desinstalação de aplicações Android (*.apk).
✗ Também é capaz de verificar integridade dos pacotes, instalar
bibliotecas nativas, etc.

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DEBUGGERD
✗ O debuggerd é um daemon de debugging.
✗ É invocado pelo linker da Bionic para fazer análise postmortem de
um processo que finalizou de forma inesperada.
✗ Gera um arquivo de debugging em /data/tombstones e
possibilita o debug via gdb.

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OUTROS DAEMONS
✗ adbd: daemon para gerenciar a conexão ADB.
✗ system_server: daemon que contém a maioria dos serviços do Android.
✗ servicemanager: responsável pelo gerenciamento da comunicação com o
Binder, funcionando como um índice para todos os serviços que usam o
Binder no sistema.
✗ mediaserver: responsável pelos serviços de media (audio, video, etc).
✗ keystore: gerencia o armazenamento e acesso à chaves criptográficas,
como por exemplo certificados SSL.

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OUTRAS BIBLIOTECAS E APLICAÇÕES
✗ stagefright: biblioteca responsável pela codificação e
decodificação de arquivos multimedia (equivalente ao gstreamer).
✗ bluedroid: stack Bluetooth, que serve de interface entre os serviços
do Android e a camada HAL de acesso ao hardware.
✗ dalvik: máquina virtual Java, portável e leve, responsável por
executar aplicações Android.
✗ app_process: ferramenta capaz de instanciar a Dalvik e executar
uma aplicação Java.

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COMANDOS NATIVOS
✗ netcfg: exibir informações e configurar as interfaces de rede.
✗ getprop: listar as propriedades do sistema.
✗ setprop: mudar uma propriedade do sistema.
✗ watchprops: monitorar em tempo-real as propriedades do sistema
✗ getevent: monitorar os eventos de dispositivos de entrada (teclado,
touchscreen, mouse, botão, etc).
✗ sendevent: gerar um evento para o sistema.

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COMANDOS NATIVOS (cont.)
✗ start/stop: iniciar/parar serviços.
✗ log: logar uma mensagem no sistema de log do Android.
✗ logcat: exibir o log do sistema.
✗ wipe: apagar a partição system ou data.
✗ logwrapper: permite executar um comando e redirecionar as saídas
padrão e de erro para o log do Android.
✗ netcfg: exibir informações e configurar as interfaces de rede.

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A CAMADA HAL
✗ Em sistemas Linux, o acesso à um dispositivo de hardware
normalmente é exposto para as aplicações através de entradas no
/dev ou /sys.
✗ O Android se baseia em uma camada adicional chamada HAL
(Hardware Abstraction Layer) para abstrair o acesso ao hardware
pelo seu framework.
✗ Boa parte dos dispositivos suportados pelo Android possuem uma
camada HAL, que pode variar em comportamento e interface.
✗ Estudaremos em detalhes a camada HAL mais adiante no
treinamento.

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LABORATÓRIO
Usando algumas ferramentas nativas

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Android embarcado
Processo de inicialização

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VISÃO GERAL DO BOOT
Bootloader
Carrega o kernel para a RAM e inicia
init
Inicia outros serviços e aplicações
Kernel
Monta o rootfs indicado por ”root=”
Inicia a aplicação ”init”
Shell Outras aplicações
Rootfs

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A INICIALIZAÇÃO
✗ Após montar o rootfs, o kernel irá tentar executar uma aplicação
de inicialização, também chamada de processo init.
✗ Para isso, o kernel tenta executar os binários /sbin/init,
/bin/init, /etc/init e /bin/sh.
✗ Você pode passar também o nome do programa de inicialização
através do parâmetro init da linha de comandos do kernel.
✗ Normalmente sistemas Android passam para o kernel a aplicação
init via parâmetro, conforme abaixo:
init=/init

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MECANISMOS DE INICIALIZAÇÃO
✗ Assim que executado, o processo init é o responsável pela
inicialização do restante do sistema.
✗ Existem diferentes mecanismos de inicialização em sistemas
Linux, como systemd, upstart, openrc e sysvinit (System V Init).
✗ O Android possui seu próprio mecanismo de inicialização!

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INIT DO ANDROID
✗ O processo init do Android, através de alguns arquivos de
configuração, é capaz de:
✗ Configurar o sistema (montar sistemas de arquivo, exportar variáveis
de ambiente, criar e definir permissões de arquivos, etc).
✗ Iniciar os daemons e gerenciar sua execução.
✗ Gerenciar eventos de hotplug de dispositivos de hardware (através
do ueventd).
✗ Monitorar as propriedades do sistema e executar ações específicas
quando uma propriedade for modificada.

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ARQUIVO DE CONFIGURAÇÃO
✗ O arquivo de configuração init.rc é utilizado para flexibilizar o
funcionamento da aplicação init do Android.
✗ Outros arquivos de configuração podem ser incluídos com a
diretiva import. Exemplo:
import /init.usb.rc
import /init.${ro.hardware}.rc
✗ A propriedade ro.hardware é setada pelo processo init lendo do
sistema na ordem abaixo:
✗ Variável androidboot.hardware na linha de comandos do kernel.
✗ Campo Hardware do arquivo /proc/cpuinfo.

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ARQUIVOS DE CONFIGURAÇÃO (cont.)
✗ Os arquivos de configuração possuem basicamente dois tipos de
declaração:
✗ Ações que podem ser tomadas de acordo com algum evento do
sistema:
on <trigger>
    <command>
    <command>
✗ Serviços que são gerenciados pelo init:
service <name> <pathname> [ <argument> ]*
    <option>
    <option>

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SERVIÇOS E AÇÕES
✗ Apenas a declaração de ações resultam na execução de comandos pelo
processo init.
✗ A declaração de serviços servem apenas para descrever os serviços, que
normalmente são iniciados com os comandos start ou class_start,
através de alguma ação disparada por um evento.
✗ São basicamente duas as fontes de eventos que podem disparar uma
ação:
✗ Triggers pré-definidos de boot (earlyinit, init, earlyfs, fs, postfs,
earlyboot, boot).
✗ Mudança em alguma propriedade do sistema.

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TRIGGERS DE BOOT
✗ Os triggers de boot são eventos gerados automaticamente pelo init no
boot do sistema.
✗ Esta é a lista completa de triggers de boot, por ordem de execução:
✗ early-init
✗ init
✗ early-fs
✗ fs
✗ post-fs
✗ early-boot
✗ boot

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TRIGGERS DE BOOT (cont.)
✗ Cada ação disparada por um evento (trigger) irá causar a execução
de um ou mais comandos:
on earlyinit
    write /proc/1/oom_adj 16
    setcon u:r:init:s0
    start ueventd
✗ São vários os comandos disponíveis, dentre eles chdir, chmod,
chown, class_start, class_stop, copy, export, ifup, insmod,
loglevel, mkdir, mount, start, stop, restart.
✗ Uma descrição (desatualizada) dos comandos esta disponível nos
fontes em system/core/init/readme.txt.

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SERVIÇOS
✗ Os serviços são daemons iniciados e gerenciados pelo processo
init, declarados conforme abaixo:
service <name> <pathname> [ <argument> ]*
<option>
<option>
✗ Esta declaração apenas descreve o serviço, mas não o inicia.
✗ Um serviço é iniciado no disparo de uma ação, através de alguns
comandos como o start ou o class_start.

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SERVIÇOS (EXEMPLOS)
service surfaceflinger /system/bin/surfaceflinger
    class main
    user system
    group graphics drmrpc
    onrestart restart zygote
service adbd /sbin/adbd
    class core
    socket adbd stream 660 system system
    disabled

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OPÇÕES DOS SERVIÇOS
class Classe à que pertence o serviço.
user Usuário do serviço.
group Grupo do serviço.
socket Criar um socket UNIX e passar o descritor ao iniciar o
processo.

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OPÇÕES DOS SERVIÇOS (cont.)
disabled Não iniciar automaticamente o serviço com a sua
classe, e sim apenas pelo seu nome.
critical Se o serviço reiniciar 5 vezes, reinicia o sistema em
modo recovery.
onrestart Executar determinado comando ao reiniciar o
serviço.
oneshot Executar apenas uma vez.

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UEVENTD
✗ O daemon ueventd (parte do init) é executado no boot do sistema,
sendo o responsável pelo gerenciamento dos eventos de hotplug
gerados pelo kernel.
service ueventd /sbin/ueventd
    class core
    critical
    seclabel u:r:ueventd:s0
on earlyinit
    start ueventd

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UEVENTD (cont.)
✗ O ueventd captura os eventos de hotplug e cria ou remove os
arquivos de dispositivo no /dev.
✗ Os arquivos de configuração /ueventd.rc e /ueventd.<plat
form>.rc são usados para definir as permissões dos arquivos de
dispositivos criados.
✗ O campo <platform> no arquivo de configuração é lido do sistema
na ordem abaixo:
✗ Variável androidboot.hardware na linha de comandos do kernel.
✗ Campo Hardware do arquivo /proc/cpuinfo.

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EXEMPLO UEVENTD
<path>             <permission>  <user>   <group>
/dev/null                 0666   root     root
/dev/zero                 0666   root     root
/dev/full                 0666   root     root
/dev/ptmx                 0666   root     root
/dev/tty                  0666   root     root
/dev/random               0666   root     root
/dev/urandom              0666   root     root
/dev/ashmem               0666   root     root
/dev/binder               0666   root     root
/dev/log/*                0666   root     log
/dev/snd/dsp              0660   system   audio
/dev/snd/dsp1             0660   system   audio
/dev/snd/mixer            0660   system   audio
/dev/graphics/*           0660   root     graphics

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PROPRIEDADES
✗ Propriedades são configurações globais compartilhadas por todo
sistema Android.
✗ As propriedades são armazenadas em arquivos texto e carregadas
para a memória RAM no boot do Android:
✗
/system/build.prop: propriedades padrão geradas durante a
compilação da imagem (informações do build, configuração da
Dalvik, etc).
✗
/default.prop: propriedades padrão adicionais (basicamente
configurações do ADB e da interface USB).

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PROPRIEDADES (cont.)
✗
/system/default.prop e /data/local.prop: propriedades
específicas da plataforma (opcional).
✗
/data/property: diretório com propriedades criadas ou alteradas
em tempo de execução, que persistem durante o boot.
✗ O processo init é o responsável pelo gerenciamento das
propriedades, através de um UNIX domain socket em
/dev/socket/property_service.

