MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………………………………
8
1.1 KIẾN TRÚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ DI ĐỘNG THÔNG MINH ………
8
1.1.1. Giới thiệu ………………………………………………………………………………….
8
1.1.2. Vi xử lý …………………………………………………………………………………….
9
1.1.3. Bộ nhớ RAM …………………………………………………………………………..
14
1.1.4. Bộ nhớ ROM …………………………………………………………………………..
15
1.1.5. Màn hình …………………………………………………………………………………
15
1.1.6. Bộ xử lý đồ họa
………………………………………………………………………..
16
1.2 CÁC THIẾT BỊ ĐO LƢỜNG
……………………………………………………………
17
1.2.1. Gia tốc kế ………………………………………………………………………………..
17
1.2.2. Con quay hồi chuyển ………………………………………………………………..
18
1.2.3. Định vị vệ tinh …………………………………………………………………………
19
1.2.4. Cảm biến điện dung ………………………………………………………………….
20
1.3 KIẾN TRÚC CỦA NỀN TẢNG ANDROID
………………………………………
21
1.3.1. Nhân của hệ điều hành
………………………………………………………………
21
1.3.2. Thƣ viện
………………………………………………………………………………….
22
1.3.3. Khung ứng dụng trên Android
…………………………………………………..
24
1.3.4. Tầng ứng dụng …………………………………………………………………………
25
1.3.5. Các thành phần trong một ứng dụng Android ………………………………
25
1.4 CÔNG CỤ VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH ………………………………………..
29
1.4.1. Ngôn ngữ lập trình
……………………………………………………………………
29
1.4.2. Công cụ cho lập trình
………………………………………………………………..
29
1.4.3. Một số Game engine
…………………………………………………………………
31
1.5 QUY TRÌNH XÂY DỰNG PHẦN MỀM TRÊN ANDROID……………….
32
CHƢƠNG 2: LẬP TRÌNH GAME CHO ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH
……..
33
2.1 Giới thiệu ……………………………………………………………………………………….
33
2.2 KIẾN TRÚC CỦA TRÒ CHƠI TRÊN ANDROID
……………………………..
33
2.2.1. Kiến trúc chung
………………………………………………………………………..
33
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
2
2.2.2. Kỹ thuật âm thanh
…………………………………………………………………….
35
2.2.3. Kỹ thuật đồ họa
………………………………………………………………………..
36
2.2.4. Hệ thống mô phỏng ………………………………………………………………….
41
2.2.5. Kỹ thuật xử lý va chạm trong game
…………………………………………….
42
2.3 CÔNG CỤ XỬ LÝ ÂM THANH
………………………………………………………
43
2.4 CÔNG CỤ XỬ LÝ HÌNH ẢNH ……………………………………………………….
44
2.5 CÔNG CỤ PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM
…………………………………………….
46
CHƢƠNG 3: TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG ………………………………………………..
50
3.1 CHUẨN BỊ TÀI NGUYÊN CHO ỨNG DỤNG
………………………………….
50
3.1.1. Ý tƣởng của trò chơi …………………………………………………………………
50
3.1.2. Đồ họa
…………………………………………………………………………………….
50
3.1.3. Âm thanh…………………………………………………………………………………
51
3.2 THỰC NGHIỆM …………………………………………………………………………….
51
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
3
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1-1:Kiến trúc cơ bản của FPGA …………………………………………………………..
8
Hình 1-2:Kiến trúc Snapdragon S4 sử dụng bộ vi xử lý Krait ………………………..
10
Hình 1-3: Sơ đồ khối SoC OMAP36xx của Texas Instruments
………………………
10
Hình 1-4: Biểu đồ OMAP4470 của Texas Instruments
………………………………….
11
Hình 1-5: Sơ đồ khối Exynos 4210 của Samsung …………………………………………
11
Hình 1-6: Hình minh họa vỉ mạch Samsung Galaxy S 4G
……………………………..
12
Hình 1-7: Sơ đồ khối của Tegra 2
……………………………………………………………….
13
Hình 1-8: Hình ảnh của Tegra 3. Năm lõi vi xử lý (lõi thứ 5 nằm ở trên cùng) ..
13
Hình 1-9: Hình minh họa vỉ mạch Motorola Droid Razr ……………………………….
14
Hình 1-10: Sơ đồ đơn giản của một tấm nền LCD TFT
…………………………………
15
Hình 1-11: Sơ đồ tấm hiển thị AMOLED ……………………………………………………
16
Hình 1-12: Kiến trúc bên trong GPU Mali của ARM ……………………………………
16
Hình 1-13: Hình minh họa gia tốc kế dùng trong máy bay …………………………….
17
Hình 1-14: Cấu tạo cơ bản của gia tốc kế
…………………………………………………….
17
Hình 1-15: Minh họa hoạt động của gia tốc kế điện tử ………………………………….
18
Hình 1-16: Hình ảnh minh họa con quay hồi chuyển
…………………………………….
18
Hình 1-17: Hình ảnh minh họa MEMS ……………………………………………………….
19
Hình 1-18: Một số tính năng của GPS:
………………………………………………………..
19
Hình 1-19: Hình minh họa cơ chế hoạt động của màn hình cảm ứng điện dung .
20
Hình 1-20: Kiến trúc cơ bản của hệ điều hành Android
…………………………………
21
Hình 1-21: Sự so sánh Java VM và Dalvik VMs ………………………………………….
