峰會回顧第8期 | OpenHarmony 分布式硬件關(guān)鍵技術(shù)

演講嘉賓 | 李 剛

回顧整理 | 廖 濤

排版校對 | 李萍萍

嘉賓簡介

李剛，華為OpenHarmony技術(shù)專家，OpenHarmony分布式硬件技術(shù)負責人。主要負責OpenHarmony分布式硬件架構(gòu)設(shè)計以及華為多設(shè)備協(xié)同方向的研究。

內(nèi)容來源

第一屆開放原子開源基金會OpenHarmony技術(shù)峰會——生態(tài)與互聯(lián)分論壇

正 文 內(nèi) 容

OpenHarmony是一款面向未來萬物互聯(lián)場景的操作系統(tǒng)，其設(shè)計采用了分布式架構(gòu)。那么OpenHarmony相比于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)有哪些關(guān)鍵的分布式技術(shù)呢？華為分布式硬件技術(shù)專家李剛在第一屆OpenHarmony技術(shù)峰會上給大家?guī)砹藥c分享。

01?

分布式硬件設(shè)計理念

從智能終端的發(fā)展趨勢來看，單一智能智能終端硬件已經(jīng)越來越難以滿足用戶對全場景的要求，面臨發(fā)展瓶頸：由于體積的限制，無法把所有場景所涉及的硬件全部加入到一個設(shè)備中，且單一設(shè)備也無法滿足所有場景的需求?；谶@個現(xiàn)實痛點，多智能終端“組合”而成的“超級終端”應(yīng)運而生。超級終端可以根據(jù)用戶期望，通過分布式技術(shù)將多個設(shè)備組合起來，使設(shè)備間的硬件資源共享，實現(xiàn)硬件的“自由”擴展，并可以在不同的業(yè)務(wù)場景下，按需組合硬件資源，提供更好的用戶體驗。例如，通過手機、平板、手表、大屏幕、電腦等智能終端的組合，可以實現(xiàn)多屏幕串聯(lián)、多攝像頭和麥克風(fēng)交互以及專業(yè)傳感器布置等功能。

智能終端演進

在這樣的趨勢下，傳統(tǒng)操作系統(tǒng)很難滿足開發(fā)者的要求。因為傳統(tǒng)操作系統(tǒng)只能局限使用單個設(shè)備上的硬件，每一個硬件都是割裂運行的，應(yīng)用也只能在單設(shè)備垂直領(lǐng)域發(fā)力，實現(xiàn)跨設(shè)備體驗成本和復(fù)雜度極高。對開發(fā)者來說，更希望能夠“跨端”共享硬件，打破硬件PCB邊界，從而通過軟件定義硬件，構(gòu)建全場景多設(shè)備的“超級終端”。分布式硬件技術(shù)能夠為開發(fā)者的上述需求提供助力，因其能夠構(gòu)建硬件資源池，提供按需定義超級終端硬件的能力，支持多路硬件的協(xié)同和調(diào)度，且能夠使硬件能力自適應(yīng)。

分布式硬件能夠帶來什么樣的新體驗?zāi)兀坷?，在辦公場景下，用戶可以讓各智能終端設(shè)備便捷地鏈接起來，實現(xiàn)硬件能力共享，跨設(shè)備、跨系統(tǒng)應(yīng)用的操作，無縫傳輸數(shù)據(jù)；在出行場景下，用戶可以通過將手機和車機組合起來，讓應(yīng)用共享兩者的硬件，實現(xiàn)導(dǎo)航、音樂和通話等功能的無縫操作，達到“智慧出行”。對開發(fā)者而言，通過程序控制一個遠端的設(shè)備，僅需要選擇其對應(yīng)的ID即可，其他操作和使用本地設(shè)備的方式完全一致。

02?

跨端分布式硬件的核心挑戰(zhàn)

要實現(xiàn)上述的功能和體驗，在跨端分布式硬件技術(shù)上存在什么挑戰(zhàn)呢？

隨著超級終端包含的設(shè)備越來越多，硬件的管理復(fù)雜度也隨之攀升。每一個設(shè)備的硬件，不僅對本設(shè)備提供硬件能力，還要為超級終端中的其他設(shè)備賦能。因此，操作系統(tǒng)必須提供各設(shè)備的管理能力。例如，各硬件狀態(tài)的更新和同步、硬件沖突的處理、多路并發(fā)情況的處理等。多設(shè)備間的管理技術(shù)，是目前跨端分布式硬件的核心挑戰(zhàn)之一。