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LISTANDO AS PROPRIEDADES
✗ As propriedades podem ser listadas com o comando getprop:
# getprop
[alsa.mixer.capture.headset]: [Capture]
[dalvik.vm.dexoptflags]: [m=y]
[net.hostname]: [android67af414597e8c083]
[persist.service.bdroid.bdaddr]: [22:22:da:0a:2d:31]
[ro.board.platform]: [imx6]
[ro.boot.hardware]: [freescale]
[ro.build.date]: [Fri Jun 21 15:01:11 CST 2013]
[ro.build.product]: [wandboard]
[ro.build.user]: [root]
[sys.boot_completed]: [1]
[wifi.interface]: [wlan0]

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MUDANDO PROPRIEDADES
✗ As propriedades podem ser alteradas em tempo de compilação de
diversas formas diferentes:
✗ Através da variável PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES na definição do
produto ou no Makefile da aplicação.
✗ Criando o arquivo system.prop no diretório do produto criado.
✗ Alterando o init.rc ou outro arquivo de configuração do init.
✗ Em tempo de execução, as propriedades do sistema podem ser
alteradas através da ferramenta setprop.
✗ As propriedades podem também ser monitoradas com o comando
watchprops.

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PERMISSÕES
✗ Por padrão, os processos podem apenas ler as propriedades.
✗ A permissão para alteração de propriedades é definida no código-
fonte em system/core/init/property_service.c.
/* White list of permissions for setting property services. */
struct {
    const char *prefix;
    unsigned int uid;
    unsigned int gid;
} property_perms[] = {
    { "net.rmnet0.",      AID_RADIO,    0 },
    { "net.gprs.",        AID_RADIO,    0 },
    { "net.ppp",          AID_RADIO,    0 },
    { "ril.",             AID_RADIO,    0 }

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PROPRIEDADES ESPECIAIS
ro.* Propriedades de apenas leitura, só podem ser
alteradas na compilação.
persist.* Propriedades armazenadas em /data/property/,
cujo valor é mantido no reboot.
ctl.start Propriedade especial usada para iniciar um serviço.
ctl.stop Propriedade especial usada para terminar um
serviço.

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PROPRIEDADES NO INIT
✗ O processo init é capaz de gerenciar as propriedades do sistema e
tomar ações baseadas nas mudanças destas propriedades.
on property:ro.debuggable=1
    start console
service console /system/bin/sh
    class core
    console
    disabled
    user shell
    group log

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APP_PROCESS
✗ O app_process é uma ferramenta de linha de comando capaz de
instanciar uma máquina virtual para executar uma aplicação Java.
✗ Para realizar este trabalho, o app_process utiliza os serviços
providos pela Android Runtime, uma biblioteca do sistema
chamada libandroid_runtime.so.
✗ Esta biblioteca utiliza os serviços da camada nativa (log,
propriedades, etc) para configurar e iniciar a máquina virtual Java.
✗ A implementação de máquina virtual Java utilizada no Android é a
Dalvik.

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DALVIK
✗ A Dalvik é uma máquina virtual Java, portável e leve, responsável
por executar as aplicações Android.
✗ Projetada para executar várias instancias ao mesmo tempo,
consumindo pouca memória.
✗ Duas formas de execução:
✗ fast: otimizada para a arquitetura, mas não portável.
✗ portable: toda escrita em C, um pouco lenta, mas funciona em todas
as plataformas.
✗ Usa o framework de bibliotecas Java do projeto Apache Harmony.

Embedded Labworks
ZYGOTE
✗ Na inicialização do sistema, o app_process é utilizado para
executar a aplicação Java mais importante do sistema, o Zygote.
service zygote /system/bin/app_process Xzygote /system/bin
               zygote –startsystemserver
    class main
    socket zygote stream 660 root system
    onrestart write /sys/android_power/request_state wake
    onrestart write /sys/power/state on
    onrestart restart media
    onrestart restart netd

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ZYGOTE (cont.)
✗ O zygote é um dos principais daemons do Android, responsável por:
✗ Pré-carregar todas as classes Java em memória.
✗ Iniciar o system server (serviços do sistema Android).
✗ Esperar conexões em um UNIX domain socket
(/dev/socket/zygote) para iniciar novas aplicações.
✗ Ao receber a requisição de uma nova aplicação, cria um fork de si
mesmo para executá-la.

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SYSTEM SERVER
✗ O system server é um processo separado executado pelo Zygote
durante sua inicialização.
✗ Este processo é responsável por registrar a maioria dos serviços
Java do sistema, que podem ser usados pelas aplicações através
da API do Android.
✗ Um dos serviços registrados, o Activity Manager, termina sua
inicialização enviando um Intent do tipo Intent.CATEGORY_HOME,
que faz com que a aplicação Launcher seja executada.

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INICIALIZAÇÃO (RESUMIDA)
Kernel Linux
init
init.rc, *.rc
Zygote
System
Server
app_process
Activity
Manager
Launcher
C/C++
Java
start(Launcher)
daemons
Power
Manager
Outros
Serviços

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PROCESSOS NA INICIALIZAÇÃO
# ps
USER     PID   PPID  VSIZE  RSS     WCHAN    PC         NAME
root      1     0     372    228   800f0f58 0000e890 S /init
root      949   1     356    4     800f0f58 0000e890 S /sbin/ueventd
root      1315  1     824    492   80045b44 2ac9d9b0 S /system/bin/sh
system    1316  1     892    184   803e275c 2acab008 S /system/bin/servicemanager
root      1321  1     638504 34440 ffffffff 2abad12c S zygote
drm       1322  1     9004   3000  ffffffff 2acb6008 S /system/bin/drmserver
media     1323  1     208648 6512  ffffffff 2ab48008 S /system/bin/mediaserver
system    1621  1321  914932 43172 ffffffff 2abad008 S system_server
u0_a9     1698  1321  855328 58212 ffffffff 2abadf20 S com.android.systemui
u0_a2     1781  1321  649212 19328 ffffffff 2abadf20 S com.android.inputmethod.latin
radio     1792  1321  661760 21868 ffffffff 2abadf20 S com.android.phone
u0_a31    1815  1321  851020 38768 ffffffff 2abadf20 S com.android.launcher
u0_a39    1830  1321  646836 15572 ffffffff 2abadf20 S com.android.location.fused
u0_a17    1960  1321  649628 18152 ffffffff 2abadf20 S com.android.providers.calendar
u0_a23    1996  1321  657840 19948 ffffffff 2abadf20 S com.android.email
u0_a24    2013  1321  655480 16904 ffffffff 2abadf20 S com.android.exchange
u0_a38    2089  1321  654508 17564 ffffffff 2abadf20 S com.android.calendar

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LABORATÓRIO
Alterando o processo de inicialização do Android

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Android embarcado
Produtos

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PLACAS, DISPOSITIVOS E PRODUTOS
Arquitetura
Placa (hardware)
Dispositivo (periféricos)
Produto (customizações)

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PRODUTO
✗ Um produto define todas as informações necessárias para a
compilação de um sistema Android (plataforma de hardware,
conjunto de aplicações, customizações, etc).
✗ Por padrão, o AOSP já vem com alguns produtos definidos. Por
exemplo, na versão 4.2.2 do Android, são definidos vários produtos
para a linha Nexus, além de um produto para a Pandaboard.
✗ Adicionar um produto é normalmente uma das primeiras tarefas ao
portar o Android para uma plataforma embarcada.
✗ Os produtos disponíveis podem ser exibidos e selecionados com o
comando lunch.

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CRIANDO UM PRODUTO
✗ Para criar um produto é necessário criar um diretório em
device/<company>/<device>, onde estarão todos os arquivos de
definição do produto.
$ mkdir p device/labworks/superdroid/
✗ E depois implementar um arquivo chamado AndroidProducts.mk,
que deve incluir o Makefile do seu produto através da variável
PRODUCT_MAKEFILES:
PRODUCT_MAKEFILES :=
$(LOCAL_DIR)/full_superdroid.mk

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MAKEFILE DO PRODUTO
✗ O próximo passo é implementar o makefile do produto (no nosso
exemplo full_superdroid.mk).
✗ Essa é uma definição mínima do makefile:
$(call inheritproduct, $(SRC_TARGET_DIR)/product/full.mk)
PRODUCT_NAME   := full_superdroid
PRODUCT_DEVICE := superdroid
PRODUCT_MODEL  := Super Android robot
PRODUCT_BRAND  := Android

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ADICIONANDO APLICAÇÕES
✗ Neste makefile é necessário definir todas as aplicações que
estarão presentes no produto.
✗ Normalmente isso é feito incluindo outro makefile que contém um
conjunto de aplicações já pré-definidas, conforme exemplo
anterior:
$(call inheritproduct, $(SRC_TARGET_DIR)/product/full.mk)
✗ Estes arquivos de makefile pré-configurados estão disponíveis em
no código-fonte do sistema de build em build/target/product.

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ADICIONANDO APLICAÇÕES (cont.)
✗ As aplicações também podem ser incluídas no produto através da
variável PRODUCT_PACKAGES:
PRODUCT_PACKAGES +=
    LiveWallpapers
    Gallery2
    SoundRecorder
    Camera
    Email
    FSLOta
    CactusPlayer
    VideoEditor
    FSLProfileApp
    FSLProfileService
    PinyinIME

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ADICIONANDO APLICAÇÕES (cont.)
✗ Ao criar um pacote específico para o seu produto, seja uma aplicação
Android, biblioteca ou aplicação nativa, coloque-a dentro do diretório
do produto criado.
✗ Por exemplo, uma necessidade comum é a implementação de uma
aplicação Launcher específica para o seu produto. O código-fonte
desta aplicação deve ir dentro do diretório do produto criado.
✗ Isso facilita a manutenção, como por exemplo ao fazer upgrade de
versão do Android, já que todas as alterações do seu produto ficam
centralizadas em um único diretório.
✗ Veremos como fazer isso mais adiante no treinamento.

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COPIANDO ARQUIVOS
✗ Na definição de um produto, é comum a necessidade de copiar
algum arquivo diretamente para a imagem final, como por exemplo:
✗ Customização de arquivos de configuração (init.rc, vold.fstab,
ueventd.rc).
✗ Inclusão de arquivos binários (firmware, shell scripts, imagem de
boot, etc).

