文档简述
 
本文主要描述根据主需求，拆分为硬件需求，以及硬件应对这些需求，所做的应对粗略步骤。大致分为以下几个方面：
 
根据总需求，拆分为硬件需求；
粗略方案；
具体方案步骤计划拆分；
投入人力；
周期。
 
 
 
硬件需求
 
由于当前总的需求针对的平台仅仅为硬软件，且偏向于BSP方面，所以当前总需求和硬件需求几乎能做到一一对应。当前硬件需求大致如下：
 
 
CPU最小系统：
 
CPU：rk3288；
RAM：256-4G的pin to pin扩展（考虑场合需求，成本考虑，避免大车拉小车厢，适合最重要）；
ROM：4G-128G的pin to pin扩展flash（同上）；
 
电源部分：
 
           提供系统电源，尽量电源可管控，缩减功耗功耗功耗浪费。
 
 
接口部分：
 
当前接口分为两类，一类是板上可直接使用的接口，配合最小系统的使用，目的是当前平台可独立使用；另一类是对外扩展接口，方便一些平台当前没有将某些功能引出，而通过这个扩展口将对应功能引出。具体如下：
平台内部直接使用接口： 
  
考虑向外部输电。
要保留触摸功能；
要能够接一个显示屏；
要有debug接口；
要提供usb下载，通信功能；
平台对外扩展接口：将cpu内部各个功能引脚扩展出去。
其他：板上要有一个无线传输功能，要兼容功耗考虑，以及结合RK3288的高清显示硬解码能力，能够传输4k视频流。
 
 
 
粗略方案
 
       根据第2节中所述，当前硬件先列出应对粗略方案，具体方案见后续选型设计时，按照各个功能模块的方式列出详细设计方案。大致如下：
 
 
CPU最小系统：
 
  
CPU：rk3288；
RAM：这里可考虑ddr3或者ddr4，当前的地址总线近乎一致，可以有效的通过单片容量以及成对焊接的方式来调整实际需求时的RAM大小，具体见RAM选型和设计图时分析；
ROM：这里可考虑MMC通用的flash，这种flash全球近乎封装一样，规格一样，再不需要更改软硬件的情况下，更换各种容量大小的flash，直接可使用；
 
电源部分：
 
  
限于尺寸原因，可考虑三个方面供电：usb下载口，debug串口，外部扩展供电口；
限于功耗原因，当前系统考虑采用PMIC管控电源；
同时每个内部扩展口，均考虑有效的电源管控，实现在不使用的情况下，有效功耗控制最低的方式。
 
接口平台
 
 内部直接使用接口：
Usb接口一个，其兼容下载，通信，供电三个方面；
Debug串口一个，可和usb兼容供电；
MIPI接口一个，可接4k 的液晶屏；
I2C接口一个，可接触摸；
电源接口一个，可提供一个5v和Gnd的接口，可以外部输出电，也可内部供电（要放置接反）；
 平台外部扩展接口：
采用一至2个座子，通过插拔或者排线的方式将平台上的片上资源扩展出去；
其他：
无线通信科考虑2.4G/5G的wifi 蓝牙模块。这种模块可切换2.4G/5G的工作方式，在实际需求高清显示时，可采用5G通信，在低功耗时，可考虑蓝牙通信。
 
 
 
方案步骤计划
 
      硬件的方案步骤计划大致可以分为以下几个阶段：
 
          
 
       上流程为当前硬件开发流程计划。其中整改部分贯穿整个设计过程。因为毕竟研发，总有些意想不到。
 
 
投入人力
 
       1.5人。
 
 
周期
 
      整个案子的周期计划进度表，正在排序中，由于不受控元素太多，尽量会在下周结合软件方面的工作量排个计划。

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前言：转向Android智能硬件开发近一年了,一路过来也经历过几个大大小小的项目，从对Android智能硬件一无所知到现在算是略有小成，期间踩了很多坑，也接触到了许多非Android方面的知识，现用文章的方式将之记录下来，与大家分享。
 