23
Hình 1-22: Vòng đời của một hoạt động ……………………………………………………..
27
Hình 1-23: Lƣu đồ chuyển trạng thái của dịch vụ …………………………………………
28
Hình 1-24: Kiến trúc của bộ cung cấp nội dung trong Android ………………………
29
Hình 2-1: Kiến trúc cơ bản của một trò chơi trên Android …………………………….
33
Hình 2-2: Hình minh họa ngón tay chạm vào vùng điều khiển trong User Input 34
Hình 2-3: Hình minh họa phép dịch chuyển, phép quay ………………………………..
36
Hình 2-4: Minh họa phép chiếu phối cảnh 3D trên 2D ………………………………….
37
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
4
Hình 2-5: Minh họa phép chiếu song song
…………………………………………………..
37
Hình 2-6: Minh họa góc nhìn hẹp
……………………………………………………………….
37
Hình 2-7: Minh họa góc nhìn rộng ……………………………………………………………..
38
Hình 2-8: Minh họa phép chiếu hình ảnh vào thiết bị, hình bên trái chuyển gốc
tọa độ vào thiết bị và hình bên phải là dịch chuyển thiết bị về phía hình ảnh. ………….
38
Hình 2-9: Hình minh họa hệ trục tọa độ Đề-Các 3 chiều ……………………………….
39
Hình 2-10: Giao diện Android Virtual Device Manager ………………………………..
41
Hình 2-11: Tạo thiết bị ảo trong Android Virtual Device Manager
…………………
42
Hình 2-12: Giao diện chƣơng trình Audacity ……………………………………………….
43
Hình 2-13: Giao diện chƣơng trình MuseScore
…………………………………………….
44
Hình 2-14: Giao diện chƣơng trình InkSpcace
……………………………………………..
44
Hình 2-15: Giao diện chƣơng trình GIMP
……………………………………………………
45
Hình 2-16: Giao diện chƣơng trình tạo nền cho các trò chơi. …………………………
45
Hình 2-17: Giao diện chƣơng trình Fontstruct online ……………………………………
46
Hình 2-18: Giao diện Eclipse …………………………………………………………………….
46
Hình 2-19: Chọn Menu để tạo dự án …………………………………………………………..
47
Hình 2-20: Nhập thông tin cho dự án ………………………………………………………….
48
Hình 2-21: Thiết lập thêm các thông số cho ứng dụng
…………………………………..
48
Hình 2-22: Chọn chế độ hiển thị
…………………………………………………………………
49
Hình 2-23: Hoàn thành tạo dự án………………………………………………………………..
49
Hình 3-1: Hình ảnh máy bay trên bầu trời
……………………………………………………
51
Hình 3-2: Màn hình làm việc cảu Unity3D ………………………………………………….
51
Hình 3-3: Màn hình làm việc của MonoDevelop ………………………………………….
52
Hình 3-4: Hình ảnh khi máy bay địch tấn công
…………………………………………….
53
Hình 3-5: Máy bay bắn đạn ……………………………………………………………………….
53
Hình 3-6: Hình ảnh vừa rẽ sang trái vừa bắn
………………………………………………..
54
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
5
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Stt
Từ viết tắt
Mô tả
1
FPGA
Field programmable Gate Array
2
SoC
System on a Chip
3
GPU
Graphics Processing Unit
4
5
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
6
LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo – Ths. Nguyễn Trịnh Đông,
giảng viên Khoa Công nghệ thông tin – Trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng, ngƣời đã
dành cho em rất nhiều thời gian quý báu, trực tiếp hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ, chỉ bảo
em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông
tin – Trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng, chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo
tham gia giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học
tập tại trƣờng, đã đọc và phản biện đồ án của em giúp em hiểu rõ hơn các vấn đề mình
nghiên cứu, để em có thể hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị, Hiệu trƣởng Trƣờng
Đại học Dân Lập Hải Phòng, ban giám hiệu nhà trƣờng, khoa Công nghệ thông tin, các
phòng ban nhà trƣờng đã tạo điều kiện tốt nhất trong suốt thời gian em học tập và làm
tốt nghiệp.
Tuy có nhiều cố gắng trong quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp nhƣng
không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, em rất mong đƣợc sự góp ý quý báu
của tất cả các thầy cô giáo cũng nhƣ tất cả các bạn để đồ án của em ngày càng hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày 5 tháng 07 năm 2014
Sinh viên
Lê Vũ Minh Quang
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
7
GIỚI THIỆU
Lập trình trên thiết bị di động đang là xu hƣớng phát triển ngày nay của ngành
truyền thông và công nghệ thông tin. Dƣới góc độ kinh tế đây là một ngành đem lại
nhiều lợi nhuận cho nền kinh tế. Thứ nhất, nó mở ra một hƣớng mới cần nhiều lao
động kỹ thuật cao, giải quyết nhiều công việc cho ngƣời lao động. Thứ 2, ngành này
thúc đây nhiều ngành công nghiệp khác phát triển theo nhƣ viễn thông, thƣơng mại
điện tử, giáo dục và một số ngành dịch vụ khác. Thứ 3, ƣu điểm của ngành này là
ngành công nghiệp không khói, nguyên liệu chính là tri thức và đặc biệt đem lại lợi ích
to lớn cho cộng đồng.