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COPIANDO ARQUIVOS (cont.)
✗ Estas customizações podem ser realizadas através da variável
PRODUCT_COPY_FILES:
PRODUCT_COPY_FILES +=
    device/labworks/superdroid/init.rc:root/init.rc
    device/labworks/superdroid/vold.fstab:system/etc/vold.fstab
    device/labworks/superdroid/gpsreset.sh:system/etc/gpsreset.sh

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OVERLAYS
✗ Overlay é um mecanismo que possibilita sobrescrever recursos definidos
por uma aplicação sem precisar alterar o código-fonte original.
✗ Os recursos que podem ser sobrescritos incluem:
✗ Arquivos de imagens.
✗ Mensagens e strings.
✗ Arquivos de configuração das aplicações.
✗ O overlay somente é possível em arquivos de recursos (*.png, *.xml, etc).
Não é possível realizar o overlay de código-fonte!
✗ Veja por exemplo uma implementação de overlay no código-fonte do
Android em device/samsung/manta/overlay/.

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OVERLAYS (cont.)
✗ Para realizar o overlay o primeiro passo é criar o diretório overlay
com a mesma estrutura de diretórios do código-fonte do Android:
$ tree device/samsung/manta/overlay/
──├ frameworks
    │ ──└ base
        │ ──├ core
            │ │ ──└ res
                │ │ ──└ res
                    │ │ ──├ values
                        │ │ │ ──└ config.xml
                    │ │ ──└ xml
                        │ │ ──├ power_profile.xml
                        │ │ ──└ storage_list.xml

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OVERLAYS (cont.)
✗ E depois declarar o overlay no Makefile do produto usando
DEVICE_PACKAGE_OVERLAYS ou PRODUCT_PACKAGE_OVERLAY:
DEVICE_PACKAGE_OVERLAYS :=
device/labworks/superdroid/overlay
✗ Uma lista completa das opções que podem ser usadas no Makefile
do produto estão disponíveis no código-fonte do sistema de build
em build/core/product.mk.

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DEFININDO PROPRIEDADES
✗ Um produto pode definir ou mudar alguma propriedade padrão do
sistema de duas formas:
✗ Através da variável PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES no makefile do
produto:
PRODUCT_PROPERTY_OVERRIDES :=
                   net.dns1=8.8.8.8
                   net.dns2=8.8.4.4
✗ Definindo as propriedades em um arquivo chamado system.prop e
salvá-lo no diretório do produto.
✗ As propriedades definidas ou alteradas serão adicionadas ao arquivo
/system/build.prop e carregadas no boot do sistema.

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CONFIGURAÇÃO DA PLACA
✗ Junto com a definição do produto é necessário implementar também o
arquivo de definição da placa BoardConfig.mk.
✗ Este arquivo contém informações específicas sobre o hardware
(arquitetura da CPU, bootloader, kernel, características do hardware).
✗ Não existe uma documentação completa sobre as variáveis que
podem ser definidas, e na maioria das vezes é necessário estudar o
código-fonte do sistema de build para entender seu funcionamento
(build/core/Makefile).
✗ Veja um exemplo completo no código-fonte do Android em
device/samsung/manta/BoardConfig.mk.

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BoardConfig.mk
TARGET_NO_KERNEL := true
TARGET_NO_BOOTLOADER := true
TARGET_ARCH := arm
TARGET_ARCH_VARIANT := armv7aneon
TARGET_CPU_ABI := armeabi
BOARD_USES_GENERIC_AUDIO := true
USE_CAMERA_STUB := true

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OUTRAS VARIÁVEIS
✗
TARGET_EXTRA_CFLAGS: Flags adicionais que serão passadas para o
compilador C durante o processo de build.
✗
TARGET_USERIMAGES_USE_EXT4: As imagens geradas serão do tipo
EXT4.
✗
TARGET_USERIMAGES_USE_UBIFS: As imagens geradas serão do tipo
UBIFS.
✗
TARGET_NO_RECOVERY: Indica se a imagem de recovery deve ser
gerada.
✗
BOARD_KERNEL_CMDLINE: Linha de comandos do kernel.

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vendorsetup.sh
✗ Para o produto aparecer no menu do comando lunch, é necessário
criar o arquivo vendorsetup.sh e adicionar o produto conforme
abaixo:
add_lunch_combo full_superdroideng

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RESUMO
✗ Crie o diretório do produto em device/<company>/<device>, e
implemente os seguintes arquivos:
✗
AndroidProducts.mk: inclua o Makefile do seu produto.
✗
<product_name>.mk: defina informações gerais sobre o produto
(nome, dispositivo, módulos, overlays, etc).
✗
BoardConfig.mk: defina a configuração da plataforma de hardware
(arquitetura, bootloader, kernel, etc).
✗
vendorsetup.sh: adicione o produto ao menu do comando lunch.

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LABORATÓRIO
Criando um novo produto

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Android embarcado
Módulos

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MÓDULOS
✗ Todo componente no sistema de build do Android (aplicação nativa,
aplicação Android, biblioteca, etc) é chamado de módulo.
✗ As instruções sobre como compilar cada um dos módulos são
definidas em arquivos de make nomeados por padrão Android.mk.
✗ O sistema de build do Android possui templates que facilitam o
desenvolvimento dos arquivos Android.mk, independente do tipo
do módulo.

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EXEMPLO
LOCAL_PATH := $(call mydir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_SRC_FILES = helloworld.c
LOCAL_MODULE = HelloWorld
LOCAL_MODULE_TAGS = optional
include $(BUILD_EXECUTABLE)

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EXEMPLO (cont.)
✗ Todas as variáveis são pré-fixadas com LOCAL_*.
✗
LOCAL_PATH indica ao sistema de build a localização do módulo.
✗
include $(CLEAR_VARS) limpa as variáveis que podem ter sido
definidas por outros módulos. A lista de variáveis que são limpas
podem ser visualizadas em build/core/clear_vars.mk.
✗
LOCAL_SRC_FILES contém a lista de arquivos-fonte que serão
compilados.

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EXEMPLO (cont.)
✗
LOCAL_MODULE é o nome do módulo.
✗
LOCAL_MODULE_TAGS classifica o módulo através de uma tag
(user, debug, eng, development, optional).
✗
include $(BUILD_EXECUTABLE) indica ao sistema de build que
este módulo deve compilado como um binário.

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TEMPLATE
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_VARIABLE_1 := value_1
LOCAL_VARIABLE_2 := value_2
...
include $(BUILD_MODULE_TYPE)

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BUILD TYPES
✗
BUILD_EXECUTABLE compila e gera um executável no formato ELF.
✗
BUILD_SHARED_LIBRARY compila e gera uma biblioteca de forma
dinâmica.
✗
BUILD_STATIC_LIBRARY compila e gera uma biblioteca de forma
estática.
✗
BUILD_JAVA_LIBRARY compila e gera uma biblioteca Java (*.jar).
✗
BUILD_STATIC_JAVA_LIBRARY compila e gera uma biblioteca Java de
forma estática.

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BUILD TYPES (cont.)
✗
BUILD_RAW_EXECUTABLE compila e gera um binário bare-metal
(ex: bootloader).
✗
BUILD_RAW_STATIC_LIBRARY compila e gera uma biblioteca
bare-metal.
✗
BUILD_PACKAGE compila e gera uma aplicação Android.
✗
BUILD_PREBUILT instala arquivos pré-compilados no target.
✗
BUILD_MULTI_PREBUILT instala múltiplos arquivos pré-
compilados no target.

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BUILD TYPES (cont.)
✗
BUILD_HOST_EXECUTABLE compila e gera um executável para o host.
✗
BUILD_HOST_SHARED_LIBRARY compila e gera uma biblioteca de
forma dinâmica para o host.
✗
BUILD_HOST_STATIC_LIBRARY compila e gera uma biblioteca de
forma estática para o host.
✗
BUILD_HOST_JAVA_LIBRARY compila e gera uma biblioteca Java
para o host.
✗
BUILD_HOST_PREBUILT instala arquivos pré-compilados no host.

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DIRETÓRIOS DE INSTALAÇÃO
✗ Dependendo do tipo de build, a instalação do módulo é realizada
em um determinado diretório:
✗ Executáveis em /system/bin.
✗ Bibliotecas em /system/lib.
✗ Bibliotecas java em /system/framework.
✗ Aplicações Android em /system/app.
✗ É possível mudar o local padrão de instalação do módulo com as
variáveis LOCAL_MODULE_PATH ou LOCAL_MODULE_CLASS.

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OUTRAS VARIÁVEIS INTERESSANTES
✗
LOCAL_CFLAGS definem flags extras para o compilador C.
✗
LOCAL_SHARED_LIBRARIES definem a lista de bibliotecas dinâmicas que o módulo
depende.
✗
LOCAL_PACKAGE_NAME define o nome de aplicações Android (*.apk).
✗
LOCAL_C_INCLUDES define caminhos adicionais de arquivos de cabeçalho usados
pelo módulo.
✗ Uma lista completa de variáveis pode ser obtida em
build/core/clear_vars.mk.
✗
Uma documentação (desatualizada) esta disponível no código-fonte em
build/core/buildsystem.html.

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MACROS
✗ Vimos no exemplo o uso da macro mydir para retornar o diretório
corrente da aplicação:
✗ Várias outras macros estão disponíveis para uso, como por exemplo:
✗
alljavafilesunder: retorna todos os arquivos java recursivamente, a
partir do diretório passado como parâmetro.
✗
allsubdircfiles: retorna todos os arquivos C recursivamente, a partir
do diretório corrente.
✗ A maioria das macros estão definidas em build/core/definitions.mk.

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COMPILANDO UM MÓDULO
✗ Para compilar um módulo (do diretório principal do Android):
$ make <module_name>
✗ Para limpar a compilação de um módulo:
$ make clean<module_name>
✗ Para listar todos os módulos que serão compilados:
$ make modules

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COMPILANDO UM MÓDULO (cont.)
✗ Após compilar o módulo, os arquivos gerados serão salvos em
out/target/product/<product_name>/obj/<module_type>/
<module_name>_intermediate.
✗ Porém, a instalação do módulo na imagem final do sistema
depende de 3 fatores:
✗ Definição da tag do módulo.
✗ Escolha da variante do produto.
✗ Conteúdo da variável PRODUCT_PACKAGES do produto.