 
1.Android智能硬件的定义与应用领域
 
关于智能硬件的定义，以我理解的角度来看，首先这是一个不同于移动手机的硬件,它本质还是一个可触碰的实质物体;其次关于智能，只要是基于Android系统开发的硬件就可称之为智能，因为智能硬件最关键的特性就是与外部连接通信，也称之为物联网，而Android系统自带优秀的外部连接通信体系。
 
我们最常听到与见到的智能硬件有手环、智能音箱、智能家居这些比较成熟的消费级商品，这些智能硬件大部分都是没有界面的，与我从事的领域有所不同。没有界面的智能硬件大部分都不是Andriod系统，而有触屏界面的智能硬件我敢说80%以上都是Android系统，因为Android的交互体系绝对是最好的。
 
市面上成熟的Android智能硬件有：手持POS机、自动售货机、政务自助机、人脸识别门禁、收银机、汽车多媒体、电子班牌、快递柜、影院取票机、广告视频机等等。
 
2.一款智能硬件产品开发的全流程
 
导入需求,分析确定需求细节，讨论方案的技术可行性。
确定项目负责人、产品经理、硬件工程师、软件工程师、结构工程师、UI设计师。
由需求确定使用哪些外设，对外设进行选型，需充分考虑性能、质量、结构设计、价格、供应商支持度等各方面的因素。
优先确认使用什么Android主板，确认主板与外设选型后告知结构工程师进行结构外形设计。
硬件工程师负责外接设备的控制板开发并提供接入协议，硬件工程师还须将外设接入Android主板的线材适配好。
UI设计师提供界面给软件工程师(Android),开始进入进行软件开发阶段。
产品样品建模制作出外壳，打磨、喷漆后进行所有元件的组装。
样品烧入程序，开始交予测试。
程序bug修改，稳定性测试。
所有测试通过后，撰写用户文档与操作手册。
一款智能硬件样品全部制作完毕。
 
3.智能硬件开发所涉及的技术体系概述
 
Android UI 
  
列表(RecycleView)
弹窗(Dialog)
动画(Animation)
文字与按钮(TextView)
手势(Gesture)
 
外部通信 
  
串口通信(UART)
以太网
Wifi、热点
4G
蓝牙
USB
NFC
I2C
GPIO
 
存储 
  
TF卡
U盘
FTP
 
Linux系统 
  
脚本
点亮屏幕
固件升级
 
NDK 
  
音视频播放
设备通讯协议加密
接入已有的C库
语音识别
人脸识别
 
外接设备 
  
二维码
摄像头
红外感应器
喇叭、麦克风
触摸屏
LCD液晶屏
打印机
NFC模块
IC类读卡器
 
 
4.关于主板选型
 
Android主板的选型一定要放在首位，因为这是整个产品的控制中心，核心元件，如果不能自己定制主板，那就只能依赖于供应商提供方案。现行市面上非常多做安卓工业主板的，不愁找不到主板，但想要很特殊的定制可能会比较麻烦，除非你的量很大，否则只能用人家的标准板。依赖供应商还有一个特别麻烦的事情，就是系统功能定制的沟通，这是一个特别漫长而痛苦的过程。
 
4.1 Anroid系统在智能硬件中所必要的功能
 
结合多个项目的经验，总结出智能硬件在安卓系统中所基本必要的功能。
 
序号
功能
说明
1
开机自启
智能硬件一般只运行一个应用,且开机就要自动打开
2
保证应用永远在前台运行
让用户永远不会看到除了应用之外的其它安卓界面
3
有接口设置系统时间
有些局域网场景无法连接外网,需要同步局域网服务器时间
4
定时开关机(带RTC电池)
为了让系统更好运行,可能需要每隔几天重启一次
5
静默安装应用,完成后直接拉起应用
更新安装应用过程必须是无感的
6
系统固件更新接口
将新的系统固件放入系统后能用有方法更新
7
支持U盘、TF卡且有路径检测
对于非联网管理的产品必须要能检测到外部存储插入
8
设置静态以太网IP接口
对于某些依赖于IP地址进行管理的产品必须要能设置IP
9
开启/关闭背光电源接口
有些场景可能要求节能环保,关背光很必要
10
读写IO口接口
IO口是控制外设开关的关键功能
11
设置屏幕显示方向
横竖屏根据项目会有不同要求
4.2 主板CPU芯片的选择
 