Từ các ƣu điểm trên em đã thực hiện đề tài:“Lập trình game trên thiết bị di động”.
Khóa luận này cho em một hƣớng đi mới trong việc định hƣớng nghề nghiệp, cũng
nhƣ phát triển thêm về kỹ năng lập trình và phát triển hệ thống.
Khóa luận này đƣợc trình bày theo cấu trúc sau:
Giới thiệu
Chƣơng 1:Cơ sở lý thuyết, chương này trình bày các kiến thức cơ bản về thiết bị
di động như kiến trúc phần cứng, vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị đo
lường và nền tảng của hệ điều hành Android.
Chƣơng 2: Lập trình trò chơi trên Android, trong phần này các thành phần liên
quan đến một ứng dụng trò chơi được đề cập.
Chƣơng 3:Giới thiệu về ứng dụng trò chơi.
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
8
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu
Lập trình là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghệ thông tin, lập trình
cho thiết bị di động đòi hỏi một số yêu cầu riêng khác với lập trình cho máy tính. Lập
trình cho máy tính nói chung đƣợc phát triển ổn định trong một thời gian dài và có ít
thay đổi về kiến trúc hệ thống cũng nhƣ nền tảng công nghệ. Trong khi đó, thiết bị di
động dù rất phổ biến hiện nay nhƣng có thời gian phát triển tƣơng đối ngắn, công nghệ
đang thay đổi, không có chuẩn thống nhất, phần cứng phụ thuộc nhiều vào các hãng
khác nhau, hệ điều hành rất đa dạng do vậy ngôn ngữ lập trình cũng rất đa dạng. Tuy
nhiên các sản phẩm về thiết bị di động đều có một số chức năng chính nhƣ màn hình
đa chạm, CPU đa lõi, bộ nhớ RAM đủ lớn, thẻ nhớ, ổ cứng SSD. Đặc biệt có một số
thiết bị mà ở các hệ thống máy tính chƣa có nhƣ: Gia tốc kế, Con quay hồi chuyển,
Định vị vệ tinh, máy đo từ trƣờng, và một số các sensor khác. Từ phân tích trên, trong
chƣơng này khóa luận tập trung vào trình bày nền tảng phần cứng của thiết bị di động
và một số ngôn ngữ lập trình điển hình cho thiết bị di động.
1.1 KIẾN TRÚC CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ DI ĐỘNG THÔNG MINH
1.1.1. Giới thiệu
Hiện nay có rất nhiều các hãng sản xuất thiết bị phần cứng cho điện thoại thông
minh nhƣ Apple, Samsung, LG, Nokia, …tuy nhiên nền tảng công nghệ cũng giống
nhau đó là sử dụng SoC (System on a chip).Công nghệ này tích hợp nhiều bộ phận
khác nhau vào trong một vi mạch tích hợp nhƣ: Vi xử lý (CPU), chip xử lý đồ họa
(GPU), RAM, ROM, trình điều khiển USB và các vi mạch WIFI cùng nhiều thứ khác
nữa.Các hệ thống SoC điều dựa trên nền tảng công nghệ FPGA (field-programmable
gate array)
Hình 1-1:Kiến trúc cơ bản của FPGA
Hầu hết kiến trúc chung của FPGA bao gồm một mảng các khối logic, dãy cổng
vào ra, và các kênh định tuyến,các kênh định tuyến có cùng độ rộng (về mặt vật lý),
còn dãy cổng vào ra phù hợp với chiều cao hoặc độ rộng của mảng [WikiFPGA].
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
9
Sử dụng FPGA là một giải pháp khác nhằm khắc phục một số hạn chế của ASIC
(Application-Specific Integrated Circuit), ASIC là một vi mạch IC đƣợc thiết kế dành
cho một ứng dụng cụ thể, về vấn đề giá thành và độ phức tạp khi triển khai.FPGA là
một loại vi mạch bán dẫn chuyên dụng ASIC, nhƣng nếu so sánh FPGA với ASIC thì
FPGA không đạt đƣợc mức độ tối ƣu và có hạn chế trong việc thực hiện những tác vụ
đặc biệt phức tạp, tuy nhiên FPGA ƣu việt hơn trong khi triển khai nhƣ có thể tái lập
trình lại, thiết kế đơn giản đẫn đến chi phí giảm, rút ngắn thời gian đƣa sản phẩm vào
thực tế.
Ngoài ra còn có một số vi mạch bán dẫn lập trình đƣợcnhƣ PLA, PAL, CPLD
cũng dùng cấu trúc mảng phần tử logic nhƣngFPGA ƣu việt hơn
Lập trình của FPGA thực hiện đơn giản hơn
Cho phép nạp lại chƣơng trình
Các nhà thiết kế sử dụng các ngôn ngữ mô tả phần cứng nhƣ VHDL, Verilog,
AHDL để thiết kế và lập trình cho FPGA. Các gói phần mềm và thiết bị phụ trợ cho
quá trình thiết kế này do các hãng sản xuất FPGA lớn nhƣ Xilinx, Altera cung cấp.
Ngoài ra cũng có một số hãng khác cung cấp các gói phần mềm kiểu này nhƣ
Synopsys, Synplify…
1.1.2. Vi xử lý
Vi xử lý cho điện thoại thông minh đƣợc nhiều hãng sản xuất và theo nhiều
chuẩn khác nhau. Trong phần này khóa luận giới thiệu một số CPU dùng cho điện
thoại thông minh.