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TAGS
✗ As tags classificam os módulos e estão diretamente ligadas à
variante escolhida no comando lunch:
✗
user: build de produção, inclui módulos com a tag user.
✗
userdebug: mesmo que a variante user, mas inclui também módulos
com a tag debug, e habilita o ADB por padrão.
✗
eng: mesmo que a variante userdebug, mas inclui também módulos
com as tags eng e development.
✗ As tags são definidas através da variável LOCAL_MODULE_TAGS no
Android.mk do módulo.

Embedded Labworks
TAGS (cont.)
✗ Módulos sem tag ou com a tag optional precisam ser incluídos
na variável PRODUCT_PACKAGES do produto para serem instalados.
✗ As tags de aplicações Android (*.apk) são ignoradas. As
aplicações Android precisam ser incluídas na variável
PRODUCT_PACKAGES do produto para serem instaladas.

Embedded Labworks
DICAS
✗ Implemente novos módulos no diretório do produto em
device/<company>/<device>.
✗ Use como padrão em novos módulos a tag optional, não
esquecendo de incluir o nome do módulo na variável
PRODUCT_PACKAGES do produto.
✗ Na dúvida sobre a implementação de um Android.mk, consulte os
diversos exemplos disponíveis no código-fonte do Android,
especialmente no diretório external/.

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LABORATÓRIO
Adicionando módulos ao sistema de build

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Android embarcado
Framework Android

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FRAMEWORK ANDROID
Linux Kernel
Bibliotecas
(bionic, etc)
Init
Toolbox
Daemons
nativos
Camada
HAL
System Services
Android API
Aplicações
Bibliotecas
Java
API
Binder
JNI
System call

Embedded Labworks
O FRAMEWORK
✗ O framework Android é a camada responsável por prover serviços
para as aplicações Android.
✗ A maioria dos componentes é baseada em Java.
✗ O framework Android se comunica com a camada nativa via JNI
(Java Native Interface).

Embedded Labworks
COMPONENTES
✗ Componentes do framework Android:
✗ Android Runtime, Dalvik e Zygote.
✗ System Services.
✗ Classes Java do projeto Apache Harmony.
✗ Android API.
✗ Código-fonte em frameworks/, dalvik/ e libcore/.

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COMPONENTES (cont.)
✗ Já falamos sobre o Android Runtime, Dalvik e Zygote quando
estudamos o processo de inicialização do Android.
✗ Falaremos sobre as classes Java e a API do Android quando
estudarmos a camada de aplicações do sistema.
✗ Nosso foco nesta seção são os System Services, núcleo do
framework Android.

Embedded Labworks
SYSTEM SERVICES
✗ System Services são os serviços do Android responsáveis por
prover funcionalidades para as aplicações. Exemplos:
✗ Power Manager para gerenciamento de energia.
✗ Activity Manager para gerenciamento da execução dos componentes
Android.
✗ Package Manager para gerenciamento de pacotes Android (APK).
✗ Location Manager para gerenciamento de localização (ex: GPS).
✗ O Android 4.2 possui em torno de 70 serviços!

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LISTANDO OS SERVIÇOS
# service list
Found 68 services:
0 phone: [com.android.internal.telephony.ITelephony]
1 iphonesubinfo: [com.android.internal.telephony.IPhoneSubInfo]
2 simphonebook: [com.android.internal.telephony.IIccPhoneBook]
3 isms: [com.android.internal.telephony.ISms]
4 dreams: [android.service.dreams.IDreamManager]
5 commontime_management: []
6 samplingprofiler: []
7 diskstats: []
[...]

Embedded Labworks
SERVIÇOS E SEUS PROCESSOS
✗ Alguns serviços são processos que rodam nativamente e são
executados pelo processo init no boot (Surface Flinger, DRM Server,
Media Server).
✗ Mas a maioria dos serviços fazem parte do processo System
Server, executado pelo Zygote no boot do sistema.

Embedded Labworks
SERVIÇOS E SEUS PROCESSOS (cont.)
✗
system_server: processo do System Server, contém boa parte dos
serviços do sistema.
✗
mediaserver: processo do Media Server, composto por serviços
nativos relacionados ao framework multimídia do Android (Audio
Flinger, Media Player Service, Camera Service, etc).
✗
surfaceflinger: processo do Surface Flinger, responsável por
desenhar as superfícies das janelas das aplicações que serão
exibidas no display.
✗
drmserver: processo do DRM Server, responsável pelo gerenciamento
de conteúdos protegidos por direitos autorais.

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INICIALIZAÇÃO DOS SERVIÇOS
Kernel Linux
init
init.rc, *.rc
Zygote
app_process
Activity
Manager
Power
Manager
...
surfaceflinger
drmserver
mediaserver
system_server

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MECANISMO DE COMUNICAÇÃO
✗ Em sistemas operacionais modernos, cada processo possui seu
espaço de endereçamento, provendo segurança e isolamento no
acesso aos dados de outros processos.
✗ Por este motivo, para que um processo possa se comunicar com
outro processo, é necessário um mecanismo de comunicação entre
processos (IPC).
✗ Em sistemas Linux, temos disponíveis vários mecanismos de IPC
como pipes, message queues e shared memory.
✗ No Android, o principal mecanismo de comunicação entre processos
utilizado é o Binder.

Embedded Labworks
COMO FUNCIONA O BINDER?
✗ No começo da inicialização do sistema, o init executa o processo
servicemanager (Service Manager).
✗ O Service Manager se registra no Binder (/dev/binder) como seu
gerenciador de contexto.
✗ O gerenciador de contexto do Binder serve como um índice para
todos os serviços do sistema.
✗ Durante o restante do processo de inicialização, os serviços se
registram no Service Manager via Binder.

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INICIALIZAÇÃO DO BINDER
Service Manager System Services
/dev/binder (Binder driver)
1 2
Service Manager se registra no Binder como o gerenciador de contexto.1
2 Os serviços do sistema se registram no gerenciador de contexto.

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COMUNICAÇÃO VIA BINDER
✗ Quando uma aplicação Android precisa usar um serviço do sistema
(ex: wakelock), ela requisita para o Service Manager um ponteiro
(handle) para se comunicar com o serviço (ex: Power Manager
Service).
✗ Com o ponteiro, a aplicação pode invocar as operações do serviço.
✗ Este mecanismo de comunicação entre processos usando o Binder
é totalmente transparente para o desenvolvedor de aplicações, que
precisa conhecer apenas a API do Android.

Embedded Labworks
EXEMPLO (POWER MANAGER SERVICE)
PowerManager pm = (PowerManager)
                          getSystemService(POWER_SERVICE);
PowerManager.WakeLock wakeLock = pm.newWakeLock(
                          PowerManager.FULL_WAKE_LOCK,
                          "myWakeLock");
wakeLock.acquire(250);

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DIAGRAMA (POWER MANAGER SERVICE)
Service Manager Power Manager Service
/dev/binder (Binder driver)
Aplicação requisita ponteiro (handle) do serviço para o Service Manager.1
2
Aplicação
1 2
Aplicação usa o ponteiro para acessar as funções providas pelo serviço.

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DOCUMENTAÇÃO DOS SERVIÇOS
✗ Os serviços do sistema não são muito bem documentados, então
para entender seu funcionamento na maioria dos casos você
precisa ler o código-fonte!
✗ O código-fonte principal do System Server esta disponível em
frameworks/base/services/java/com/android/server/Sys
temServer.java, e pode ser um começo para você se aventurar
nas milhares de linhas de código de cada um dos serviços do
Android.

Embedded Labworks
PROCESSOS INICIADOS NO BOOT
✗ Os serviços do sistema iniciam algumas aplicações
automaticamente no boot:
✗ O serviço Input Method Manager inicia todas as aplicações que
possuem o filtro de Intent android.view.InputMethod.
✗ Aplicações com o atributo android:persistent="true" são
iniciadas automaticamente pelo Activity Manager.
✗ O Activity Manager envia um Intent do tipo Intent.CATEGORY_HOME,
onde a aplicação Launcher é executada.
✗ O Activity Manager também envia um Intent do tipo
Intent.BOOT_COMPLETED, notificando o sistema que o sistema
finalizou o processo de boot.

Embedded Labworks
COMANDOS DO FRAMEWORK
app_process inicia uma máquina virtual Dalvik para rodar
uma aplicação Java.
service permite interagir com os serviços registrados
no sistema.
stagefright permite interagir com o serviço de Media Player.
input permite injetar eventos de input no sistema
(teclado, touchscreen, etc).

Embedded Labworks
COMANDOS DO FRAMEWORK (cont.)
am permite se comunicar diretamente com o Activity
Manager.
pm permite se comunicar diretamente com o Package
Manager.
ime permite se comunicar diretamente com o serviço Input
Method.
scv permite se comunicar com vários outros serviços
(Power Manager, Wifi Manager, conectividade de dados
e porta USB).

Embedded Labworks
MODIFICANDO O FRAMEWORK
✗ A arquitetura do framework Android é bastante monolítica.
✗ Não existe uma forma fácil, via arquivo de configuração ou menu de
configuração, de desabilitar um serviço do sistema.
✗ Neste caso, é necessário alterar ou adaptar o código-fonte, o que
pode ser bastante trabalhoso.
✗ Mas pode ser um trabalho necessário. Por este motivo,
estudaremos como fazer isso mais adiante no treinamento.

Embedded Labworks
ANDROID SEM O FRAMEWORK?
✗ É possível compilar o Android sem o framework com o comando
abaixo:
$ BUILD_TINY_ANDROID=true make j16
✗ Serão compilados o init, bionic, adbd, logcat, sh e outros
componentes da camada nativa.
✗ Pode ser interessante para realizar testes de drivers ou aplicações
compiladas nativamente para o Android.

Embedded Labworks
LABORATÓRIO
Manipulando o framework Android

Embedded Labworks
Android embarcado
Estendendo o framework

Embedded Labworks
POR QUÊ?
✗ Em alguns casos, principalmente quando estamos trabalhando com
sistemas embarcados, a API do Android pode não suportar
determinado dispositivo de hardware (GPIO, porta serial, E2PROM,
etc).
✗ E na ausência de uma API, o modelo de segurança do Android não
permite que uma aplicação acesse diretamente um dispositivo de
hardware.
✗ Neste caso, a melhor solução é estender o framework do Android,
adicionando o suporte ao novo dispositivo de hardware.

