CN117555558A - 一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机系统领域，公开了一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，包括以下步骤：S1、为Android环境安装必要依赖；S2、使用docker方式提供Android运行环境；S3、在Android运行环境中安装Android应用程序；S4、配置和优化各种硬件和软件资源；S5、定制Android应用程序的用户界面和交互方式；S6、实现对Android应用程序的运行控制；S7、启动Android应用。通过为Linux用户带来更加丰富的应用选择，同时也将推动Android应用生态的更加多元化发展，从而扩大嵌入式设备的应用范围和提高用户体验。

Description

一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法

技术领域

本发明涉及计算机系统领域，具体为一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法。

背景技术

随着移动互联网技术的快速发展，Android操作系统在全球范围内获得了广泛使用。Android操作系统是由Google公司开发的基于Linux的开源操作系统，自2008年首次发布以来，迅速成为全球最受欢迎的移动设备操作系统。Android操作系统在全球市场占有率超过70％，在智能手机、平板电脑、电视、智能手表等多种设备上拥有广泛的应用。Android的开放性、灵活性和丰富的生态系统为开发人员和用户提供了极具吸引力的平台。因此，从全球范围来看，Android应用程序的种类与数量呈现出持续快速增长的态势。在各个领域和场景，如日常生活、社交娱乐、商务办公、专业技术等，Android应用程序为广大用户提供了丰富的功能和优质的使用体验。

嵌入式设备是一种具有特定功能、紧凑型、低能耗的计算设备，通常被集成到各种电子产品和系统中。嵌入式设备在各个领域均有广泛应用，如消费电子产品、工业控制系统、医疗设备、智能家居、交通运输等。这些设备通常具有专门的功能和有限的硬件资源，对操作系统的性能和稳定性要求较高。嵌入式Linux操作系统因其精简、高度可定制、稳定性高的特点而广泛应用于各类嵌入式设备。然而，将Android应用程序移植到嵌入式Linux操作系统上存在一定的技术难度，主要原因在于Android和嵌入式Linux操作系统之间的架构差异和资源配置问题。

随着嵌入式设备功能的不断丰富和市场竞争的日益激烈，越来越多的嵌入式设备厂商和开发者渴望在嵌入式设备上成功运行Android应用程序。这样一来，可以利用Android应用生态系统的红利，为嵌入式设备带来更丰富的功能和更好的用户体验。另一方面，引入Android应用可以降低研发成本、缩短产品上市周期，同时提高跨平台应用的兼容性和可维护性。然而，Linux操作系统用户在尝试使用这些应用时，可能会遇到不少困难。

当前，市场上存在一些可以在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的解决方案，如Anbox、Genymotion、Waydroid等。这些解决方案使得Linux用户能够在他们的设备上运行Android应用，但它们依然存在一定的局限性，例如性能问题、兼容性问题等。

因此，有必要研究一种新的方法，以实现在嵌入式Linux操作系统上更高效、更稳定地运行Android应用。

发明内容

本发明提供了一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，解决了现有的嵌入式Linux操作系统上运行Android应用存在的性能及兼容性等问题。通过将Android应用与Linux操作系统进行有效的集成，充分利用Linux操作系统的特性以及对Android应用进行优化，在保证应用性能和兼容性的同时，还能为用户带来出色的使用体验。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，包括以下步骤：

S1、为Android环境安装必要依赖；

S2、使用docker方式提供Android运行环境；

S3、在Android运行环境中安装Android应用程序；

S4、配置和优化各种硬件和软件资源；

S5、定制Android应用程序的用户界面和交互方式；

S6、实现对Android应用程序的运行控制；

S7、启动Android应用。

优选的，所述S1步骤包括：采用Linux嵌入式操作系统作为底层操作系统，使用Wayland显示协议替换X11显示协议，安装支持Wayland显示协议的桌面。

优选的，所述S2步骤包括：在上一步的环境中，安装docker应用，下载一个Android系统实例，通过docker容器虚拟Android运行环境，安装Android系统实例，通过在Linux操作系统中运行一个独立的Android系统实例，使得Android应用程序可以在该环境中运行。

优选的，所述S3步骤包括：将需要使用的Android应用程序放到设备上，将Android应用程序安装到Android运行环境中，使得嵌入式Linux操作系统能够识别并加载这些应用程序。

优选的，所述S4步骤包括：在嵌入式Linux操作系统中配置和优化各种硬件和软件资源，包括但不限于处理器性能、内存容量、显示设备、输入设备、网络连接，以满足Android应用程序的运行需求。

