OpenHarmony驅(qū)動(dòng)框架解讀

在IoT時(shí)代下，終端設(shè)備差異較大、形態(tài)各異、尺寸各異、交互方式各異，解決設(shè)備適配問題無疑是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的一個(gè)關(guān)鍵。但是，在驅(qū)動(dòng)框架的開發(fā)和部署過程中，由于終端設(shè)備對(duì)硬件的計(jì)算和存儲(chǔ)能力的需求不同、設(shè)備廠商提供的設(shè)備軟硬件操作接口不同、內(nèi)核提供的操作接口不同，這就使得OEM廠商部署系統(tǒng)的時(shí)候需要投入大量的精力來適配和維護(hù)驅(qū)動(dòng)代碼。

能否提供了一個(gè)跨芯片平臺(tái)、跨內(nèi)核的驅(qū)動(dòng)框架，使得設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件可以在不同的設(shè)備上運(yùn)行？OpenHarmony作為一個(gè)自主研發(fā)、全新技術(shù)生態(tài)的全領(lǐng)域下一代開源操作系統(tǒng)，提供了一套驅(qū)動(dòng)框架來滿足此訴求。

下面我們將帶著大家解讀OpenHarmony驅(qū)動(dòng)框架。

為解決在開發(fā)和部署過程中遇到的困難，OpenHarmony驅(qū)動(dòng)框架設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

• 支持百K級(jí)~G級(jí)容量的設(shè)備部署，如手機(jī)、手環(huán)等

• 提供統(tǒng)一硬件IO抽象，屏蔽SoC芯片差異，兼容不同內(nèi)核，如Linux、LiteOS等。

• 屏蔽驅(qū)動(dòng)和系統(tǒng)組件間交互?？蓜?dòng)態(tài)拆解，滿足不同容量設(shè)備的部署。

• 面向不同容量的設(shè)備，提供統(tǒng)一的配置界面。

2. 設(shè)計(jì)思路

HDF驅(qū)動(dòng)框架架構(gòu)如下圖所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)架構(gòu)

為了達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)，OpenHarmony驅(qū)動(dòng)框架采用如下核心設(shè)計(jì)思路：

• 框架可動(dòng)態(tài)伸縮：通過對(duì)象管理器，多態(tài)加載不同容量設(shè)備實(shí)現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)彈性伸縮部署。

• 驅(qū)動(dòng)可動(dòng)態(tài)伸縮：支持統(tǒng)一的設(shè)備驅(qū)動(dòng)插件管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)任意分層，積木式組合拼接

（2）組件化設(shè)備模型

• 提供設(shè)備功能模型抽象，屏蔽設(shè)備驅(qū)動(dòng)與系統(tǒng)交互的實(shí)現(xiàn)，為開發(fā)者提供統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)開發(fā)接口

• 提供主流IC的公版驅(qū)動(dòng)能力，支持配置化部署

（3）歸一化平臺(tái)底座

（4）統(tǒng)一配置界面

3. 構(gòu)建策略

圖2 輕量級(jí)設(shè)備部署模式

面向標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，除了支持內(nèi)核態(tài)驅(qū)動(dòng)，還支持用戶態(tài)驅(qū)動(dòng)。用戶態(tài)驅(qū)動(dòng)的重點(diǎn)在于構(gòu)建設(shè)備抽象模型，為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的設(shè)備接口，兼容Linux原生驅(qū)動(dòng)和HDF驅(qū)動(dòng)。內(nèi)核態(tài)則使用Linux驅(qū)動(dòng)與HDF驅(qū)動(dòng)并存的策略，提供端到端的解決方案。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備部署模式

4. 現(xiàn)狀與演進(jìn)

經(jīng)過開發(fā)者的不斷努力，OpenHarmony驅(qū)動(dòng)框架正在不斷完善和增強(qiáng)，在OpenHarmony LTS3.0中，基礎(chǔ)框架新增了對(duì)熱插拔設(shè)備的管理以及HDI編譯工具h(yuǎn)di-gen，驅(qū)動(dòng)模型部分新增了Audio、Camera、Senso、USB DDK等多個(gè)模塊的支持。