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AS CAMADAS
Kernel
HAL
Serviço
API
Aplicação
Kernel space
User space
Binder
JNI

Embedded Labworks
A APLICAÇÃO
✗ O que queremos é uma aplicação que possa ter acesso ao
dispositivo de hardware através de um serviço do sistema:
GPIOManager gpio = (GPIOManager)
getSystemService(Context.GPIO_SERVICE);
gpio.write(GPIO_NUM, value);

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MANAGER
✗ O primeiro passo para estender o framework é criar a classe
Manager.
✗ A classe Manager será responsável por fornecer uma API para as
aplicações acessarem o dispositivo de hardware.
✗ A classe Manager se comunicará com o serviço via Binder.
✗ As classes Manager são normalmente implementadas em:
frameworks/base/core/java/android/os/
frameworks/base/services/java/com/android/server/

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CLASSE MANAGER (EXEMPLO)
public class GPIOManager
{
    IGPIOService mService;
    public GPIOManager(IGPIOService service) {
        mService = service;
    }
    public int write(int number, int value) {
        try {
            return mService.set(number, value);
        } catch (RemoteException e) {
            return 0;
        }
    }
}

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SERVIÇOS
✗ A implementação do serviço se divide em duas partes:
✗ A definição de sua interface através da linguagem AIDL.
✗ A implementação do serviço em si.
✗ Boa parte dos serviços estão implementados no código-fonte em
frameworks/base/services/.

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AIDL
✗ AIDL é a linguagem usada pelo Android para definir a interface de
acesso entre um cliente e um servidor na comunicação via Binder.
// IGPIOService.aidl
interface IGPIOService {
int set(int number, int value);
}
✗ Uma ferramenta chamada aidl é responsável por converter o
arquivo aidl na sua implementação Java, para ser usada tanto pelo
cliente (Manager) quanto pelo servidor (Serviço).
✗ Mais informações sobre o aidl na documentação do Google em
http://developer.android.com/guide/components/aidl.html.

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SERVIÇO (EXEMPLO)
public class GPIOService extends IGPIOService.Stub {
    private static final String TAG = "GPIO";
    public GPIOService(Context context) {
        super();
        Log.i(TAG, "Service started");
    }
    public int set(int number, int value)
    {
        return set_native(number, value);
    }
    private static native int set_native(int number, int value);
}

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PROXY E STUB
Manager
Proxy (marshalling)
Binder
Stub (unmarshalling)
Serviço
Kernel
HAL
Serviço
API
Aplicação
Kernel space
User space
Binder
JNI
As classes Proxy e Stub são
criadas através da declaração da
interface via AIDL.

Embedded Labworks
JNI
✗ Os serviços que possibilitam o acesso à um dispositivo de
hardware utilizam normalmente algumas funções nativas
implementadas em C ou C++ para acessar o hardware.
✗ Para implementar este acesso é utilizado o JNI, um framework de
desenvolvimento para possibilitar que um código Java possa
acessar (e ser acessado) por um código escrito em outras
linguagens, como C, C++ e assembly.
✗ No Android, o JNI está implementado na biblioteca
libnativehelper.so.

Embedded Labworks
JNI (EXEMPLO)
#include "jni.h"
#include "JNIHelp.h"
static int set_native(JNIEnv *env, jobject obj,
                      jint number, jint value)
{
    if (gpio_export(number))
        return 1;
    if (gpio_set_direction(number, "out"))
       return 1;
    return gpio_write(number, value);
}

Embedded Labworks
SERVIÇO DE GPIO
GPIO Driver
HAL (Biblioteca GPIO)
GPIO Service
GPIO Manager
Aplicação
Kernel space
User space
C/C++
Java
Binder
GPIOService.java
com_android_server_GPIOService.cpp
GPIOManager.java
IGPIOService.aidl
IGPIOService.java
libgpio.so

Embedded Labworks
PROBLEMAS EM ESTENDER O FRAMEWORK
✗ Possibilidade de quebrar a API e adicionar algum bug.
✗ Impossibilita a certificação do dispositivo pelo Google (não
passará pelo CTS).
✗ É trabalhoso manter e portar as alterações para outras versões do
Android.

Embedded Labworks
SOLUÇÕES ALTERNATIVAS
✗ Serviços podem ser implementados separadamente, através de aplicações
standalone (C/C++):
frameworks/native/services/surfaceflinger/
✗ Serviços podem também ser implementados dentro de uma aplicação
Android:
packages/apps/Nfc/
✗ É possível extender a API do Android sem alterar seu framework através de
Platform Libraries.
device/sample/frameworks/PlatformLibrary/README.txt
✗ E usar um SDK add-on para integrar no Eclipse:
device/sample/products/sample_addon.mk

Embedded Labworks
LABORATÓRIO
Estendendo o framework do Android

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Android embarcado
Aplicações Android

Embedded Labworks
APLICAÇÕES ANDROID
Linux Kernel
Bibliotecas
(bionic, etc)
Init
Toolbox
Daemons
nativos
Camada
HAL
System Services
Android API
Aplicações
Bibliotecas
Java
API
Binder
JNI
System call

Embedded Labworks
APLICAÇÕES ANDROID (cont.)
✗ Tudo o que vimos até aqui tem como principal objetivo prover uma
infraestrutura completa para o desenvolvimento de aplicações.
✗ Aplicações Android são escritas basicamente em Java, usando o
SDK do Google.
✗ São empacotadas em arquivos com extensão apk, contendo o código
compilado, dados e recursos usados pela aplicação.
✗ Podem ser instaladas através do Google Play ou manualmente via
ADB ou gerenciador de arquivo.

Embedded Labworks
API ANDROID
✗ Todo o desenvolvimento de aplicações é baseado na API provida
pelo Google.
✗ Esta API contém dois principais componentes:
✗ Bibliotecas Java: subconjunto de classes Java padrão
implementadas pelo projeto Apache Harmony.
✗ Android API: classes Java do Android.
✗ Toda a documentação da API do Android esta disponível em:
http://developer.android.com/reference/packages.html

Embedded Labworks
COMPONENTES DAS APLICAÇÕES
✗ As aplicações Android são compostas por 4 tipos diferentes de
componentes:
✗ Activities
✗ Services
✗ Broadcast receivers
✗ Content providers

Embedded Labworks
ACTIVITIES
✗ Activities representam as telas de interface com o usuário (é o mesmo que
janelas em sistemas desktop).
✗ Uma aplicação Android normalmente possui diversas Activities, e uma das
activities é definida como a principal (main), que é apresentada ao usuário
ao executar a aplicação pela primeira vez.
✗ Uma aplicação pode requisitar o uso de uma Activity de outra aplicação.
Ex: a aplicação de navegação na Internet pode requisitar o uso da Activity
da aplicação de envio de e-mail para compartilhar um link por e-mail.
✗ É o desenvolvedor da aplicação que decide quais activities estarão
disponíveis para o sistema.

Embedded Labworks
BACK STACK
Activity 1
Back Stack
Activity 2
Back Stack
Activity 1
Activity 3
Back Stack
Activity 2
Activity 1
Activity 2
Back Stack
Activity 1
Inicia activity 2 Inicia activity 3 Volta navegação
Activity em
foreground
Activity 3
Destruída!

Embedded Labworks
SERVICES
✗ Services (serviços) são componentes que rodam em background e
não tem interface com o usuário.
✗ São usados para executar operações demoradas em background ou
prover serviços para outras aplicações.
✗ Cuidado para não confundir com os serviços do framework Android!

Embedded Labworks
SERVICES (cont.)
✗ Um componente pode se comunicar com um serviço de duas
formas:
✗ De forma assíncrona, através da função startService(). Desta
forma, o serviço não estará ligado ao componente que o criou, e
ficará em execução até que ele ou outro componente pare sua
execução.
✗ De forma síncrona, através da função bindService(). Desta forma, o
serviço estará ligado ao componente que o criou, e será destruído
automaticamente quando o componente não existir mais. Esta forma
de execução oferece uma interface do tipo cliente/servidor.

Embedded Labworks
BROADCAST RECEIVERS
✗ Broadcast receivers são componentes que permitem o registro
para receber um evento do sistema ou de uma aplicação.
✗ Possuem o mesmo conceito de uma rotina de tratamento de
interrupção.
✗ Por exemplo, você pode desenvolver um broadcast receiver para
ser notificado quando:
✗ O nível de bateria ficar baixo.
✗ O modo avião for habilitado.
✗ O processo de boot do sistema completar.

Embedded Labworks
CONTENT PROVIDERS
✗ Content providers são capazer de prover acesso aos dados de
forma organizada, similar à um banco de dados relacional.
✗ Um aplicação deve implementar um content provider quando
deseja compartilhar dados com outras aplicações.
✗ A maioria das aplicações usam o SQlite para armazenar os dados,
mas o desenvolvedor pode usar outros tipos de armazenamento se
desejar (memória, disco, rede, etc).

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ARMAZENAMENTO PERSISTENTE
✗ Uma aplicação pode armazenar dados persistentes de diversas formas:
✗ Shared preferences: permite armazenar dados no formato chave-valor, em um
arquivo xml no diretório de dados da aplicação.
✗ Internal Storage: permite armazenar qualquer arquivo no diretório de dados da
aplicação.
✗ External Storage: permite armazenar qualquer arquivo em um diretório público
do sistema (normalmente o sdcard).
✗ SQLite Databases: permite armazenar dados no banco de dados do sistema.
✗ Mais informações em:
http://developer.android.com/guide/topics/data/data-storage.html

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ARQUIVO DE MANIFESTO
✗ Toda aplicação possui um arquivo de manifesto no formato XML
(AndroidManifest.xml), cujo objetivo é declarar informações
sobre a aplicação, dentre elas:
✗ Componentes disponíveis.
✗ Permissões necessárias para executar a aplicação.
✗ Revisão da API.
✗ Características do hardware.
✗ Bibliotecas necessárias.

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ARQUIVO DE MANIFESTO (EXEMPLO)
<manifest package="com.example.android.notepad">
    <application android:icon="@drawable/app_notes"
                 android:label="@string/app_name" >
        <activity android:name="NotesList"
                  android:label="@string/title_notes_list">
            <intentfilter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
                <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
            </intentfilter>
            <intentfilter>
                <action android:name="android.intent.action.VIEW" />
                <action android:name="android.intent.action.EDIT" />
                <action android:name="android.intent.action.PICK" />
                <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
                <data android:mimeType="vnd.android.cursor.dir/vnd.google.note" />
            </intentfilter>
        </activity>
    </application>
</manifest>

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COMUNICAÇÃO ENTRE COMPONENTES
✗ Uma aplicação pode conter um ou mais componentes.
✗ Um aplicação pode iniciar qualquer componente, incluindo
componentes de outras aplicações.
✗ Os componentes se comunicam entre si através de um mecanismo
de troca de mensagens chamado intent.