跨端多硬件管理

在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，帶寬有限，硬件調(diào)用的時延和效果難以保障。例如，本地相機的時延和拍攝效果是由硬件總線決定的，一般可以達到幾十毫秒的時延和4K甚至更高的分辨率，且非常穩(wěn)定。當通過應(yīng)用遠端操控相機時，除了硬件總線，還受到網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)挠绊?，時延最低只能達到幾百毫秒，分辨率也僅能達到1080P ，且波動很大。無線的不可靠網(wǎng)絡(luò)，給硬件時延和效果帶來了較大的不確定性。

超級終端硬件調(diào)用

在跨端多路硬件并發(fā)調(diào)用時，硬件協(xié)同同步的難度非常高。如上文所述，跨端硬件調(diào)度的時延本身就很難保障，當跨端同時調(diào)用多個硬件設(shè)備時，設(shè)備間的同步更難以保障。例如，當應(yīng)用需要同時操作攝像頭和麥克風(fēng)時，在本地可以通過兩者出廠時的調(diào)試工作確定其一致性；當跨端遠程操作時，由于時延的不確定性，需要操作系統(tǒng)在多個設(shè)備間進行硬件協(xié)同，大大增加了軟件的復(fù)雜度。

超級終端多路硬件并發(fā)調(diào)用

此外，異構(gòu)智能終端間的硬件兼容性和容錯的難度也非常大。設(shè)備的不同，導(dǎo)致其各自的系統(tǒng)資源、處理能力、支持的硬件數(shù)據(jù)處理類型、驅(qū)動I/O等都存在較大差異，需要進一步考慮硬件之間的兼容和容錯。例如，手表的處理能力相對較弱，難以使用電視的4K屏幕、高聲道立體聲喇叭和超高清攝像頭等。

03?

分布式硬件平臺關(guān)鍵技術(shù)

第一，OpenHarmony在設(shè)計之初時就采用了分布式硬件池化架構(gòu)。通過對各設(shè)備能力的抽象，構(gòu)建全局硬件資源池抽象模型，對上提供一套統(tǒng)一的硬件抽象接口，實現(xiàn)統(tǒng)一管理、即插即用。此外，該架構(gòu)還支持硬件類型的擴展和按需部署，對邏輯與物理資源進行解耦，可以實現(xiàn)本地和分布式硬件的無差別使用，未來還可以實現(xiàn)基于物理硬件能夠定義出不同形態(tài)的新的硬件給應(yīng)用使用，應(yīng)用開發(fā)者只需要調(diào)用上層服務(wù)的API就可以使用，達到軟件定義硬件的效果。

分布式硬件池化架構(gòu)

第二，分布式硬件平臺還提供了統(tǒng)一的設(shè)備發(fā)現(xiàn)和認證框架。支持設(shè)備間通過碰、掃、靠等方式進行設(shè)備認證。一旦設(shè)備通過發(fā)現(xiàn)和認證后，設(shè)備的硬件就會自動進入硬件資源池，可以共享給其他設(shè)備使用。

設(shè)備發(fā)現(xiàn)和認證框架

第三，分布式硬件平臺提供了硬件自適應(yīng)技術(shù)。能夠自動進行硬件能力協(xié)商，能夠通過網(wǎng)絡(luò)帶寬和時延等的感知，在硬件被調(diào)用動態(tài)調(diào)整硬件效果。此外，還提供了自適應(yīng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過增強算法實現(xiàn)硬件效果的增強。

硬件自適應(yīng)

第四，分布式硬件平臺還提供了硬件協(xié)同同步技術(shù)。能夠在多路中提供毫秒級的時鐘同步能力，確保多路硬件設(shè)備的一致性。通過硬件時延動態(tài)感知技術(shù)，在多個設(shè)備中動態(tài)下發(fā)同步策略，保證多個硬件之間同步的體驗。

硬件協(xié)同同步

在OpenHarmony3.2中，分布式硬件平臺提供了全新硬件資源池化架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)相機和屏幕的“超級終端”硬件互助能力。此外，分布式硬件池化架構(gòu)、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和認證框架等技術(shù)也已經(jīng)實現(xiàn)了。對于應(yīng)用開發(fā)者來說，在實現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同場景的開發(fā)時能夠更加便捷，同時也提供了巨大的想象空間。

OpenHarmony3.2分布式硬件功能

04?

創(chuàng)新想法和展望

未來，分布式硬件技術(shù)可以給多場景提供全新體驗。例如，在會議場景下，能夠讓會議應(yīng)用同步接入多個設(shè)備的攝像頭，提供全景畫面，實現(xiàn)全方位的視頻會議；在影音娛樂場景下，能夠輕松地把手機音視頻放到電視和音箱上播放，還可以讓家里的燈光自動跟隨電影和音樂進行變化，實現(xiàn)非常震撼的家庭影院的效果。

期待越來越多的開發(fā)者參與OpenHarmony的生態(tài)中來，共同研究和探討分布式硬件的技術(shù)難題，為未來萬物互聯(lián)新場景賦能。

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