• 系統(tǒng)相關(guān)接口使用HDF OSAL接口；

• 總線和硬件資源相關(guān)接口使用平臺(tái)驅(qū)動(dòng)提供的相關(guān)接口。

基于HDF框架，驅(qū)動(dòng)開發(fā)的通常流程包含驅(qū)動(dòng)代碼的實(shí)現(xiàn)、編譯腳本、配置文件添加、以及用戶態(tài)程序和驅(qū)動(dòng)交互的流程。下面將詳細(xì)介紹HDF驅(qū)動(dòng)開發(fā)一般步驟。

1. 實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)代碼

structHdfDriverEntry{int32_tmoduleVersion;constchar*moduleName;int32_t(*Bind)(structHdfDeviceObject*deviceObject);int32_t(*Init)(structHdfDeviceObject*deviceObject);void(*Release)(structHdfDeviceObject*deviceObject);};

編寫一個(gè)簡單的驅(qū)動(dòng)，首先需要實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序(Driver Entry）入口中的三個(gè)主要接口：

• Bind接口：實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)接口實(shí)例化綁定，如果需要發(fā)布驅(qū)動(dòng)接口，會(huì)在驅(qū)動(dòng)加載過程中被調(diào)用，實(shí)例化該接口的驅(qū)動(dòng)服務(wù)并和DeviceObject綁定。當(dāng)用戶態(tài)發(fā)起調(diào)用時(shí)，Bind中綁定的服務(wù)對(duì)象的Dispatch方法將被回調(diào)，在該方法中處理用戶態(tài)調(diào)用的消息。

• Init接口：實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)或者硬件的初始化，返回錯(cuò)誤將中止驅(qū)動(dòng)加載流程。

• Release接口：實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的卸載，在該接口中釋放驅(qū)動(dòng)實(shí)例的軟硬件資源。

一個(gè)基于HDF框架編寫的簡單驅(qū)動(dòng)代碼如下，其功能是用戶態(tài)消息回環(huán)，即驅(qū)動(dòng)收到用戶態(tài)發(fā)送的消息后將相同內(nèi)容的消息再發(fā)送給用戶態(tài)：

#include"hdf_base.h"#include"hdf_device_desc.h"#include"hdf_log.h"#defineHDF_LOG_TAG"sample_driver"#defineSAMPLE_WRITE_READ0xFF00static int EchoString(struct HdfDeviceObject *deviceObject, struct HdfSBuf *data, struct HdfSBuf *reply){constchar*readData=HdfSbufReadString(data);if(readData==NULL){HDF_LOGE("%s:failedtoreaddata",__func__);returnHDF_ERR_INVALID_PARAM;}if(!HdfSbufWriteInt32(reply,INT32_MAX)){HDF_LOGE("%s:failedtoreplyint32",__func__);returnHDF_FAILURE;}returnHdfDeviceSendEvent(deviceObject,id,data);//發(fā)送事件到用戶態(tài)}int32_tHdfSampleDriverDispatch(structHdfDeviceObject*deviceObject,intid,structHdfSBuf*data,structHdfSBuf*reply){constchar*readData=NULL;intret=HDF_SUCCESS;switch(id){switchSAMPLE_WRITE_READ:ret=EchoString(deviceObject,data,reply);break;default:HDF_LOGE("%s:unsupportedcommand");ret=HDF_ERR_INVALID_PARAM;}returnret;}void HdfSampleDriverRelease(struct HdfDeviceObject *deviceObject){//在這里釋放驅(qū)動(dòng)申請(qǐng)的軟硬件資源return;}int HdfSampleDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject){if(deviceObject==NULL){returnHDF_FAILURE}staticstructIDeviceIoServicetestService={.Dispatch=HdfSampleDriverDispatch,};deviceObject->service=&testService;returnHDF_SUCCESS;}int HdfSampleDriverInit(struct HdfDeviceObject *deviceObject){if(deviceObject==NULL){HDF_LOGE("%s::ptrisnull!",__func__);returnHDF_FAILURE;}HDF_LOGE("SampledriverInitsuccess");returnHDF_SUCCESS;}structHdfDriverEntryg_sampleDriverEntry={.moduleVersion=1,.moduleName="sample_driver",.Bind=HdfSampleDriverBind,.Init=HdfSampleDriverInit,.Release=HdfSampleDriverRelease,};HDF_INIT(g_sampleDriverEntry);

