在IoT時代下，終端設備差異較大、形態(tài)各異、尺寸各異、交互方式各異，解決設備適配問題無疑是實現(xiàn)萬物互聯(lián)的一個關鍵。但是，在驅動框架的開發(fā)和部署過程中，由于終端設備對硬件的計算和存儲能力的需求不同、設備廠商提供的設備軟硬件操作接口不同、內核提供的操作接口不同，這就使得OEM廠商部署系統(tǒng)的時候需要投入大量的精力來適配和維護驅動代碼。

能否提供了一個跨芯片平臺、跨內核的驅動框架，使得設備驅動軟件可以在不同的設備上運行？OpenHarmony作為一個自主研發(fā)、全新技術生態(tài)的全領域下一代開源操作系統(tǒng)，提供了一套驅動框架來滿足此訴求。

下面我們將帶著大家解讀OpenHarmony驅動框架。

為解決在開發(fā)和部署過程中遇到的困難，OpenHarmony驅動框架設計目標如下：

• 支持百K級~G級容量的設備部署，如手機、手環(huán)等

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

• 屏蔽驅動和系統(tǒng)組件間交互。可動態(tài)拆解，滿足不同容量設備的部署。

• 面向不同容量的設備，提供統(tǒng)一的配置界面。

2. 設計思路

HDF驅動框架架構如下圖所示。

圖1 驅動架構

為了達成設計目標，OpenHarmony驅動框架采用如下核心設計思路：

• 框架可動態(tài)伸縮：通過對象管理器，多態(tài)加載不同容量設備實現(xiàn)方式，實現(xiàn)彈性伸縮部署。

• 驅動可動態(tài)伸縮：支持統(tǒng)一的設備驅動插件管理，實現(xiàn)設備驅動任意分層，積木式組合拼接

（2）組件化設備模型

• 提供設備功能模型抽象，屏蔽設備驅動與系統(tǒng)交互的實現(xiàn)，為開發(fā)者提供統(tǒng)一的驅動開發(fā)接口

• 提供主流IC的公版驅動能力，支持配置化部署

（3）歸一化平臺底座

（4）統(tǒng)一配置界面

3. 構建策略

圖2 輕量級設備部署模式

面向標準設備，除了支持內核態(tài)驅動，還支持用戶態(tài)驅動。用戶態(tài)驅動的重點在于構建設備抽象模型，為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的設備接口，兼容Linux原生驅動和HDF驅動。內核態(tài)則使用Linux驅動與HDF驅動并存的策略，提供端到端的解決方案。

圖3 標準設備部署模式

4. 現(xiàn)狀與演進

經過開發(fā)者的不斷努力，OpenHarmony驅動框架正在不斷完善和增強，在OpenHarmony LTS3.0中，基礎框架新增了對熱插拔設備的管理以及HDI編譯工具hdi-gen，驅動模型部分新增了Audio、Camera、Senso、USB DDK等多個模塊的支持。

• 系統(tǒng)相關接口使用HDF OSAL接口；

• 總線和硬件資源相關接口使用平臺驅動提供的相關接口。

基于HDF框架，驅動開發(fā)的通常流程包含驅動代碼的實現(xiàn)、編譯腳本、配置文件添加、以及用戶態(tài)程序和驅動交互的流程。下面將詳細介紹HDF驅動開發(fā)一般步驟。

1. 實現(xiàn)驅動代碼

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

編寫一個簡單的驅動，首先需要實現(xiàn)驅動程序(Driver Entry）入口中的三個主要接口：

• Bind接口：實現(xiàn)驅動接口實例化綁定，如果需要發(fā)布驅動接口，會在驅動加載過程中被調用，實例化該接口的驅動服務并和DeviceObject綁定。當用戶態(tài)發(fā)起調用時，Bind中綁定的服務對象的Dispatch方法將被回調，在該方法中處理用戶態(tài)調用的消息。