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INTENT
✗ O intent é um mecanismo de comunicação entre os componentes do
Android.
✗ Um intent descreve basicamente a intenção de realizar alguma
ação.
✗ Por exemplo, a activity de uma aplicação pode enviar um intent
para ver um arquivo PDF, implementado por uma activity de outra
aplicação.

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INTENT (cont.)
✗ Activities, Services e Broadcast receivers são iniciados através de
intents.
✗ Internamente, os intents são implementados via Binder.
✗ Os componentes declaram quais intents são capazes de manipular
através do atributo intentfilter do arquivo de manifesto.
✗ Mais informações sobre Intents:
http://developer.android.com/guide/components/intents-filters.html

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REGISTRANDO ACTIVITY COMO BROWSER
<! AndroidManifest.xml >
<activity android:name=".BrowserActivitiy"
          android:label="@string/app_name">
  <intentfilter>
    <action android:name="android.intent.action.VIEW" />
    <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
    <data android:scheme="http"/>
  </intentfilter>
</activity>

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EXECUTANDO ACTIVITY DO TIPO BROWSER
Intent i = new Intent(Intent.ACTION_VIEW,
Uri.parse("http://www.sergioprado.org"));
startActivity(i);

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DIAGRAMA INTENT
Activity
Manager
Aplicação
Android
Package
Manager
Zygote
Aplicação
Browser
1
2 3
4

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RECURSOS
✗ Além do código-fonte, uma aplicação pode conter imagens, vídeos,
sons, etc.
✗ E tudo que faz parte do visual da aplicação é mantido separado do
código-fonte, como layout das activities, animações, menus,
strings, etc.
✗ Estes recursos são armazenados no diretório res/ das aplicações.
✗ Durante a compilação da aplicação, a ferramenta de compilação do
Android cria a classe R, possibilitando referenciar cada um dos
recursos disponíveis.

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PROCESSOS NO ANDROID
✗ Por padrão no Android, cada componente de uma mesma aplicação
roda em um mesmo processo.
✗ Quando o sistema quiser executar um novo componente:
✗ Se o processo correspondente ao componente ainda não estiver em
execução, um novo processo será criado.
✗ Caso contrário, o componente será iniciado dentro do processo em
execução.
✗ Se necessário, é possível iniciar um componente de uma aplicação
em um novo processo com o atributo android:process no
arquivo de manifesto.

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THREADS DE EXECUÇÃO
✗ Como uma aplicação Android por padrão possui apenas uma thread
de execução, todos os componentes e interações com o usuário são
realizadas de forma sequencial.
✗ Por este motivo, uma operação de I/O ou processamento mais
longo pode travar a interface com o usuário.
✗ Se a aplicação bloquear por mais de 5 segundos, o sistema irá
exibir a mensagem “Application Not Responding” (ANR).
✗ Por este motivo, é aconselhável nestes casos executar operações
mais longas em uma thread separada.

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CRIANDO THREADS
✗ Existem duas formas de implementar threads no Android:
✗ Usar a implementação de thread padrão do Java, extendendo a
classe Runnable.
✗ Usar a classe AsyncTask do Android (mais fácil de implementar a
comunicação com a thread principal da aplicação).
✗ Mais informações em:
http://developer.android.com/reference/android/os/AsyncTask.html

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CICLO DE VIDA DA APLICAÇÃO
✗ Um ponto central do Android é que o usuário não deve se preocupar
com o gerenciamento e troca de tarefas.
✗ O usuário pode iniciar quantas aplicações quiser e mudar entre
elas clicando no botão Home e chaveando entre as tarefas.
✗ Mas após um certo uso, vários processos podem estar em
execução, consumindo muitos recursos do sistema.

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CICLO DE VIDA DA APLICAÇÃO (cont.)
✗ Por este motivo, o Android gerencia o ciclo de vida de cada um dos
componentes da aplicação, matando processos e liberando recursos
conforme necessário.
✗ Mas para este processo funcionar corretamente, o desenvolvedor
deve implementar uma série de callbacks para cada componente da
aplicação.
✗ Estas callbacks são chamadas de acordo com o evento do ciclo de
vida do componente.
✗ Por exemplo, na mudança de foreground para background, a callback
Pause() do componente é chamada.

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CICLO DE VIDA DA APLICAÇÃO (DIAGRAMA)
Referência: http://developer.android.com

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GERENCIAMENTO DE MEMÓRIA
✗ Quando o uso de memória estiver alto, o sistema pode decidir
matar um processo para liberar memória.
✗ Esta decisão é tomada baseada na importância (prioridade) do
processo.
✗ Quando um processo é encerrado, todos seus componentes também
são.

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PRIORIDADE DOS PROCESSOS
✗ O sistema define a prioridade de cada processo de acordo com seu
status:
✗ Processos rodando em foreground possuem a maior prioridade
(activity, service ou broadcast receiver ativo).
✗ Processos visíveis, como uma activity que não esta mais em
foreground mas ainda é visível no display.
✗ Serviço iniciado por um processo em background.
✗ Processos em background que não são mais visíveis aos usuários.
✗ Processos vazios (sem componentes).

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SEGURANÇA
✗ Uma vez instaladas, cada aplicação roda em um ambiente
separado de outras aplicações:
✗ Cada aplicação roda em uma instância da máquina virtual, isolada de
outras aplicações.
✗ O sistema atribui um usuário (UID) e grupo (GID) para cada
aplicação.
✗ Estas credenciais são usadas para permitir que as aplicações
possam acessar apenas os arquivos que tenham direito.

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SEGURANÇA (cont.)
✗ Para que uma aplicação possa acessar um recurso que não tem
permissão diretamente, o desenvolvedor deve declarar as
permissões necessárias no arquivo de manifesto da aplicação.
✗ Ao instalar a aplicação, uma mensagem é exibida com as
permissões necessárias pela aplicação, e o usuário deve aprovar
estas permissões.
✗ Uma lista completa das permissões existentes está disponível em:
http://developer.android.com/reference/android/Manifest.permission.html

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PERMISSÕES
...
<usespermission android:name="android.permission.WRITE_SMS" />
<usespermission android:name="android.permission.READ_SMS" />
<usespermission android:name="android.permission.RECEIVE_SMS" />
...

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PERMISSÕES (cont.)
✗ Quando a aplicação tentar acessar determinado recurso do
sistema:
✗ O acesso é realizado através de uma API do sistema.
✗ Esta API se comunica via Binder com o Package Manager para
verificar se aquela aplicação tem acesso ao recurso desejado.
✗ Caso afirmativo, a API se comunica com o serviço correspondente via
Binder.
✗ Alguns serviços ainda se comunicam com um serviço nativo via UNIX
domain socket.

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EXEMPLO PERMISSÃO SMS
Aplicação
Phone Manager Package
Manager
HAL (rild)
Kernel
Unix domain Socket
Binder
Binder
2
3
4
5
Android API
SmsManager.sendTextMessage()1

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NDK
✗ O NDK (Native Development Kit) é um conjunto de ferramentas para
o desenvolvimento de aplicações Android em C/C++.
✗ É normalmente utilizado nas seguintes situações:
✗ Quando é necessário mais performance (ex: cálculos matemáticos,
jogos, etc).
✗ Para portar rapidamente um código existente (ex: navegador Firefox).
✗ Permite acesso direto à GPU via OpenGL!
✗ Pode ser combinado com o SDK, permitindo ter uma aplicação que
usa parte do código em Java e parte em C/C++!

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NDK (cont.)
✗ Também é empacotado igual à uma aplicação (APK), incluindo o
arquivo de manifesto.
✗ Apesar do código não ser executado pela Dalvik, todos os
mecanismos de segurança são mantidos.
✗ Principais deficiências:
✗ Perde portabilidade.
✗ Acesso apenas à uma parte da API do Android.
✗ Não possui a funcionalidade de recursos.

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DISTRIBUINDO APLICAÇÕES
✗ As aplicações podem ser instaladas manualmente, mas
normalmente são distribuídas para os usuários através de um
repositório de aplicações.
✗ O repositório padrão do Google é o Google Play.
✗ Existem outros repositórios disponíveis como o Amazon App Store.
✗ Nada te impede de criar seu próprio repositório de aplicações!
https://f-droid.org/

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FERRAMENTAS E DOCUMENTAÇÃO
✗ Todo o desenvolvimento de aplicações Android é realizado no Eclipse com o
plugin ADT instalado e diversas outras ferramentas como o emulador, ADB, etc.
✗ A forma mais fácil de preparar o ambiente é baixar o SDK no link abaixo:
http://developer.android.com/sdk/index.html
✗ Toda a documentação da API do Android esta disponível em:
http://developer.android.com
✗ Uma nova IDE chamada Android Studio foi anunciada em 2013 (ainda em
versão de testes):
http://developer.android.com/sdk/installing/studio.html

Embedded Labworks
LABORATÓRIO
Desenvolvendo aplicações Android

Embedded Labworks
Android embarcado
Android HAL

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ANDROID HAL
✗ Em sistemas Linux, o acesso à um dispositivo de hardware
normalmente é exposto para as aplicações através de entradas
no /dev ou no /sys.
✗ O Android se baseia em uma camada adicional chamada HAL
(Hardware Abstraction Layer) para abstrair o acesso ao hardware
pelo seu framework.
✗ Boa parte dos dispositivos suportados pelo Android possuem uma
HAL, que pode variar em comportamento e interface.

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DIAGRAMA HAL
Hardware
Camera
Driver
Sensors
Drivers
Display
Drivers
...
System Services
Aplicações e API
Binder
JNI
System call
Camera
HAL
Sensors
HAL
Graphics
HAL
...
Kernel
Camada
nativa
Framework
Android
Hardware

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HARDWARE ABSTRACTION LAYER
✗ A HAL é normalmente implementada pelo fabricante ou pelo AOSP
através de bibliotecas compartilhadas (*.so).
✗ Um serviço do sistema (system service) correspondente ao
hardware acessado é o responsável por carregar a biblioteca da
HAL e utilizar suas funções.
✗ O Android não especifica como a HAL deve ser desenvolvida,
apenas que uma API padronizada deve ser provida por ela para ser
utilizada pelo sistema.