2. 配置設(shè)備信息

root{device_info{match_attr="hdf_manager";templatehost{hostName="";priority=100;templatedevice{templatedeviceNode{policy=0;priority=100;preload=0;permission=0664;moduleName="";serviceName="";deviceMatchAttr="";}}}sample_host::host{hostName="host0";//host名稱，host節(jié)點(diǎn)是用來存放某一類驅(qū)動(dòng)的容器priority=100;//host啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)（0-200），值越大優(yōu)先級(jí)越低，建議默認(rèn)配100，優(yōu)先級(jí)相同則不保證host的加載順序device_sample::device{//sample設(shè)備節(jié)點(diǎn)device0::deviceNode{//sample驅(qū)動(dòng)的DeviceNode節(jié)點(diǎn)policy=1;//policy字段是驅(qū)動(dòng)服務(wù)發(fā)布的策略，在驅(qū)動(dòng)服務(wù)管理章節(jié)有詳細(xì)介紹priority=100;//驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)（0-200），值越大優(yōu)先級(jí)越低，建議默認(rèn)配100，優(yōu)先級(jí)相同則不保證device的加載順序preload=0;//驅(qū)動(dòng)加載策略，參考《5.2HDF驅(qū)動(dòng)框架章節(jié)》permission=0664;//驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)權(quán)限moduleName="sample_driver";//驅(qū)動(dòng)名稱，該字段的值必須和驅(qū)動(dòng)入口結(jié)構(gòu)體的moduleName值一致serviceName="sample_service";//驅(qū)動(dòng)對(duì)外發(fā)布服務(wù)的名稱，必須唯一deviceMatchAttr="sample_config";//驅(qū)動(dòng)私有數(shù)據(jù)匹配的關(guān)鍵字，必須和驅(qū)動(dòng)私有數(shù)據(jù)配置表中的match_attr值相等}}}}}

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定義設(shè)備列表時(shí)使用了HCS的模板語法，template host節(jié)點(diǎn)下的內(nèi)容由HDF框架定義，新增host以及host中的device只需要繼承該模板并填充具體內(nèi)容即可。

在配置中定義的device將在加載過程中產(chǎn)生一個(gè)設(shè)備實(shí)例，配置中通過moduleName字段指定設(shè)備對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)名稱，從而將設(shè)備與驅(qū)動(dòng)關(guān)聯(lián)起來。其中，設(shè)備與驅(qū)動(dòng)可以是一對(duì)多的關(guān)系，即可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)驅(qū)動(dòng)支持多個(gè)同類型設(shè)備。