1.1.2.1 ARM
Chip ARM (Advance RISC Machine) của hãng ARM Holdings đƣợc nâng cấp
qua nhiều phiên bản. Hiện nay có nhiều phiên bản của ARM nhƣ ARM 11, Cortex-M,
Cortex-R,Cortex-A,… Thực chất ARM Holdings không sản xuất chip mà họ thiết kế
ra các loại chip rồi cấp phép cho các công ty khác nhƣ Qualcomm, Texas Instruments,
Apple, Samsung,… ARM cung cấp các thiết kế IP-Core cho loại 32 bit và 64 bit.
1.1.2.2 SoC Snapdragon
SoC Snapdragoncủa hãng Qualcommđã lựa chọn một giải pháp khác mặc dù họ
cũng sử dụng bản quyền của ARM để sản xuất nhƣng họ không sử dụng hoàn toàn
thiết kế của ARM. Hãng này dựa vào thiết kế ARM rồi cải tiến thiết kế để phát triển
thành các vi xử lý Scorpion và Krait riêng của họ. Do đó, các vi xử lý của Qualcomm
có tốc độ xử lý liên quan đến đa phƣơng tiện tốt hơn và tiêu thụ điện hiệu quả hơn so
với các bộ vi xử lýban đầu.Các vi xử lý Scorpion và Krait đƣợc đƣa vào các SoC
Snapdragon của Qualcomm. Mã Snapdragon có nhiều loại đƣợc đánh số Sx (x 1, 2,..,
n). Số x càng lớn thì tốc độ xử lý càng mạnh. Hiện tại có một số sản phẩm dự kiến sẽ
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
10
sử dụng Snapdragon S4 của Qualcomm nhƣ HTC One S, HTC EVO 4G LTE, HTC
One XL,…
Hình 1-2:Kiến trúc Snapdragon S4 sử dụng bộ vi xử lý Krait
1.1.2.3 OMAP
SoC OMAP (Open Media Application Platform) của Texas Instruments đƣợc sử
dụng khá rộng rãi. Trong đó các sản phẩm điện thoại của Motorola đều sử dụng
OMAP. OMAP có nhiều dòng sản phẩm nhƣ OMAP1, 2, 3, 4,… Nhƣng dòng sản
phẩm OMAP 3 và 4 đƣợc dùng phổ biến hiện nay.
Hình 1-3: Sơ đồ khối SoC OMAP36xx của Texas Instruments
Do mục đích tạo nhiều sản phẩm với các tùy chọn nên SoC OMAP không tích
hợp bộ phận Wifi, Bluetoothvà một số thành phần khác, mà để cho từng dòng sản
phẩm có sự linh động nhƣng lại làm tăng kích thƣớc của vỉ mạch chính.
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
11
Hình 1-4: Biểu đồ OMAP4470 của Texas Instruments
Tuy nhiên, các SoC OMAP đƣợc tích hợp thêm công nghệ tiết kiệm điện
SmartReflexvà tăng cáchai lõi ARM Cortex-Mxđể tiết kiệm điện và tăng thời gian pin.
1.1.2.4 d. Exynos
SoC Exynoscủa hãng Samsungchủ yếu phục vụ trong các sản phẩm của Samsung,
ngoài ra hãng Meizu, nhà sản xuất điện thoại Trung Quốc sử dụng cho điên thoại của
họ. Mặc dù Samsung sản xuất SoC nhƣng họ vẫn nhập Snapdragon của Qualcommđể
sản xuất điện thoại vì Exynoschƣa đáp ứng đƣợc một số yêu cầu của sản phẩm mới.
Hình 1-5:Sơ đồ khối Exynos 4210 của Samsung
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
12
Dòng sản phẩm Exynos 4210 lõi kép đƣợc cải thiện mạnh về tốc độ so với phiên
bản trƣớc, và còn đƣợc tích hợp các chức năng nhƣ GPS, HDMI và USB Host.Dƣới
đây là vỉ mạch sử dụng họ Exynos
Hình 1-6: Hình minh họa vỉ mạch Samsung Galaxy S 4G
Hiện tại Exynos chƣa thực sự chiếm ƣu thế trên thị trƣờng nhƣng tƣơng lai của
Exynos rất hứa hẹn. Samsung đang thử nghiệm các thế hệ Exynos mới đƣợc tích hợp
các bộ vi xử lý ARM Cortex-A15 lõi kép 2 GHz cùng với vi xử lý đồ họa Mali cải tiến,
hỗ trợ 3D, màn hình độ phân giải 2560 x 1600 (WQXGA) cũng nhƣ chất lƣợng
camera cũng đƣợc cải thiện.
1.1.2.5 e. Tegra
Các loại SoC Tegra của Nvidiađang sử dụng trong các thiết bị di động là dòng
Tegra 2 hoặc Tegra 3 với tên mã là Kal-El. Các dòng sản phẩm này đều tích hợp vi xử
lý đa lõi ARM Cortex-A9 tốc độ từ 1 GHz đến 1.4 GHz; sử dụng GPU tiết kiệm điện
GeForce làm chip xử lý đồ họa.