• Init接口：實現(xiàn)驅動或者硬件的初始化，返回錯誤將中止驅動加載流程。

• Release接口：實現(xiàn)驅動的卸載，在該接口中釋放驅動實例的軟硬件資源。

一個基于HDF框架編寫的簡單驅動代碼如下，其功能是用戶態(tài)消息回環(huán)，即驅動收到用戶態(tài)發(fā)送的消息后將相同內容的消息再發(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){//在這里釋放驅動申請的軟硬件資源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)點是用來存放某一類驅動的容器priority=100;//host啟動優(yōu)先級（0-200），值越大優(yōu)先級越低，建議默認配100，優(yōu)先級相同則不保證host的加載順序device_sample::device{//sample設備節(jié)點device0::deviceNode{//sample驅動的DeviceNode節(jié)點policy=1;//policy字段是驅動服務發(fā)布的策略，在驅動服務管理章節(jié)有詳細介紹priority=100;//驅動啟動優(yōu)先級（0-200），值越大優(yōu)先級越低，建議默認配100，優(yōu)先級相同則不保證device的加載順序preload=0;//驅動加載策略，參考《5.2HDF驅動框架章節(jié)》permission=0664;//驅動創(chuàng)建設備節(jié)點權限moduleName="sample_driver";//驅動名稱，該字段的值必須和驅動入口結構體的moduleName值一致serviceName="sample_service";//驅動對外發(fā)布服務的名稱，必須唯一deviceMatchAttr="sample_config";//驅動私有數(shù)據匹配的關鍵字，必須和驅動私有數(shù)據配置表中的match_attr值相等}}}}}

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定義設備列表時使用了HCS的模板語法，template host節(jié)點下的內容由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容即可。

在配置中定義的device將在加載過程中產生一個設備實例，配置中通過moduleName字段指定設備對應的驅動名稱，從而將設備與驅動關聯(lián)起來。其中，設備與驅動可以是一對多的關系，即可以實現(xiàn)一個驅動支持多個同類型設備。

3. 用戶態(tài)程序與驅動交互

基于HDF框架編寫的用戶態(tài)程序和驅動交互的代碼如下：

#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();//申請需要發(fā)送的序列化對象if(data==NULL){HDF_LOGE("failedtoobtainsbufdata");return1;}structHdfSBuf*reply=HdfSBufObtainDefaultSize();//申請返回數(shù)據的序列化對象if(reply==NULL){HDF_LOGE("failedtoobtainsbufreply");ret=HDF_DEV_ERR_NO_MEMORY;gotoout;}if(!HdfSbufWriteString(data,eventData)){//準備消息內容HDF_LOGE("failedtowritesbuf");ret=HDF_FAILURE;gotoout;}ret=serv->dispatcher->Dispatch(&serv->object,SAMPLE_WRITE_READ,data,reply);//發(fā)起接口調用if(ret!=HDF_SUCCESS){HDF_LOGE("failedtosendservicecall");gotoout;}intreplyData=0;if(!HdfSbufReadInt32(reply,&replyData)){//反序列化返回數(shù)據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對象，與驅動配置中的名稱一致if(serv==NULL){HDF_LOGE("failedtogetservice%s",SAMPLE_SERVICE_NAME);returnHDF_FAILURE;}staticstructHdfDevEventlistenerlistener={//構造驅動事件監(jiān)聽器對象.callBack=OnDevEventReceived,//填充事件處理方法.priv=NULL;};if(HdfDeviceRegisterEventListener(serv,&listener)!=HDF_SUCCESS){//注冊事件監(jiān)聽HDF_LOGE("failedtoregistereventlistener");returnHDF_FAILURE;}if(SendEvent(serv,"HelloWorld,HDFDriver!")){//調用驅動接口，樣例驅動收到事件HDF_LOGE("failedtosendevent");returnHDF_FAILURE;}while(g_replyFlag==0){//等待驅動上報事件sleep(1);}HdfDeviceUnregisterEventListener(serv,&listener));//去注冊事件監(jiān)聽器HdfIoServiceRecycle(serv);//回收IoService對象return0;}

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

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

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

1. 創(chuàng)建驅動

（1）導入工程

DevEco Device Tool將自動生成驅動實現(xiàn)代碼：

圖7 Device Eco Tool 生成驅動代碼

為源碼文件自動生成編譯腳本：

圖8 Device Eco Tool 生成驅動編譯腳本

DevEco Device Tool還會在對應單板的驅動配置中生成驅動設備配置信息：

圖9 Device Eco Tool 生成驅動配置信息

2. 修改驅動

DevEco Device Tool提供了快捷方式直達源碼、編譯腳本、配置文件，點擊鏈接修改相關文件，實現(xiàn)驅動功能。DevEco Device Tool自動生成代碼已經提供了DriverEntry的基礎實現(xiàn)，只需填充對應函數(shù)的實際功能即可。

3. 編譯版本

圖11 Device Eco Tool編譯界面

4. 燒錄驗證

圖12 Device Eco Tool燒寫功能界面

燒錄過程和進度顯示在終端窗口

圖13 Device Eco Tool燒寫輸出

除了在此次HDC大會與大家分享驅動框架的設計和最新進展，開放原子基金會還在OpenHarmony公眾號、gitee社區(qū)等渠道發(fā)布了一系列技術分享、指導文檔等資料，歡迎大家關注并一起建設OpenHarmony驅動生態(tài)。