优选的，所述S5步骤包括：根据嵌入式设备的特点和应用场景，定制Android应用程序的用户界面和交互方式，以适应不同类型的嵌入式设备和多样化的使用需求。

优选的，所述S7步骤包括：在嵌入式Linux操作系统中通过docker运行Android环境；进入Android运行环境后，打开Android应用。

本发明提供了一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法。

具备以下有益效果：

1、本发明的在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，在保证应用性能和兼容性的同时，还能为用户带来出色的使用体验，有望填补市场空白，为Linux用户带来更加丰富的应用选择，同时也将推动Android应用生态的更加多元化发展，从而扩大嵌入式设备的应用范围和提高用户体验。

2、本发明使用Wayland显示协议替换X11显示协议，Wayland采用了现代化的图形堆栈设计，通过直接与硬件交互，减少了不必要的中间层，提供了更低的延迟和更高的帧率，可以实时地将图形内容发送到显示器上，从而提供更快的响应速度和更流畅的用户体验，Wayland采用了严格的安全模型，每个应用程序在自己的窗口中运行，并且不能直接访问其他应用程序的图形内容，Wayland提供了更灵活和强大的多显示器支持，可以轻松实现多台显示器的扩展和镜像，以及多台显示器的独立设置，具有更好的多显示器支持，Wayland对触摸和手势支持更加友好和灵活，能够更好地适应触控设备的操作方式。

3、本发明通过docker容器虚拟Android运行环境，对系统的性能损失消耗小，可增加虚拟安卓的数量密度，同时也可以使该项专利应用于云手机、云游戏等应用场景，相比于传统的虚拟机固定分配核心与内存的方案，docker容器的性能损失小，可获取接近全部的资源，并且能根据负载动态调整，且docker虚拟安卓采用了容器化技术，避免了额外的虚拟化层，因此可以获得更接近原生Android系统的性能，docker虚拟Android可以共享嵌入式Linux操作系统的内核，因此相比传统的模拟器运行Android系统的方式，它更轻量级且占用更少的系统资源，启动和停止容器的过程非常迅速，docker虚拟Android使用docker的管理工具，使得Android应用程序的管理和部署变得更加简单和灵活。

4、本发明实现对Android应用程序的运行控制步骤中，docker虚拟Android使用容器化技术，相比传统模拟器运行Android系统的方式更轻量级，容器共享主机操作系统内核，不需要额外的操作系统资源，减少了资源的消耗，可以轻松地在不同的环境中部署和运行，提供了更高的可移植性，docker虚拟Android可以在几秒钟内启动，而传统模拟器运行Android系统的方式需要几分钟甚至更长时间来启动，可以更灵活地控制和管理Android应用程序的运行环境，可以更有效地利用硬件资源，提高资源利用率的同时，更加方便对每个Android应用程序进行管控。

附图说明

图1为本发明一种实施例的嵌入式Linux操作系统适配Android环境的基本要素示意图；

图2为本发明一种实施例的Android运行环境配置示意图；

图3为本发明一种实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，包括以下步骤：

S1、为Android环境安装必要依赖。

S2、使用docker方式提供Android运行环境。

S3、在Android运行环境中安装Android应用程序。

S4、配置和优化各种硬件和软件资源。

S5、定制Android应用程序的用户界面和交互方式。

S6、实现对Android应用程序的运行控制。

S7、启动Android应用。

进一步地，步骤S1“为Android环境安装必要依赖”，需要为Android环境的运行提供保障，具体方法包括：

S101、选择一个合适的Linux系统。采用Linux嵌入式操作系统作为底层操作系统，具有高度的稳定性和安全性，能够有效管理和调度硬件资源，并提供良好的交互界面。

S102、开启必要的内核支持项。

S103、使用Wayland显示协议替换X11显示协议。

S104、安装支持Wayland显示协议的桌面。

进一步地，S103步骤“使用Wayland显示协议替换X11显示协议”，也是本发明相较于现有技术的创新点之一，优点在于：

本发明有更好的性能：Wayland采用了现代化的图形堆栈设计，通过直接与硬件交互，减少了不必要的中间层，提供了更低的延迟和更高的帧率。与X11相比，Wayland在图形渲染和显示处理方面更加高效。

本发明有更好的响应速度：Wayland使用了一种称为“主动渲染”的机制，可以实时地将图形内容发送到显示器上，从而提供更快的响应速度和更流畅的用户体验。而X11采用的是“被动渲染”的方式，需要等待应用程序请求才能进行渲染，导致响应速度相对较慢。