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
13
Hình 1-7: Sơ đồ khối của Tegra 2
Tegra 3 đƣợc cải tiến và là sản phẩm SoC bốn lõi đầu tiên trên thế giới dành cho
thiết bị di động.Tốc độ xử lý của các lõi A9 đã đƣợc tăng từ 1.2 GHz lên 1.3 GHz ở
cấu hình 4 lõi và GPU cũng đƣợc tăng đáng kể. Tegra 3 có thể chạy trên màn hình độ
phân giải lên tới 2048 x 1530 pixel nhƣng chỉ có thể quản lý hai màn hình đồng thời
trong khi các chip mới của OMAP và Exynos có thể quản lý tới 3 hoặc 4 màn hình
cùng lúc.
Hình 1-8: Hình ảnh của Tegra 3. Năm lõi vi xử lý (lõi thứ 5 nằm ở trên cùng)
Nvidiadùng lõi Cortex-A9 thứ nămvới ttốc độ 500 MHz để xử lý những tác vụ
đơn giản nhằm tiết kiệm năng lƣợng. Trong tƣơng lai sản phẩm có tên là Wayne sẽ
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
14
tích hợp các bộ vi xử lý ARM Cortex-A15 trong cấu hình bốn lõi hoặc tám lõi. GPU
GeForce cũng sẽ đƣợc tăng lên.
1.1.2.6 f. SoC của Apple
Apple là một hãng nổi tiếng với các sản phẩm tinh tế và chất lƣợng cao. Họ cũng
sản xuất SoC nhƣng không chuyển giao cho hãng khác. Apple chỉ dùng cho các sản
phẩm của họ. Hiện nay Apple lấy nguồn SoC trực tiếp từ Samsung trang bị cho máy
tính bảng và điện thoại Iphone của họ.
Chip A4 là SoC tích hợp vi xử lý ARM Cortex-A8 lõi đơn tốc độ từ 800 MHz
đến 1Ghz và GPU PowerVR SGX535. Nó đƣợc sản xuất trên quy trình 45nm.
Apple cải thiện Chip A5 với việc tích hợp vi xử lý ARM Cortex-A9 lõi kép và
GPU PowerVR SGX543MP2 lõi kép cùng với bộ nhớ RAM 512 MB mạnh hơn A4
dùng RAM 256 MB còn các thành phần khác vẫn tƣơng tự A4 nhƣ tốc độ xung nhịp,
quy trình 45nm, bộ vi xử lý tín hiệu hình ảnh cũng nhƣ công nghệ “earSmart” để khử
nhiễu âm thanh.Trong thế hệ kế tiếp SoC A6 sẽ sử dụng quy trình 28nm và tích hợp
nhiều lõi với tốc độ vi xử lý cao hơn cùng khả năng tích hợp Cortex-A15.
1.1.3. Bộ nhớ RAM
Bộ nhớ RAM trong thiết bị di động cũng có vai trò tƣơng tự nhƣ trong máy tính
cá nhân. Công nghệ sản xuất và nguyên lý hoạt động cũng giống nhau do đó trên thiết
bị di động có 2 thông số cần quan tâm là: Dung lƣợng RAM và tần số xung nhịp.
RAM đƣợc tích hợp trong SoC nhằm giảm thiểu kích thƣớc thiết bị, giảm điện năng
tiêu thụ, tốc độ truy cập nhanh hơn.
Hình 1-9: Hình minh họa vỉ mạch Motorola Droid Razr
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
15
1.1.4. Bộ nhớ ROM
Bộ nhớ ROM trong thiết bị di động có vai trò to lớn hơn so với ROM trong máy
tính cá nhân. ROM đƣợc tích hợp trong SoC và đƣợc phân chia thành nhiều vùng.
Vùng chứa thông tin hệ thống, vùng chứa hệ điều hành và chứa các tệp tin hệ thống
khác.
1.1.5. Màn hình
Màn hình điện thoại thông minh dựa trên hai công nghệ chính là LCD và LED
1.1.5.1 Màn hình LCD
LCD (Liquid Crytal Display) thƣờng có các lớp sau: lớp bảo vệ bên ngoài, lớp
phân cực, lớp tinh thể lỏng và đèn nền.
Hình 1-10: Sơ đồ đơn giản của một tấm nền LCD TFT
Ƣu điểm:
Giá thành rẻ
Màn hình IPS LCD có khả năng tái tạo màu sắc chính xác.
Ít bị hiện tƣợng biến đổi màu
Có thể đạt độ sáng cao giúp dễ nhìn khi xem ngoài trời
Nhƣợc điểm:
Do cần có đèn nền nên màn LCD khó đạt đƣợc tỉ lệ tƣơng phản cao và
màu đen tuyệt đối
Màn hình TN LCD có góc nhìn kém
Trong một số trƣờng hợp, màn hình LCD tiêu tốn nhiều điện năng và kích
cỡ dày
1.1.5.2 AMOLED
AMOLED (Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode) là màn hình dùng các đèn đi-ốt hữu
cơkhông cần tới lớp phân cực, tinh thể hay đèn nền nhƣ màn hình LCD. Nhờ cơ chế này,
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
16
AMOLED có một số ƣu điểm so với công nghệ LCD. Nguyên lý hoạt động khá đơn giản:
Dòng điện đƣợc lớp bóng bán dẫn (transistor) điều khiển đi qua lớp đi-ốt hữu cơ ở trên thì các
đi-ốt ở lớp này sẽ phát sáng. Thay đổi dòng điện trên các bóng bán dẫn thì cƣờng độ ánh sáng
thay đổi theo từ đó có thể tạo hình ảnh nhƣ mong muốn.