Embedded Labworks
HARDWARE ABSTRACTION LAYER (cont.)
✗ Por este motivo, o fabricante pode apenas escrever um driver
básico para o hardware (stub) e implementar toda a inteligência do
acesso ao dispositivo na HAL.
✗ Desta forma, a licença usada na HAL não precisa ser
necessariamente GPL.

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ACESSANDO A HAL
Kernel Linux
Driver
HAL (*.so)
HW Service
System Services
API (android.*)
Aplicações
Kernel space
User space
C
Java

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HARDWARE E HAL
✗ De forma geral, cada tipo de hardware possui um serviço do
sistema e uma camada HAL associada à este serviço. Exemplos:
✗ Lights Service e lights HAL.
✗ Wifi Service e wifi HAL.
✗ Sensors Service e sensors HAL.
✗ Power Management Service e power management HAL.

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BIBLIOTECAS DA HAL
✗ As bibliotecas da HAL estão disponíveis em um dos diretórios
abaixo:
✗ /vendor/lib/hw
✗ /system/lib/hw
✗ O nome da biblioteca tem o formato <hal>.<device>.so, onde o
nome do dispositivo é lido de uma das propriedades abaixo:
✗ ro.hardware
✗ ro.product.board
✗ ro.board.platform
✗ ro.arch

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LISTAGEM HAL
# ls /system/lib/hw/
audio.a2dp.default.so audio.primary.default.so
audio.primary.imx6.so audio.r_submix.default.so
audio_policy.default.so bluetooth.default.so
camera.goldfish.so camera.imx6.so
gps.goldfish.so gralloc.default.so
gralloc.imx6.so gralloc_viv.imx6.so
hwcomposer.imx6.so hwcomposer_viv.imx6.so
keystore.default.so lights.goldfish.so
lights.imx6.so local_time.default.so
power.default.so power.imx6.so
sensors.WANDBOARD.so sensors.goldfish.so

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DESCRIÇÃO DA HAL
✗
audio.primary.<device>.so: camada de áudio, normalmente
implementada via camada ALSA do kernel.
✗
gralloc.<device>.so/hwcomposer.<device>.so: camada de
vídeo.
✗
camera.<device>.so: acesso à câmera, normalmente (mas não
necessariamente) implementado via camada V4L do kernel.
✗
gps.<device>.so: acesso ao GPS, normalmente via serial (tty).
✗
libril.so: acesso ao rádio (voz e dados).

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DESCRIÇÃO DA HAL (cont.)
✗
bluetooth.<device>.so: acesso à interface Bluetooth (até a
versão 4.1 usava-se o BlueZ, agora usa-se o bluedroid da
Broadcom).
✗
nfc.<device>.so: acesso à interface de comunicação NFC.
✗
lights.<device>.so: controle de LEDS, backlight, etc.
✗
sensors.<device>.so: acesso aos sensores (acelerômetro,
giroscópio, magnetômetro, pressão, proximidade, temperatura, etc).
✗
power.<device>.so: responsável pelo gerenciamento de energia.

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IMPLEMENTANDO A HAL
✗ Implementar uma HAL é trabalhoso e envolve conhecer o
funcionamento interno dos serviços providos pelo framework do
Android.
✗ Por este motivo, se possível, escolha um dispositivo que já possua
uma implementação da HAL do Android.
✗ Caso não seja possível, você precisará estudar o funcionamento da
HAL correspondente, e ler muito código!

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IMPLEMENTANDO A HAL (cont.)
✗ O código-fonte com a definição da HAL pode ser encontrada no
AOSP em hardware/.
✗ As definições das interfaces encontram-se em:
✗ hardware/libhardware/include/hardware/
✗ hardware/libhardware_legacy/include/hardware_legacy/
✗ Uma implementação padrão da HAL esta disponível em
hardware/libhardware/modules.

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IMPLEMENTANDO A HAL (cont.)
✗ O AOSP inclui o suporte ao hardware de alguns dispositivos de
mercado, que pode ser usado como referência para novas
implementações.
✗ Veja o diretório device/ no AOSP para alguns exemplos.
✗ Uma visão geral da HAL esta documentada pelo Google no link
abaixo:
http://source.android.com/devices/index.html

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OUTROS ACESSOS
✗ Nem todo acesso ao hardware necessita de uma camada HAL, por
exemplo:
✗ Dispositivos de input (botões, mouse, teclado) são acessados
diretamente via /dev/input/.
✗ Dispositivos de rede são acessados normalmente via interface de
rede, através de uma conexão via socket com o daemon netd.
✗ Dispositivos de armazenamento (cartão SD) são acessados
diretamente via system calls, através de uma conexão via socket
com o daemon vold.
✗ O serviço Vibrator acessa diretamente a interface de GPIOs no /sys.

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LABORATÓRIO
Implementando uma interface HAL

Embedded Labworks
Android embarcado
Debugging

Embedded Labworks
FERRAMENTAS DO SISTEMA
✗ Várias ferramentas de linha de comando estão disponíveis para
ajudar na análise do sistema como um todo.
✗ Algumas ferramentas são comuns em sistemas Linux, outras são
específicas do Android.
✗ Elas permitem analisar o funcionamento de uma determinada parte
do sistema, como memória, CPU, acesso à rede, etc.

Embedded Labworks
FERRAMENTAS DO SISTEMA (cont.)
ps listar todos os processos em execução.
top exibir os processos ordenados por consumo de
recursos (memória e CPU).
cpustats estatística de uso da(s) CPU(s).
schedtop estatísticas de uso de CPU por processo.
latencytop estatísticas de tempo de latência de cada processo
em execução.

Embedded Labworks
FERRAMENTAS DO SISTEMA (cont.)
procrank exibe uma lista de processos ordenados por
consumo de RAM.
procmem informações de uso de memória por determinado
processo.
librank exibe lista de processos ordenados por bibliotecas
carregadas em RAM.
showmap exibe o mapa de memória de um processo.
strace monitora as chamadas de sistema de uma aplicação.

Embedded Labworks
LOGCAT
✗ O sistema de logs do Android provê um mecanismo para coletar e
visualizar informações do sistema.
✗ Os logs são armazenados em alguns buffers circulares do kernel, e
podem ser exibidos com o comando logcat.
✗ Para exibir uma descrição das opções disponíveis:
$ logcat help

Embedded Labworks
LOG POR BUFFER
✗ O log pode ser filtrado por buffer, conforme abaixo:
$ logcat b radio
✗ Os seguintes buffers estão disponíveis:
✗
radio: mensagens relacionadas à comunicação com o radio.
✗
events: mensagens do sistema, principalmente relacionada à
eventos de hardware.
✗
system: mensagens do sistema, usado principalmente pela camada
nativa e pelo framework Android.
✗
main: todo o restante, mas principalmente mensagens de log das
aplicações.

Embedded Labworks
TAG E PRIORIDADE
✗ Os logs são exibidos por tag (identificador do processo) e prioridade:
I/ActivityManager(585): Starting activity: Intent { action=
android.intent.action...}
✗ As seguintes prioridades estão disponíveis (listadas da menor para a
maior):
V Verbose
D Debug
I Info
W Warning
E Error
F Fatal
S Silent

Embedded Labworks
FILTRANDO POR TAG E PRIORIDADE
✗ Filtro por tag:
$ logcat s ActivityManager
✗ Filtro por tag e prioridade:
$ logcat s ActivityManager:I
✗ Filtro por prioridade:
$ logcat s *:E

Embedded Labworks
DUMPSYS
✗ O dumpsys é uma ferramenta capaz de tirar o dump de um ou todos
os serviços do sistema, invocando a função dump() implementada
pelo serviço.
# dumpsys power
Power Manager State:
mIsPowered=true mPowerState=1 mScreenOffTime=46793204 ms
mPartialCount=1
mWakeLockState=SCREEN_ON_BIT
mUserState=
mPowerState=SCREEN_ON_BIT
mLocks.gather=SCREEN_ON_BIT
mNextTimeout=94351 now=46880555 46786s from now
...

Embedded Labworks
DUMPSTATE
✗ O dumpstate é uma ferramenta capaz de tirar um dump de todo o sistema.
# dumpstate
[...]
Kernel: Linux version 2.6.2900261g0097074dirty (digit@digit.mtv.corp.google.c
om) (gcc version 4.4.0 (GCC) ) #20 Wed Mar 31 09:54:02 PDT 2010
Command line: qemu=1 console=ttyS0 android.checkjni=1 android.qemud=ttyS1 androi
d.ndns=1
MEMORY INFO (/proc/meminfo)
MemTotal:
94096 kB
[...]
CPU INFO (top n 1 d 1 m 30 t)
User 2%, System 11%, IOW 33%, IRQ 0%
User 3 + Nice 0 + Sys 15 + Idle 67 + IOW 42 + IRQ 0 + SIRQ 0 = 127
[...]

Embedded Labworks
ADB
✗ Normalmente o processo de depuração em sistemas embarcados
acontece via porta serial ou JTAG (para depuração em baixo nível).
✗ Esta configuração funciona bem em sistemas embarcados, mas em
dispositivos móveis não possuímos normalmente estes tipos de
interface.
✗ É por este motivo que o Google desenvolveu o ADB.

Embedded Labworks
ADB (cont.)
✗ O ADB (Android Debug Bridge) é uma ferramenta de debugging que
pode funcionar em conexões USB ou TCP/IP.
✗ É composto por três componentes:
✗ Daemon ADB, que roda no target.
✗ Servidor ADB, que roda no host e é responsável pela comunicação
com o target.
✗ Cliente ADB, que também roda no host e serve de interface (modo
texto) para a execução de comandos no target.

Embedded Labworks
ARQUITETURA ADB
ADB Server
ADB Client
Usuário
Android Gadget
Driver
adbd
Host Target

Embedded Labworks
COMANDOS ADB
startserver Inicia o servidor ADB no host (normalmente é
iniciado automaticamente).
killserver Mata o servidor ADB no host.
devices Lista os dispositivos acessíveis via ADB.
connect Conecta ao daemon ADB via TCP (porta 5555 por
padrão)
disconnect Disconecta do dispositivo.

Embedded Labworks
COMANDOS ADB (cont.)
push Copia arquivos do host para o target.
pull Copia arquivos do target para o host.
sync Sincroniza os diretórios system/ e data/.
install Instala um pacote Android (APK) no target.
uninstall Desinstala um pacote Android (APK) do target.