3. 用戶態(tài)程序與驅(qū)動(dòng)交互

基于HDF框架編寫的用戶態(tài)程序和驅(qū)動(dòng)交互的代碼如下：

#include"hdf_log.h"#include"hdf_sbuf.h"#include"hdf_io_service_if.h"#defineHDF_LOG_TAG"sample_test"#defineSAMPLE_SERVICE_NAME"sample_service"#defineSAMPLE_WRITE_READ0xFF00intg_replyFlag=0;static int OnDevEventReceived(void *priv, uint32_t id, struct HdfSBuf *data){constchar*string=HdfSbufReadString(data);intret=HDF_SUCCESS;if(string==NULL){HDF_LOGE("failedtoreadstringineventdata");ret=HDF_FAILURE;}else{HDF_LOGE("%s",string);}g_replyFlag=1;returnret;}static int SendEvent(struct HdfIoService *serv, char *eventData){intret=0;structHdfSBuf*data=HdfSBufObtainDefaultSize();//申請(qǐng)需要發(fā)送的序列化對(duì)象if(data==NULL){HDF_LOGE("failedtoobtainsbufdata");return1;}structHdfSBuf*reply=HdfSBufObtainDefaultSize();//申請(qǐng)返回?cái)?shù)據(jù)的序列化對(duì)象if(reply==NULL){HDF_LOGE("failedtoobtainsbufreply");ret=HDF_DEV_ERR_NO_MEMORY;gotoout;}if(!HdfSbufWriteString(data,eventData)){//準(zhǔn)備消息內(nèi)容HDF_LOGE("failedtowritesbuf");ret=HDF_FAILURE;gotoout;}ret=serv->dispatcher->Dispatch(&serv->object,SAMPLE_WRITE_READ,data,reply);//發(fā)起接口調(diào)用if(ret!=HDF_SUCCESS){HDF_LOGE("failedtosendservicecall");gotoout;}intreplyData=0;if(!HdfSbufReadInt32(reply,&replyData)){//反序列化返回?cái)?shù)據(jù)HDF_LOGE("failedtogetservicecallreply");ret=HDF_ERR_INVALID_OBJECT;gotoout;}HDF_LOGE("Getreplyis:%d",replyData);out:HdfSBufRecycle(data);HdfSBufRecycle(reply);returnret;}int main(){structHdfIoService*serv=HdfIoServiceBind(SAMPLE_SERVICE_NAME);//通過名稱獲取IoService對(duì)象，與驅(qū)動(dòng)配置中的名稱一致if(serv==NULL){HDF_LOGE("failedtogetservice%s",SAMPLE_SERVICE_NAME);returnHDF_FAILURE;}staticstructHdfDevEventlistenerlistener={//構(gòu)造驅(qū)動(dòng)事件監(jiān)聽器對(duì)象.callBack=OnDevEventReceived,//填充事件處理方法.priv=NULL;};if(HdfDeviceRegisterEventListener(serv,&listener)!=HDF_SUCCESS){//注冊(cè)事件監(jiān)聽HDF_LOGE("failedtoregistereventlistener");returnHDF_FAILURE;}if(SendEvent(serv,"HelloWorld,HDFDriver!")){//調(diào)用驅(qū)動(dòng)接口，樣例驅(qū)動(dòng)收到事件HDF_LOGE("failedtosendevent");returnHDF_FAILURE;}while(g_replyFlag==0){//等待驅(qū)動(dòng)上報(bào)事件sleep(1);}HdfDeviceUnregisterEventListener(serv,&listener));//去注冊(cè)事件監(jiān)聽器HdfIoServiceRecycle(serv);//回收IoService對(duì)象return0;}

（左右滑動(dòng)，查看更多）

該示例執(zhí)行后會(huì)在終端中打印出"Hello World, HDF Driver!"字符串，表明我們的用戶態(tài)測試程序和驅(qū)動(dòng)成功地進(jìn)行了一次交互。

上一小節(jié)介紹了OpenHarmony驅(qū)動(dòng)的一般開發(fā)方法，那么有沒有更簡單的方法添加一款驅(qū)動(dòng)呢？答案就是華為南向開發(fā)IDE——DevEco Device Tool。DevEco Device Tool最新版本已經(jīng)集成了HDF驅(qū)動(dòng)開發(fā)功能，下面介紹如何使用DevEco Device Tool進(jìn)行驅(qū)動(dòng)開發(fā)。

DevEco Device Tool下載鏈接：https://device.harmonyos.com/cn/develop/ide#download_release。

1. 創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)

（1）導(dǎo)入工程

DevEco Device Tool將自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)代碼：

圖7 Device Eco Tool 生成驅(qū)動(dòng)代碼

為源碼文件自動(dòng)生成編譯腳本：

圖8 Device Eco Tool 生成驅(qū)動(dòng)編譯腳本

DevEco Device Tool還會(huì)在對(duì)應(yīng)單板的驅(qū)動(dòng)配置中生成驅(qū)動(dòng)設(shè)備配置信息：

圖9 Device Eco Tool 生成驅(qū)動(dòng)配置信息

2. 修改驅(qū)動(dòng)

DevEco Device Tool提供了快捷方式直達(dá)源碼、編譯腳本、配置文件，點(diǎn)擊鏈接修改相關(guān)文件，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。DevEco Device Tool自動(dòng)生成代碼已經(jīng)提供了DriverEntry的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)，只需填充對(duì)應(yīng)函數(shù)的實(shí)際功能即可。

3. 編譯版本

圖11 Device Eco Tool編譯界面

4. 燒錄驗(yàn)證

圖12 Device Eco Tool燒寫功能界面

燒錄過程和進(jìn)度顯示在終端窗口

圖13 Device Eco Tool燒寫輸出

除了在此次HDC大會(huì)與大家分享驅(qū)動(dòng)框架的設(shè)計(jì)和最新進(jìn)展，開放原子基金會(huì)還在OpenHarmony公眾號(hào)、gitee社區(qū)等渠道發(fā)布了一系列技術(shù)分享、指導(dǎo)文檔等資料，歡迎大家關(guān)注并一起建設(shè)OpenHarmony驅(qū)動(dòng)生態(tài)。