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探索嵌入式应用框架(EAF)

导读: EAF是Embedded Application Framework 的缩写,即嵌入式应用框架。嵌入式应用框架是 Application framework的一种, 是在嵌入式领域的应用框架。

EAF是Embedded Application Framework 的缩写,即嵌入式应用框架。嵌入式应用框架是 Application framework的一种, 是在嵌入式领域的应用框架。

Application Framework——应用框架,是一种软件框架,软件开发人员用应用框架作为标准结构,以便实现应用软件。

那什么是软件框架呢?

关于软件框架

软件框架是一个抽象的概念, 是提供了通用的软件功能,可以通过用户编写代码有选择地改变, 从而提供特定的软件应用。 软件框架提供了构建和部署应用程序的标准方式。 软件框架是一个通用的、可重用的软件环境, 它提供特定的功能, 作为大型软件平台的一部分, 以促进软件应用程序、产品和解决方案的开发。 软件框架可能包括辅助程序、编译器、代码库、工具集和API , 汇集了所有不同的组件, 便于一个项目或系统的开发。

那些我们用过或者常见的软件框架太多了:

windows上MFC

.net Framework

spring framework以及衍生的SSH等等

Entity Framework

Robot Framework

play framework

Zend framework

Oracle Application Development Framework

Cactus Framework

Eclipse XXX framework

AWS Lambda Framework

FrondEnd framework:Vue.js,Angular.js,React等等

尤其是Web 应用框架更加丰富多彩,基于各自语言实现的Web Application Framework 不胜枚举。

进一步, 很多的系统架构也引入Framework 的概念,例如,Enterprise architecture framework等等,甚至在研发管理上也同样涌现了Framework,例如 Project Management Framework,Risk Management Framework等,外延在不断在融合放大。

关于软件应用框架的开发著述也有很多,例如侧重API设计的《软件框架设计的艺术》等等。

嵌入式系统的应用框架

与一般的电脑相比, 嵌入式设备有着自己的特性, 例如耗电量低、体积小、操作范围粗糙、单位成本低。 这是以有限的加工资源为代价的, 这使得程序和交互的难度大大增加。 然而, 通过在硬件之上建立智能机制, 利用可能存在的传感器和存在一个嵌入式单元网络, 既可以在单位和网络一级对现有资源进行最佳管理, 并提供远远超出现有可用功能的增强功能。 这或许就是嵌入式应用的必然性。

EAF 是面向嵌入式系统的软件应用框架。嵌入式系统是一个在较大的机械或电气系统中具有专用功能的计算机系统, 通常具有实时计算约束。嵌入式系统从便携式设备, 如数字手表和 MP3播放器, 到大型的固定设备, 如交通灯, 工厂控制器, 以及大部分复杂的系统, 如混合动力车、核磁共振成像和航空电子设备等等。 复杂性从低到单一的微控制器芯片, 到非常高的多个单位等等。

鉴于如此的复杂,很难有一个统一的应用开发框架。

但是,参考Java 面向资源的分类(J2EE,J2SE,J2ME,Java Card等),我们可以对嵌入式系统的应用框架进行尝试分析。

手机上的应用框架

由于手机的功能越来越强大,很多时候被认为超出了嵌入式系统的范畴。但是,了解手机上的应用框架,对于EAF而言,还是大有裨益的。

手机上的应用开发框架一般也被称为 Mobile Development Framework。近些年,随着智能手机的普及,面向手机开发的应用框架已被人们所熟知,例如 ios development framework,Android development framework,还有基于HTML5的混合编程框架PhoneGap等等。

尤其是Android,如果资源允许,基于android的嵌入式设备可以轻松使用android的软件应用框架。google 还面向嵌入式设备推出了android wearable 等一系列方案,当然iOS 也是如此。

下图就是那张经典的android 架构层次图:

Android应用程序框架分为应用层、应用框架层、系统运行库层和Linux内核层,在开发应用时就是在这个框架上进行扩展。Android应用框架的部分功能如下:

android.app:提供高层的程序模型和基本的运行环境。

android.content:包含对各种设备上的数据进行访问和发布。

android.database:通过内容提供者浏览和操作数据库。

android.graphics:底层的图形库,包含画布,颜色过滤,点,矩形,可以直接绘制屏幕上。

android.location:定位和相关服务的类。

android.media:提供一些类管理多种音频、视频的媒体接口。

android.net:提供帮助网络访问的类,超过通常的java.net.*接口。

android.os:提供了系统服务、消息传输和IPC机制。

android.opengl:提供OpenGL的工具。

android.provider:提供访问Android内容提供者的类。

android.telephony:提供与拨打电话相关的API交互。

android.view:提供基础的用户界面接口框架。

android.util:涉及工具性的方法,例如时间日期的操作。

android.webkit:默认浏览器操作接口。

android.widget:包含各种UI元素(大部分是可见的)在应用程序的布局中。

智能手机的资源还是相当丰富的,在智能手机之前的Feature Phone 同样有着自己的应用开发框架,只是不如Android 和iOS 那么普及,已经逐渐被人们所遗忘。 但是,这些应用框架的设计思想和实现方式同样有着重要的参考性。例如,Qualcomm的BREW(翻开了历史的回忆)。

BREW 指Binary Runtime Environment for Wireless 的缩写,从基本的层面而言,BREW 平台就是手持设备上嵌入式芯片操作系统的接口或抽象层。

BINARY 是指二进制。BREW的编程接口是一套二进制的函数库。所有基于BREW的应用和扩展类被编译和联接成二进制代码,在本地执行。

RUNTIME是指运行时间。所有基于BREW的应用和扩展类志在运行时被发现和调用,这一点很像动态连接库,事实上,BREW的应用和扩展类的模拟器版本就是一个DLL。

ENVIRONMENT是指环境。BREW是一个开放而且灵活的环境,提供了大量的编程接口,并可以管理丰富的业务。

WIRELESS是指无线。BREW 可以充分无限设备的特性,快速有效的运行与低 RAM/FLASH 的环境中,使有限的无线网络资源得到有效的使用。

BREW基本上遵从COM这一组件构架的。组件架构的一个优点就是应用可以随时间的流逝而发展进化,除此之外,使用组件还有一些可以使对以有应用的升级更加方便和灵活的优点,如应用的定制,组件库以及分布式组件等。

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