Hình 1-11: Sơ đồ tấm hiển thị AMOLED
Ƣu điểm:
Kích thƣớc mỏng và linh hoạt
Màu sắc rực rỡ và độ tƣơng phản cao
Góc nhìn rộng
Tiêu thụ điện ít hơn
Nhƣợc điểm:
Màu sắc rực rỡ nên đôi khi không thật.
Không bền bằng LCD
Màn hình loại ma trận PenTile, rẻ hơn nhƣng chất lƣợng kém hơn.
1.1.6. Bộ xử lý đồ họa
Hình 1-12: Kiến trúc bên trong GPU Mali của ARM
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
17
GPU (Graphics Processing Unit) là thuật ngữ chung chỉ chip xử lý độ họa, trong
các sản phẩm SoC của các hãng đều đƣợc tích hợp các GPUđể đảm nhiệm chức năng
xử lý các lệnh đồ họa.GPU xử lý đồ họa 2D/3D với nhiều tần số xung nhịp khác nhau
từ 200MHz đến 400sMHz và đƣợc tích hợp thành nhiều lõi tuy theo nhu cầu của sản
phẩm và có thể xử lý 204 tỷ phép tính/giây. GPU của các hãng đều hỗ trợ OpenGL và
DirectX.
1.2 CÁC THIẾT BỊ ĐO LƢỜNG
1.2.1. Gia tốc kế
Hình 1-13: Hình minh họa gia tốc kế dùng trong máy bay
Để phát hiện chuyển động của thiết bị di động. Trong thiết bị đƣợc lắp một gia
tốc kế giúp cho thiết bị nhận diện đƣợc chiều xoay của thiết bị để điều chỉnh các phần
mềm phù hợp với trạng thái mới của điện thoại.
Gia tốc kế nguyên thủy là một khoang chứa hình trụ có chứa quả bóng gắn lò xo
hình []. Khoang chứa này đƣợc gắn liền vào vật thể cần đo gia tốc, còn quả bóng di
chuyển một chiều bên trong khoang chứa. Khi thiết bị chuyển động quả bóng cũng sẽ
di chuyển làm lò xo co dãn. Dựa vào độ co dãn của lò xo thiết bị có thể đo đƣợc lực và
gia tốc của chuyển động.
Hình 1-14: Cấu tạo cơ bản của gia tốc kế
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
18
Gia tốc kế trong thiết bị di động là một thiết bị điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý
của gia tốc kế cơ bản này.
Hình 1-15: Minh họa hoạt động của gia tốc kế điện tử
Thiết bị đo lƣờng này đo sự chuyển động của vật bằng cách quan sát mức độ điện áp ở
hai cực đầu ra của thiết bị đo.
1.2.2. Con quay hồi chuyển
Hình 1-16: Hình ảnh minh họa con quay hồi chuyển
Con quay hồi chuyển (gyroscope) là một trong những bộ phận cảm ứng quan
trọng trong thiết bị di động. Do gia tốc kế chỉ có thể đo đƣợc gia tốc tuyến tính của
thiết bị nên phải kết hợp với con quay hồi chuyển có thể nhận biết đƣợc hƣớng của
thiết bị, hệ thống có thể dễ dàng ghi nhận những chuyển động theo cả phƣơng ngang
hoặc phƣơng thẳng đứng. Trong các thiết bị di động không sử dụng con quay hồi
chuyển cơ học mà dùng thiết bị gọi là MEMS (MicroElectroMechanical System – Hệ
thống vi cơ điện tử) thiết bị này mô phỏng chính xác hoạt động của các thiết bị cơ học
trong một con chipvới kích thƣớc vài micromet. Con quay MEMS đƣợc sử dụng nhiều
trên các thiết bị dùng đến cơ điện tử.
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
19
Hình 1-17: Hình ảnh minh họa MEMS
1.2.3. Định vị vệ tinh
Hệ thống định vị toàn cầu – GPS (Global Positioning System) đƣợc dùng phổ
biến trong nhiều lĩnh vực đời sống. Hệ thống này sử dụng 24 vệ tinh bay quanh trái đất
với hệ kinh vĩ độ đƣợc cố định sẵn.GPS đầu tiên đƣợc ứng dụng trong quốc phòng và
ngành hàng hải sau đó đƣợc chuyển sang ngành vận tải,… Ngày nay hệ thống này
đƣợc ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực nhƣ trắc địa, lập bản đồ, cứu nạn,…
Hình 1-18: Một số tính năng của GPS:
Độ chính xác định vị cao.
Phạm vi sử dụng toàn cầu
Thời gian hoạt động 24h/ngày.
Giá thành thiết bị rẻ.
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
20
1.2.4. Cảm biến điện dung
Màn hình là thiết bị hiển thị thông tin nhƣng đối với thiết bị di động nó còn đóng
vai trò quan trọng là nhận điều khiển từ ngƣời dùng. Bộ phận cảm ứng đƣợc bổ sung
vào phần dƣới màn hình còn đƣợc gọi là lớp cảm ứng số hóa. Hầu hết các điện thoại
thông minh hiện nay đều trang bị màn hình cảm ứng điện dung.