CPU芯片是一块主板最核心的元件,对于智能硬件而言CPU价格是不能太高的,不然会导致产品成本过高竞争力下降，但CPU性能又不能太差以让产品毫无竞争力可言。从我观察的情况来看，现在市面上的智能硬件基本是三家芯片厂商占据了绝大部分市场，它们分别是：
 
瑞芯微 Rockchip,简称RK
全志 AllWinner
飞思卡尔 FreeScale
 
瑞芯微是我接触比较多的，在百度搜安卓主板出来的广告厂商基本都是采用瑞芯微方案的，总体来说瑞芯微方案是最成熟的。
 
全志的安卓主板给我的感觉就是很便宜但系统都是4.2或4.4,说实话有点落后时代，不是5.0系统以上的主板我都不想碰，界面太丑系统还有点卡。
 
最后关于飞思卡尔，这是一个国外厂商，我手上还没接触过这个芯片的板子，很少见搭载这个芯片的安卓主板，也许在某些特定应用场景才会考虑这个芯片吧。
 
下面重点介绍下瑞芯微(下面简称RK芯片)系列4款常见的芯片。
 
芯片
定位
特性
RK3188
低端
四核Cortex-A9(32位),频率最高1.6GHz,四核Mali-400MP4 GPU,支持OpenGL ES1.1/2.0,1080P视频编解码 (H.264)
RK3288
中端
四核Cortex-A17(32位),主频最高达1.8GHz,Mali-T764 GPU,支持OpenGL ES 1.1/2.0/3.1, OpenCL, DirectX9.3,1080P视频编解码 (H.264/265)
RK3368
中低端
八核64位Cortex-A53,主频最高达1.5GHz,PowerVR G6110 GPU,支持 OpenGL ES 1.1/2.0/3.1,OpenCL,DirectX9.3,1080P视频编解码 (H.264/265)
RK3399
高端
双Cortex-A72+四Cortex-A53大小核CPU结构,主频最高达1.8GHz,Mali-T864 GPU,支持OpenGL ES1.1/2.0/3.0/3.1,OpenVG1.1,OpenCL,DX11,1080P视频编解码
目前RK3288工业主板的价格大概在350~500 之间，RK3399价格在500~700之间，RK3188比3288便宜，RK3368介于3288与3399之间。
 
对于绝大多数应用场景而言，RK3288绝对能满足需求，价格也比较适中，系统一般是Android5.1不用进行运行时权限适配。RK3399主要用于对于运算能力要求比较高的场景，比如人脸识别，3399还有一大优势就是板子面积相对而言比较小。我目前基本都是采用3288进行开发的，对于智能硬件而言成本还是首要考虑因素，毕竟制造业利润低，苦笑~
 
下图是一块3288的主板示意图及规格说明
 
 
 
5.关于串口通信
 
串口通信是Android智能硬件开发所必须具备的能力，市面上类型众多的外设基本都是通过串口进行数据传输的，所以说不会串口通信根本就做不了智能硬件开发。
 首先来看一张RK3288的架构图，在ConnectActivity那一个模块可以发现UART*5的字样，这就表示3288有5个串口可用，其中串口2一般是调试口不开放使用。
 
 
5.1 UART定义
 
通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种串行异步收发协议。
 
UART串口有三种工作方式：单工、半双工、全双工。硬件连接比较简单，仅需要3条线，注意连接时两个设备UART电平，如电平范围不一致请做电平转换后再连接，可参考此文章。
 
我们常见的串口通讯设置的界面如下所示,
 
 主要有下列几个参数；
 
Speed(baud) 波特率
Data bits 数据位
Stop bits 停止位
Parity 奇偶校验位
Flow Control 流控
 
我们的设置基本都是8位数据位，1位停止位，无校验无流控，就如上图所示。对于程序开发而言，主要关注的参数就是波特率。
 
上述的那篇参考文章博主关于波特率是有点误解的，他将比特率理解成波特率，其实两者是有区别的。
 
波特率表示每秒钟传送的码元符号的个数，是衡量数据传送速率的指标，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。
 