本发明有更好的安全性：Wayland采用了严格的安全模型，每个应用程序在自己的窗口中运行，并且不能直接访问其他应用程序的图形内容。这样可以有效地防止恶意程序对系统的攻击和窃取用户数据。而X11的设计则较为宽松，应用程序可以直接访问其他应用程序的图形内容，存在一定的安全风险。

本发明有更好的多显示器支持：Wayland提供了更灵活和强大的多显示器支持，可以轻松实现多台显示器的扩展和镜像，以及多台显示器的独立设置。而X11在多显示器支持方面较为复杂和繁琐。多显示的支持，也为云手机的配置支持带来了更多的便利。

本发明有更好的触摸和手势支持：Wayland对触摸和手势支持更加友好和灵活，能够更好地适应触控设备的操作方式。而X11在触摸和手势支持方面相对较弱。而对于Android应用来说，触摸和手势操作是必不可少的应用控制方式。

进一步地，步骤S2“使用docker方式提供Android运行环境”，具体方法包括：

S201、在上一步的环境中，安装docker应用。

S202、下载一个合适的Android系统实例，主要是需要选择一款高兼容性的Android系统镜像实例。

S203、通过docker容器虚拟Android运行环境。安装Android系统实例，通过在Linux操作系统中运行一个独立的Android系统实例，使得Android应用程序可以在该环境中运行。

进一步地，所述S203步骤“通过docker容器虚拟Android运行环境”，也是本发明相较于现有技术的创新点之一，优点在于：

本发明有更好的方案：使用docker容器虚拟Android技术，其核心关键在于虚拟化，虚拟化的实现方式决定了硬件资源的使用效率。在嵌入式Linux系统中使用docker的方式来运行Android系统实例，实现虚拟化，这项技术对系统的性能损失消耗小，可增加虚拟安卓的数量密度，同时也可以使该项专利应用于云手机、云游戏等应用场景。

本发明有更好的性能：相比于传统的虚拟机固定分配核心与内存的方案，docker容器的性能损失小，可获取接近全部的资源，并且能根据负载动态调整。且docker虚拟安卓采用了容器化技术，避免了额外的虚拟化层，因此可以获得更接近原生Android系统的性能。

本发明有更高的资源利用率：docker虚拟Android可以共享嵌入式Linux操作系统的内核，因此相比传统的模拟器运行Android系统的方式，它更轻量级且占用更少的系统资源。这意味着可以在同一台嵌入式Linux操作系统宿主机上运行更多的Android系统实例，并且能够更有效地利用硬件资源。

本发明有更快的启动和停止响应：由于docker容器共享嵌入式Linux操作系统内核，启动和停止容器的过程非常迅速。相比之下，传统模拟器运行Android系统的方式需要启动完整的操作系统和虚拟化层，通常需要更长的时间。

本发明有更简化的管理和部署方式：docker虚拟Android使用docker的管理工具，使得Android应用程序的管理和部署变得更加简单和灵活。可以通过容器镜像来快速复制和部署安卓应用程序，实现快速迭代和扩展。若用于云手机，则可采用macvlan方式，每个Android的docker容器有唯一ip地址；在局域网内表现为独立设备，方便外部访问。可通过网络adb使用scrcpy投屏操作；也支持OpenSTF投屏、调试、管理。

进一步地，所述步骤S3“在Android运行环境中安装Android应用程序”，具体方法包括：

S301、将需要使用的Android应用程序放到设备上。可以通过U盘或者scp的方式，将需要安装的Android应用程序放到宿主机上面。

S302、将Android应用程序(APK文件)安装到Android运行环境中，使得嵌入式Linux操作系统能够识别并加载这些应用程序。

进一步地，所述步骤S4“配置和优化各种硬件和软件资源”，具体方法包括：

S401、在嵌入式Linux操作系统中配置和优化各种硬件和软件资源，以满足Android应用程序的运行需求。各种硬件和软件资源包括但不限于处理器性能、内存容量、显示设备、输入设备、网络连接等。

进一步地，步骤S5“定制Android应用程序的用户界面和交互方式”，具体方法包括：

S501、根据嵌入式设备的特点和应用场景，定制Android应用程序的用户界面和交互方式，以适应不同类型的嵌入式设备和多样化的使用需求。

进一步地，步骤S6“实现对Android应用程序的运行控制”，也是本发明相较于现有技术的创新点之一，优点在于：

本发明具有更轻量级的管理：docker虚拟Android使用容器化技术，相比传统模拟器运行Android系统的方式更轻量级。容器共享主机操作系统内核，不需要额外的操作系统资源，减少了资源的消耗。

本发明具有更快速的启动Android应用程序：docker虚拟Android可以在几秒钟内启动，而传统模拟器运行Android系统的方式需要几分钟甚至更长时间来启动。这使得开发人员可以更快地测试和调试应用程序。