Lớp cảm ứng điện dung sử dụng công nghệ PCT (projected capacitive touch), tạo
ra một “lƣới” trên màn hình. Lƣới này phát hiện tiếp xúc của ngƣời dùng bằng cách
giám sát sự thay đổi hiệu điện thế. Dựa trên cƣờng độ điện trƣờng và tính chất đa
chiều của trƣờng tĩnh điện các tiếp xúc có thể thực hiện hoặc gián tiếp hoặc trực tiếp
trên màn hình.
Hình 1-19: Hình minh họa cơ chế hoạt động của màn hình cảm ứng điện dung
Lớp cảm ứng đƣợc đặt ngay trên lớp tinh thể lỏng của màn hình LCD, nhƣng
nằm dƣới lớp kính bảo vệ. Trong khi đó màn hình AMOLED đƣợc đƣợc tích hợp lớp
cảm ứng này cùng với lớp đi-ốt phát quang, làm cho trong suốt tiết kiện không gian
cùng với chi phí[2].
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
21
1.3 KIẾN TRÚC CỦA NỀN TẢNG ANDROID
Android là hệ điều hành của hãng Google, với hƣớng tiếp cận là một hệ điều
hành cho thiết bị di động [11]. Android nhanh chóng trở thành hệ điều hành phổ biến
nhất trên thế giới. Đƣợc xây dựng từ nhân Linux, Android đƣợc mở rộng thêm nhiều
chức năng và cung cấp nền tảng cho lập trình ứng dụng. Phần dƣới đây sẽ lần lƣợt mô
tả chi tiết từng thành phần trong Android.
Hình 1-20: Kiến trúc cơ bản của hệ điều hành Android
1.3.1. Nhân của hệ điều hành
Android là một sản phẩm điển hình của việc hợp tác và phát triển mã nguồn mở.
Hệ điều hành Android sử dụng nhân Linux để phát triển. Nhân Linux phát triển đến
đâu thì Android lại đƣợc cập nhật và phát triển đến đó.
Thành phần cơ bản của Linux có các phần chính là Trình điều khiển thiết bị hiển
thị, Camera, bàn phím, chuột, kết nối Wifi, âm thanh, quản lý nguồn điện, ổ USB và
thẻ nhớ cùng với các trình kết nối khác.
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
22
1.3.2. Thƣ viện
Android cung cấp phong phú các thƣ viện để hỗ trợ lập trình cũng nhƣ một nền
tảng phát triển ứng dụng vững trãi. Các thƣ viện này đã đem lại cho Android sức sống
mãnh liệt và trên thực tế có vô số các phần mềm chạy trên nền tảng Android.
Surface Manager: quản lí giao diện bao gồm lớp giao diện 2D và 3D.
Thƣ viện media: dựa tên OpenCORE của PacketVideo, một bộ thƣ viện
hỗ trợ đọc, ghi lại nhiều định dạng âm thanh, video, hình ảnh nhƣ:
MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, và PNG.
SQLite: hệ thống cơ sở dữ liệu có kích thƣớc nhỏ nhƣng mạnh mẽ cho tất cả
ứng dụng.
OpenGL: Thƣ viện các hàm xử lý đồ họadựa trên OpenGL ES 1.0 API; thƣ viện
gồm phần cứng hỗ trợ 3D và phần mềm hỗ trợ tối ƣu 3D.
FreeType: trình bày kiểu chữ và hình ảnh.
Thƣ viện hệ thống C: đƣợc rút ra từ thƣ viện hệ thống C chuẩn (libc).
Webkit: là bộ thƣ viện trình duyệt web mới hỗ trợ trình duyệt Android và
WebView.
SGL: hệ thống đồ họa 2D cơ sở.
SSL: Giao thức bảo mật hỗ trợ sử dụng giao thức mã hóa Secure Sockets Layer
trong bảo mật truyền thông Internet
Trong phần này có một phần rất quan trọng đó là Android Runtime
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
23
Hình 1-21: Sự so sánh Java VM và Dalvik VMs
Mặc dù Android chấp nhận cả hai ngôn ngữ lập trình Java và C, tuy nhiên Java
chiếm ƣu thế khi lựa chọn ngôn ngữ lập trình cho Android. Google đã xây dựng máy
ảo riêng để biên dịch và chạy các ứng dụng trên Android. Đối với ngôn ngữ lập trình C,
Google cung cấp framework khác là libc, khi lập trình thì dựa vào NDK (Native
Development Kit). Ngôn ngữ lập trình cho Android đƣợc phát triển trên môi trƣờng
Java, nhƣng chạy trên máy ảo Dalvik VM. Các thƣ viện cơ bản của Android cung cấp
hầu hết các chức năng có trong thƣ viện cơ bản của Java cũng nhƣ là thƣ viện riêng
của Android.
Máy ảo Dalvik: Dalvik là máy ảo để chạy các ứng dụng trên Android, đã đƣợc
tối ƣu để thực thi đa nhiệm một cách hiệu quả. Nền tảng kỹ thuật này dựa vào lõi
Linux để thực hiện đa luồng và quản lý tài nguyên bộ nhớ.
Thƣ viện Core libs
Hệ điều hành Android hỗ trợ một số các APIs để phát triển ứng dụng.