1波特即指每秒传输1个码元符号（通过不同的调制方式，可以在一个码元符号上负载多个bit位信息），1比特每秒是指每秒传输1比特（bit）。单位“波特”本身就已经是代表每秒的调制数，以“波特每秒”（Baud per second）为单位是一种常见的错误。
 
按照上述的基本设置，其实一个码元总共传输了10个比特，1个起始位+1个停止位+8个数据位，如波特率为9600，那每秒一共传输了9600*10 = 96000个比特，换算成字节为12000 byte，约合11.72kb。
 
需要注意的是这12000byte指的是串口实际一共传输的数据位，但对于我们程序而言，真正能处理的数据就是除去起始位与停止位的数据位，对于传输8位数据位的设置而言，波特率是多少则传输的字节就是多少。如9600的波特率表示每秒传输9600个字节，每毫秒9.6字节。
 
安卓主板中一个串口端子的定义如下图所示
 
 
几乎所有安卓主板上的串口都是这种4pin的形式，这里有一个特别重要的点，就是对外设接线时，RX要对上外设的TX口，TX则对应RX口，否则是接收不到数据传输的。
 
在我所接触的众多外设中，安卓的常用串口有三种标准接口。
 
RS232
RS485
TTL
 
UART所指的是硬件接口，是硬件层次的描述。而TTL与RS232、485则指的是数据传输的电平标准，计算机的存储单位是二进制位(bit),也就是0和1，而0和1怎么用电压来表示呢？不同的表示方法于是对应了不同的标准，这就是TTL、RS232这些电平标准之间的区别。
 
所有CPU芯片的UART数据传输的电平都是采用TTL标准的，我们所看到的安卓主板上RS232或485的接口都是要再需要经过一次电平转换才能与CPU进行通信的。可以这样说，安卓主板CPU直接引出来的串口管脚都是TTL标准的，如需要其它的接口则要中间再增加一个电平转换芯片以满足要求。
 
参考文章:
 https://www.jianshu.com/p/f1bfc7f6059b
 https://blog.csdn.net/zhuyongxin_6688/article/details/78001767
 
5.2 三种UART接口介绍
 
TTL
 
TTL（Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑），TTL电路的工作电压是5V，它的输出可以是高电平（3.6V）或者低电平（0.3V）。为了用这种模拟量的电压来表示数字量的逻辑1和逻辑0，TTL电平规定：
 
对于输出电路：电压大于等于（≥）2.4V为逻辑1；电压小于等于（≤）0.4V为逻辑0；
对于输入电路：电压大于等于（≥）2.0V为逻辑1；电压小于等于（≤）0.8V为逻辑0；
 
参考:https://blog.csdn.net/wofreeo/article/details/82389002
 
RS232
 
它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”，该标准规定采用一个25个脚的DB-25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。
 
后来IBM的PC机将RS232简化成了DB-9连接器，从而成为事实标准。而工业控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。如下图所示。
 
 
采用负逻辑，规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V，逻辑“0”的电平为+5 V～+15 V。选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力，增大通信距离。RS -232的噪声容限为2V，接收器将能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，将高到-3 V的信号作为逻辑“1”。
 
全双工通信，传输距离较短，其通讯距离小于15 m，传输速率小于20 kb/s。
 
RS485
 
RS-485总线标准规定了总线接口的电气特性标准即对于2个逻辑状态的定义：正电平在+2V～+6V之间，表示一个逻辑状态；负电平在-2V～-6V之间，则表示另一个逻辑状态；
 
数字信号采用差分传输方式，即是A-B两者的电压差用以表示逻辑状态，能够有效减少噪声信号的干扰。
 
RS-485工业总线标准能够有效支持多个分节点和通信距离远，总共可接收32个设备，且对于信息的接收灵敏度较高,均采用屏蔽双绞线传输。采用半双工(两线制)最大传输距离约1219米，传输速度最高达10Mbps。
 