S603、更高的可移植性：docker虚拟Android使用容器化技术，应用程序和所有依赖项都打包在一个容器中，可以轻松地在不同的环境中部署和运行，提供了更高的可移植性。

S604、更高的灵活性：docker虚拟Android可以通过容器化技术实现应用程序的隔离和独立运行，每个容器都有自己的文件系统、网络和进程空间。这使得开发人员可以更灵活地控制和管理Android应用程序的运行环境。

S605、更高的资源利用率：docker虚拟Android可以在同一台嵌入式Linux操作系统主机上同时运行多个容器，每个容器都可以独立运行一个Android应用程序。这样可以更有效地利用硬件资源，提高资源利用率的同时，更加方便对每个Android应用程序进行管控。

进一步地，所述步骤S7“启动Android应用”，具体方法包括：

S701、在嵌入式Linux操作系统中通过docker运行Android环境。

S702、进入Android运行环境后，打开Android应用。

下面结合具体实施例对本发明进一步介绍：

请参阅附图1-附图3，本发明的一种实施例提供了在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用程序的方法。

图1示出了在Linux操作系统上适配Android运行环境的基本要素，主要过程为：

首先，需要为目标嵌入式设备选择一个合适的Linux发行版，安装完毕后，需要在系统中安装Android运行环境所需的依赖库和软件包。这些依赖库和软件包可能包括：Linux内核模块、Wayland显示协议、系统级库、开发工具等。然后，根据Android运行环境官方文档的指引进行安装和配置，其最终的目的，就是确保Android运行环境相关的应用成功安装到设备上。

如图2所示，在安装完Android运行环境之后，还需要对Android运行环境做进一步的适配工作。首先，使用相关命令或者去Android官方网站，开始下载对应芯片架构的Android镜像，这一过程需要保证设备能够访问到互联网；然后，使用命令启动Android运行环境相关的服务，一般来说该服务是一个用于在Linux系统上运行安卓应用的容器，其作用是提供一个独立的环境，使得用户可以在Linux系统中运行安卓应用，而无需使用模拟器或虚拟机；最后，再启动整个Android运行环境，即在Linux系统上运行安卓应用的环境，启动Android运行环境后，就可以使用客户端连接到Android运行环境的图形界面，并像在安卓设备上一样运行和使用安卓应用。Android运行环境提供了与安卓设备类似的用户界面和功能，能够在Linux系统中以原生的方式体验安卓应用。

在一种具体实施例中，在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用程序的方法的具体操作步骤，主流程如图3所示，具体步骤如下：

在步骤S1中，准备在待安装机器(arm64/arm32)上部署嵌入式Linux操作系统，部署好操作系统后，就可以开始配置依赖项，内核依赖项主要包含CONFIG_ANDROID_BINDER_IPC、CONFIG_ASHMEM、CONFIG_PSI、CONFIG_NETFILTER_XT_TARGET_CHECKSUM和CONFIG_VETH；之后也有一些软件和库的依赖项，主要包含curl和python3-pyclipper，可通过sudoapt install curl python3-pyclipper-y进行安装；随后就是替换系统原有的X11显示协议为Wayland显示协议，替换方式与相应设备的CPU和GPU相关；最后就是安装一个支持Wayland显示协议的桌面，比如常用的Gnome或者Weston桌面。

在步骤S2中，主要就是安装Android运行时的环境，安装完毕之后，需要根据当前系统的架构去下载对应的Android镜像；等待系统下载完毕Android镜像之后，就需要启动Android环境服务，通过各种Android环境的官方文档，判断Android环境的运行是否存在问题，至此，Android运行时的环境安装完毕。

在步骤S3中，主要是描述如何在Android运行环境下安装、卸载以及调试Android应用程序。

1)安装app

在此步骤中，可以根据具体需求下载、拷贝或开发一个或多个Android应用程序(APK文件)。然后，将这些应用程序安装到Android运行环境中。可以通过以下途径实现安装：使用adb命令安装指定路径的xxxx.apk或者在Android运行环境中直接使用应用商店(如Google Play商店或其他第三方应用商店)进行安装；或者利用其他定制化的安装工具。

2)调试app

若需要在Android运行环境中调试Android应用程序，可通过查看应用日志的方式进行。可以进入到Android运行环境下的命令行界面，通过命令行的操作，可以查询到对应Android应用程序的日志进行分析。