Embedded Labworks
logcat Imprime o log do sistema.
shell Executa um comando ou inicia uma seção do
shell.
bugreport Gera um relatório de erro do target (status
atual, logs, etc).
waitfordevice Bloqueia até que o dispositivo esteja
disponível.

Embedded Labworks
remount Remonta a partição system/ com
permissão de leitura e escrita.
reboot Reinicia o dispositivo (opções
bootloader e recovery disponíveis).
rebootbootloader Reinicia o dispositivo no bootloader.
root Reinicia o ADB com permissões de root
(apenas se ro.secure=1 e
ro.debuggable=1).

Embedded Labworks
✗
usb Reinicia o daemon ADB para escutar comandos via USB.
✗
tcpip Reinicia o daemon ADB para escutar comandos via TCP.
✗
lolcat Mesmo que adb logcat.
✗
hell Mesmo que adb shell.

Embedded Labworks
GDB
✗ Com o parâmetro forward do comando ADB é possível redirecionar
qualquer porta entre o host e o target, possibilitando por exemplo o
debugging com o GDB via ADB!
✗ No target:
# gdbserver :1234 /system/bin/executable
✗ No host:
$ adb forward tcp:1234 tcp:1234
$ prebuilt/Linux/toolchaineabi4.2.1/bin/armeabigdb
out/target/product/productname/symbols/system/bin/executable

Embedded Labworks
ARQUITETURA ADB E GDB
ADB Server
Usuário
Android Gadget
Driver
adbd
Host Target
localhost:1234
gdbserver
localhost:1234
gdb

Embedded Labworks
DEPURANDO APLICAÇÕES JAVA
✗ Durante a inicialização, o daemon do ADB abre um UNIX domain
socket e espera por conexões.
✗ Processos que rodam na Dalvik se registram neste socket,
tornando-se visíveis para debugging.
✗ A Dalvik implementa o JDWP (Java Debug Wire Protocol),
permitindo usar o debugger Java (jdb) para depurar suas
aplicações.

Embedded Labworks
JDB NA LINHA DE COMANDO
✗ Exiba primeiro a lista de processos Java depuráveis com o
comando abaixo:
$ adb jdwp
271
376
...
✗ Crie o redirecionamento para o PID do processo:
$ adb forward tcp:8000 jdwp:376
✗ E inicie o debugger:
$ jdb attach localhost:8000

Embedded Labworks
ARQUITETURA ADB E JDB
ADB Server
Usuário
Android Gadget
Driver
adbd
Host Target
jdwp:pid
Processo Java
localhost:8000
jdb

Embedded Labworks
TOMBSTONES
✗ Sempre que um processo encerra abruptamente (crash) no Android,
um arquivo especial chamado tombstone é gerado no diretório
/data/tombstones/.
✗ Estes arquivos podem ajudar na análise do problema em um
componente do sistema (aplicação, framework, biblioteca nativa,
etc).
✗ Através dos tombstones, e usando uma ferramenta do toolchain
chamada addr2line, conseguimos chegar na linha de código com
problema!

Embedded Labworks
TOMBSTONE (EXEMPLO)
*** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** ***
Build fingerprint: 'unknown'
Revision: '405522'
pid: 10071, tid: 10071, name: tcpdump  >>> tcpdump <<<
signal 11 (SIGSEGV), code 1 (SEGV_MAPERR), fault addr 00000000
    r0 ffffffa0  r1 ffffffff  r2 ffffff98  r3 00000000
    r4 0002f0e0  r5 7ec459b4  r6 00000001  r7 2abdae14
    r8 00000000  r9 00000000  sl 00000000  fp 7ec459ac
    ip 2abdaf38  sp 7ec457f8  lr 2ab8e433  pc 2ab8e446  cpsr 60000030
    d0  9d2d6d40019b7a7b  d1  0000000000000000
    d2  0000000000000000  d3  0000000000000000
[...]
backtrace:
    #00  pc 0004c446  /system/xbin/tcpdump
    #01  pc 0001273f  /system/lib/libc.so (__libc_init+38)
    #02  pc 0000d1f0  /system/xbin/tcpdump

stack:
         7ec457b8  2acb6041  /system/bin/linker

Embedded Labworks
ANR
✗ ANR ou "Application Not Responding" é um erro comum em
aplicações Android.
✗ A mensagem de ANR é exibida se a Activity em foreground ficar
mais de 5 segundos sem responder à um evento de entrada (botão,
touch, etc).
✗ Quando a ANR acontece, um log com informações do erro é salvo
em /data/anr/traces.txt.

Embedded Labworks
ANR (EXEMPLO)
pid 11663 at 19700102 00:53:03
Cmd line: com.android.development
DALVIK THREADS:
(mutexes: tll=0 tsl=0 tscl=0 ghl=0)
"main" prio=5 tid=1 TIMED_WAIT
  | group="main" sCount=1 dsCount=0 obj=0x2b6d19a0 self=0x4c8a2010
  | sysTid=11663 nice=0 sched=0/0 cgrp=[nocpusubsys] handle=716739548
  | state=S schedstat=( 0 0 0 ) utm=9 stm=1 core=1
  at java.lang.VMThread.sleep(Native Method)
  at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:1031)
  at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:1013)
  at com.android.development.BadBehaviorActivity$BadService.onStartCommand
                                              (BadBehaviorActivity.java:66)
  at android.app.ActivityThread.handleServiceArgs(ActivityThread.java:2656)
  at android.app.ActivityThread.access$1900(ActivityThread.java:141)
  at android.app.ActivityThread$H.handleMessage(ActivityThread.java:1331)
  at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:99)
  at android.os.Looper.loop(Looper.java:137)

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DEV TOOLS
✗ Dev Tools é uma aplicação disponível no AOSP em
development/apps/Development.
✗ Esta aplicação possui diversas ferramentas interessantes para
testar e depurar o sistema, incluindo:
✗ Exibição de estatísticas de uso da CPU no display.
✗ Customização do comportamento da GPU.
✗ Exibição de informações sobre o touchscreen no display.
✗ Possibilidade de causar crash ou ANR.

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MONKEY
✗ Monkey é uma ferramenta de linha de comando para ser executada
no dispositivo.
✗ É capaz de automatizar a geração de entradas para uma aplicação.
✗ Por exemplo, o comando abaixo é capaz de gerar 50 entradas
aleatórias para o navegador:
$ monkey p com.android.browser v 50
✗ É possível criar scripts com o monkey para automatizar os testes
de uma aplicação!

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MONKEYRUNNER
✗ O monkeyrunner é uma ferramenta de linha de comando para o
host que permite controlar um target Android.
✗ Provê uma API completa em python para o desenvolvimento de
aplicações de controle e teste de um dispositivo Android.
✗ Mais informações no link abaixo:
http://developer.android.com/tools/help/monkeyrunner_concepts.html

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EXEMPLO SCRIPT MONKEYRUNNER
from com.android.monkeyrunner import MonkeyRunner, MonkeyDevice
device = MonkeyRunner.waitForConnection()
device.installPackage('myproject/bin/MyApplication.apk')
package = 'com.example.android.myapplication'
activity = 'com.example.android.myapplication.MainActivity'
runComponent = package + '/' + activity
device.startActivity(component=runComponent)
device.press('KEYCODE_MENU', MonkeyDevice.DOWN_AND_UP)
result = device.takeSnapshot()
result.writeToFile('myproject/shot1.png','png')

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DDMS
✗ O DDMS (Dalvik Debug Monitor Server) é uma ferramenta de
debugging que possibilita, dentre outras tarefas:
✗ Exibir informações e logs dos processos em execução.
✗ Capturar a tela do dispositivo.
✗ Monitorar eventos (SMS, chamadas, localização, etc).
✗ Ele se conecta ao servidor ADB e se comunica com os processos
Android através do JDWP.
✗ Esta integrado ao Eclipse através do plugin ADT, acessível em
Window > Open Perspective > Other... > DDMS.

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DDMS NO ECLIPSE

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TRACING
✗ A aplicação pode gerar um arquivo com informações de tracing de
duas formas:
✗ Automaticamente com a função de profiling do DDMS (método
impreciso).
✗ Manualmente através dos métodos startMethodTracing() e
stopMethodTracing() da classe Debug.
✗ Através deste log, uma ferramenta chamada traceview é capaz de
exibir informações de tracing e profiling da aplicação.
✗ Também através deste log, uma aplicação chamada dmtracedump é
capaz de exibir o backtrace de chamadas de função da aplicação.

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SYSTRACE
✗ O systrace é uma ferramenta desenvolvida em python que permite
analisar a performance de uma aplicação ou do sistema como um
todo.
✗ Combina um conjunto de informações disponibilizadas pelo kernel
para gerar um relatório em HTML sobre o sistema.
✗ Funciona a partir do Android 4.1.
✗ Mais informações no link abaixo:
http://developer.android.com/tools/debugging/systrace.html

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SYSTRACE EM AÇÃO
Fonte: http://developer.android.com/

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LABORATÓRIO
Usando ferramentas de debugging

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Android embarcado
E agora?

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UM RESUMO
✗ Portar o bootloader, de preferência com suporte ao fastboot.
✗ Portar o kernel Linux com os patches do Android.
✗ Sempre que possível, escolha um fabricante de plataforma que
tenha o suporte ao Linux, de preferência com os patches do Android
aplicados!

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UM RESUMO (cont.)
✗ Criar um produto no AOSP e customizar para a sua plataforma.
✗ Desenvolver e integrar a HAL (de preferência, escolha um hardware
com a HAL pronta!).
✗ Desenvolver suas aplicações Android (normalmente o Launcher).
✗ Certificar-se no Google (opcional).

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RECURSOS ONLINE
✗ Android Open Source Project:
https://source.android.com/
✗ Android Developer:
https://developer.android.com/
✗ Android Tools Project Site:
http://tools.android.com/

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RECURSOS ONLINE (cont.)
✗ Embedded Linux Wiki (seção sobre o Android):
http://www.elinux.org/Android_Portal
✗ Linaro Android:
https://wiki.linaro.org/Platform/Android
✗ CyanogenMod:
http://www.cyanogenmod.org/

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RECURSOS ONLINE (cont.)
✗ XDA Developer (seção sobre o Android):
https://www.xda-developers.com/tag/all-android/
✗ Android Builder's Summit vídeos:
http://video.linux.com/

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Por Sergio Prado. São Paulo, Novembro de 2012
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