– android.util: Gói tiện ích quản lý nhiều lớp ở mức hệ thống nhƣ:các lớp (List,
Stack…) lớp xử lý chuỗi, lớp xử lý XML,…
– android.os: Gói hệ điều hành này cung cấp các phƣơng thức cho phép truy cập
mức hệ thống nhƣ là trao đổi các thông điệp, thông tin chéo, đồng hồ và gỡ lỗi.
– android.graphics:Gói này cung cấp các lớp đồ họa.
– android.text:Cung cấp các phƣơng thức xử lý văn bản
– android.database:Gói này cung cấp các phƣơng thức dùng thao tác với cơ sở
dữ liệu.
– android.content:Cung cấp phƣơng thức liên quan lập trình nội dung.
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
24
– android.view:Gói khung nhìn ngƣời dùng cơ bản nhất. Các chƣơng trình khi
tƣơng tác với ngƣời dùng đều thông qua các View.
– android.widget:Gói này đƣợc xây dựng dựa trên gói View. Những thành phần
giao diện đƣợc tạo sẵn đem vào sử dụng để tạo nên giao diện ngƣời dùng một cách
nhanh chóng.
– com.google.android.maps:Bộ giao diện ứng dụng dùng để truy cập đến bản đồ
sẵn trong Androidtừ các phần mềm ứng dụng.
– android.app:Gói thƣ viện này cung cấp phƣơng thức truy cập đến dữ liệu của
các ứng dụng.
– Android.provider:Gói thƣ viện này tạo thuận lợi cho các nhà phát triển truy cập
đến các Content Provider tiêu chuẩncho phép truy cập đến cơ sở dữ liệu chuẩn trong
tất cả các bản Android.
– Android.telephony: Các API cung cấp cách thức kết nối với tầng viễn thông
trong thiết bị, cho phép tạo, nhận, theo dõi các cuộc gọi, tình trạng các cuộc gọi và tin
nhắn SMS.
– android.webkit: Gói WebKit cung cấp giao diện lập trình ứng dụng (API)có thể
trao đổi nội dung dựa trên nền Web, gồm lớp WebView, trình quản lý cookieđể tạo ra
giao diện Web và nhúng trong ứng dụng.
1.3.3. Khung ứng dụng trên Android
Kiến trúc của Android khuyến khích khái niệm Thành phần sử dụng lại, cho phép
công bố và chia sẻ các Activity, Service, dữ liệu, với các ứng dụng khác với quyền
truy cập đƣợc quản lý bởi khai báo.
Cơ chế đó cho phép ngƣời lập trình tạo ra một trình quản lý danh bạ hoặc trình
quay số điện thoại mà có các thành phần ngƣời khác có thể tạo mới giao diện và mở
rộng chức năng thay vì tạo lại chúng.
Những dịch vụ sau là những dịch vụ kiến trúc cơ bản nhất của tất cả các ứng
dụng, cung cấp một framework cho mọi mọi phần mềm đƣợc xây dựng:
Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng
Sinh viên: Lê Vũ Minh Quang – CT1401
25
– Actitvity Manager: Điều khiển vòng đời của các Activity bao gồm cả quản lý
các tầng Activity.
– Views: Đƣợc sử dụng để tạo lập các giao diện ngƣời dùng cho các Activity
– Notification Mamager: Cung cấp một cơ chế cố định và quy củ cho việc gửi các
thông báo đến ngƣời dùng.
– Content Provider: Cho phép ứng dụng chia sẻ dữ liệu giữa các ứng dụng.
– Resource Manager: Hỗ trợ các thành phần không thuộc mã nguồn nhƣ là chuỗi
ký tự, đồ họa đƣợc đặt bên ngoài.
1.3.4. Tầng ứng dụng
Đây là lớp trên cùng của kiến trúc nền tảng Android. Android sẽ hoạt động với
một bộ các ứng dụng bao gồm ứng dụng thƣ điện tử, gửi tin nhắn, lịch, bản đồ, trình
duyệt web, danh bạ v.v… Tất cả các ứng dụng đƣợc viết bằng ngôn ngữ Java. Các ứng
dụng này có thể đƣợc cung cấp sẵn hoặc đƣợc phát triển bởi những lập trình viên.
1.3.5. Các thành phần trong một ứng dụng Android
Một ứng dụng trên môi trƣờng Android có các thành phần sau:
Activities (Hoạt động)
Services
Broadcast Receivers
Content Provider
Một ứng dụng không nhất thiết có đầy đủ các thành phần này.Mọi thông tin về
ứng dụng đều đƣợc ghi trong tệp tin AndroidManifest.xml.
1.3.5.1 Hoạt động (Activity)
Hoạt động là giao diện trong đó ngƣời dùng tƣơng tác với ứng dụng khi đƣợc
kích hoạt. Một ứng dụng có nhiều hoạt động và các hoạt động này gọi lẫn nhau để thực
hiện yêu cầu. Mỗi hoạt độngđƣợc dẫn xuất từ lớp android.app.Activity.
Mỗi hoạt độngthể hiện trên một cửa sổ. Thông thƣờng kích thƣớc cửa sổ bằng
màn hình, ngoài ra nó có thể có thêm các cửa sổ con khác nhƣ là hộp thoại,…Thông
tin trong từng cửa sổ đƣợc cung cấp bởi hệ thống cấp bậc các View (là đối tƣợng của
lớp Views).