 
从Android3.0(API Level 11)开始，支持硬件加速，可充分利用GPU的特性，使得界面渲染更加平滑。
 
但是硬件加速自身并非完美，在某些Webview版本上，比如Android5初期的一些rom上的Webview版本是chrome37、38版本，由于其本身的硬件加速策略的bug，导致代码稍微给硬件一些压力，就会引发闪屏、花屏等渲染问题。
 
硬件加速的好处
 
硬件加速对渲染的流畅度有大幅提升。
 
在开启硬件加速后，上下拖动列表的感觉是没有跳帧的平滑拖动感，如果没有硬件加速，拖动时能感受到有丢帧。
 
在窗体切换动画上也类似，硬件加速开关对切换动画的影响很大。
 
对于video、canvas、webgl，没有硬件加速是没法商用的，Android webview里video标签里的视频如果没有硬件加速会看不到画面。
 
硬件加速的代价
 
硬件加速属于双缓冲机制，使用显存进行页面渲染(使用较少的物理内存)，导致更频繁的显存操作，可能引起以下现象：
 
花屏、闪屏、分块渲染；
 
那么对于开发者，始终要注意降低页面的内存占用，给硬件加速腾出RAM。
 
具体参考http://ask.dcloud.net.cn/article/12837
 
硬件加速的开关控制
 
在5+App可以从两个级别对硬件加速进行控制：
 
App级别
 
程序级别开关是设置整个程序是否使用硬件加速，关闭后程序中所有页面将都不可使用硬件加速功能，可通过以下方式操作：
 
HBuilder中配置的方法
 
打开应用的manifest.json文件，切换到“代码视图”，在plus->distribute->google节点下添加“hardwareAccelerated”字段：
 

 
要开启硬件加速设置值为true，关闭硬件加速则设置值为false。不配置的话默认是auto。
 
保存提交到App云端打包才能生效。
 
离线打包配置的方法
 
打开工程的AndroidManifest.xml文件，切换到代码视图模式，在application节点下修改“android:hardwareAccelerated”属性值：
 

 
要开启硬件加速设置值为true，关闭硬件加速则设置值为false。
 
保存后重新编译即可生效。
 
Webview窗口级别
 
除了App级别，还可以对单个Webview控制是否开启硬件加速功能，比如App关闭了硬件加速，但某个webview又打开了硬件加速：
 
新开Webview窗口是否开启硬件加速
 
创建Webview窗口时(注意创建完毕再修改无效)，可设置WebviewStyle参数的hardwareAccelerated属性值控制是否开启硬件加速：
 
var styles = {hardwareAccelerated:true}; // true表示开启Webview的硬件加速，false表示关闭Webview的邮件加速
 
var webview = plus.webview.create( "url", "id", styles );
 
webview.show();
 
设置首页webview是否开启硬件加速
 
上面的新开webview时设置硬件加速对首页是无效的，因为首页不是js创建的。首页webview的硬件加速单独配置需要在manifest里进行。
 
注意此配置与全局设置不同，虽然都在manifest配置，但此配置仅是对首页生效的，并非全局App的硬件加速配置。
 
打开应用的manifest.json文件，切换到“代码视图”，在plus节点下添加“hardwareAccelerated”字段：
 

 
设置值为true表示开启硬件加速，false表示关闭硬件加速。
 
关于硬件加速默认的auto值的说明，即不同平台上5+runtime默认开启或关闭硬件加速的策略
 
参考：http://ask.dcloud.net.cn/article/12830
 
可以通过5+ API查询Webview默认硬件加速是否开启
 
但注意此api即defauleHardwareAccelerated，是我们的引擎的默认策略查询，开发者手动打开硬件加速后，并不会更改这个值。
 
检测硬件加速是否开启，一方面看上下滑动的流畅度，另一种方法是放一个video标签，看看视频是否有画面。
 
关闭硬件加速时，如果想播放视频，有2种方案：
 
对播放视频的webview单独开硬件加速，创建这个webview时参考上面的方法开启硬件加速。