3)卸载app

若需要卸载某个Android应用程序，可以通过进入到Android运行环境下，长按某个app图标进行操作。

在步骤S4中，目的是配置和优化嵌入式Linux操作系统，为满足Android应用程序的运行需求，需要对嵌入式Linux操作系统中的硬件和软件资源进行配置和优化。主要是保证Android应用程序流畅的运行体验，根据嵌入式设备的显示设备和输入设备进行相应的配置和适配。例如，为系统的图形处理开启GPU硬件加速功能，减少在播放视频和处理图像时对CPU的资源占用率。

在步骤S5中，目的是设置Android应用程序的用户界面和交互方式，根据嵌入式设备的特点和应用场景，可以对Android应用程序的用户界面和交互方式进行定制。具体操作可能包括：设计符合特定场景需求的用户界面。例如，针对工业控制场景，可以设计简洁的用户界面，以提高操作效率；对于智能家居场景，可以提供更丰富的视觉元素和动态效果，以提高用户体验。适应不同类型的输入设备。例如，在医疗设备中，可以考虑使用触摸屏或其他无接触的输入方式(如手势识别、语音控制等)；在车载设备中，可以利用方向盘上的控制按钮进行操作。根据设备特点调整应用程序的布局和视觉样式。例如，针对不同分辨率和屏幕尺寸的显示设备，可以对应用程序的布局和视觉样式进行调整，以保证良好的显示效果。在本实施例中，采用触摸屏作为Android应用程序的用户界面，并采用触控的方式进行人机间的交互。

在步骤S6中，开始进一步对Android应用程序进行操作和控制。在嵌入式Linux操作系统中，可以通过编写脚本或开发管理工具来实现对Android应用程序的启动、关闭、切换等运行控制。具体操作可能包括：编写启动脚本，实现在系统启动时自动启动Android运行环境和指定的Android应用程序，启动脚本可以首先通过特定的命令来启用Android环境，然后通过命令获取到当前所有已安装的Android应用程序，最后再使用命令来指定运行某一个Android应用程序。同时也可以开发运行时管理工具，实现在Linux操作系统中对Android应用程序的运行状态监控、运行资源调配等操作。通过命令行或其他方式实现应用程序之间的快速切换，以便在多个应用程序之间进行高效的操作。

在步骤S7中，主要是对Android应用程序的使用做出进一步的解释。在整个实施过程中，需要反复进行测试和调试，以确保嵌入式Linux操作系统和Android应用程序之间的兼容性和运行稳定性。具体操作可能包括：在不同阶段对整个系统进行压力测试，以评估其性能和稳定性。使用Android Debug Bridge(ADB)和其他调试工具，对Android应用程序在嵌入式设备上的运行情况进行实时监控和调试。根据测试结果，对系统配置、软件资源、硬件设备等进行相应的调整和优化，以提高系统的运行效率和稳定性。

在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、为Android环境安装必要依赖；

S2、使用docker方式提供Android运行环境；

S3、在Android运行环境中安装Android应用程序；

S4、配置和优化各种硬件和软件资源；

S5、定制Android应用程序的用户界面和交互方式；

S6、实现对Android应用程序的运行控制；

S7、启动Android应用。

2.根据权利要求1所述的一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，其特征在于，所述S1步骤包括：采用Linux嵌入式操作系统作为底层操作系统，使用Wayland显示协议替换X11显示协议，安装支持Wayland显示协议的桌面。

3.根据权利要求1所述的一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，其特征在于，所述S2步骤包括：在上一步的环境中，安装docker应用，下载一个Android系统实例，通过docker容器虚拟Android运行环境，安装Android系统实例，通过在Linux操作系统中运行一个独立的Android系统实例，使得Android应用程序可以在该环境中运行。

4.根据权利要求1所述的一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，其特征在于，所述S3步骤包括：将需要使用的Android应用程序放到设备上，将Android应用程序安装到Android运行环境中，使得嵌入式Linux操作系统能够识别并加载这些应用程序。

5.根据权利要求1所述的一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，其特征在于，所述S4步骤包括：在嵌入式Linux操作系统中配置和优化各种硬件和软件资源，包括但不限于处理器性能、内存容量、显示设备、输入设备、网络连接，以满足Android应用程序的运行需求。

6.根据权利要求1所述的一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，其特征在于，所述S5步骤包括：根据嵌入式设备的特点和应用场景，定制Android应用程序的用户界面和交互方式，以适应不同类型的嵌入式设备和多样化的使用需求。

7.根据权利要求1所述的一种在嵌入式Linux操作系统上运行Android应用的方法，其特征在于，所述S7步骤包括：在嵌入式Linux操作系统中通过docker运行Android环境；进入Android运行环境后，打开Android应用。