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技术架构
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技术架构
OpenHarmony整体遵从分层设计从下向上依次为内核层、系统服务层、框架层和应用层。系统功能按照“系统 子系统 组件”逐级展开在多设备部署场景下支持根据实际需求裁剪某些非必要的组件。OpenHarmony技术架构如下所示 技术特性
硬件互助资源共享
主要通过下列模块达成 分布式软总线 分布式软总线是多设备终端的统一基座为设备间的无缝互联提供了统一的分布式通信能力能够快速发现并连接设备高效地传输任务和数据。 分布式数据管理 分布式数据管理位于基于分布式软总线之上的能力实现了应用程序数据和用户数据的分布式管理。 分布式任务调度 分布式任务调度基于分布式软总线、分布式数据管理、分布式Profile等技术特性构建统一的分布式服务管理发现、同步、注册、调用机制支持对跨设备的应用进行远程启动、远程调用、绑定/解绑、以及迁移等操作能够根据不同设备的能力、位置、业务运行状态、资源使用情况并结合用户的习惯和意图选择最合适的设备运行分布式任务 设备虚拟化 分布式设备虚拟化平台可以实现不同设备的资源融合、设备管理、数据处理将周边设备作为手机能力的延伸共同形成一个超级虚拟终端。
一次开发多端部署
OpenHarmony提供用户程序框架、Ability框架以及UI框架多终端软件平台API具备一致性确保用户程序的运行兼容性。一次开发、多端部署。
统一OS弹性部署
OpenHarmony通过组件化和组件弹性化等设计方法做到硬件资源的可大可小在多种终端设备间按需弹性部署全面覆盖了ARM、RISC-V、x86等各种CPU从百KiB到GiB级别的RAM。
系统类型
OpenHarmony支持如下几种系统类型
类型处理器最小内存能力轻量系统mini systemMCU类处理器例如Arm Cortex-M、RISC-V 32位的设备128KiB提供多种轻量级网络协议轻量级的图形框架以及丰富的IOT总线读写部件等。小型系统small system应用处理器例如Arm Cortex-A的设备1MiB提供更高的安全能力、标准的图形框架、视频编解码的多媒体能力。标准系统standard system应用处理器例如Arm Cortex-A的设备128MiB提供增强的交互能力、3D GPU以及硬件合成能力、更多控件以及动效更丰富的图形能力、完整的应用框架。
内核层 内核子系统 采用多内核Linux内核或者LiteOS设计支持针对不同资源受限设备选用适合的OS内核。内核抽象层KALKernel Abstract Layer通过屏蔽多内核差异对上层提供基础的内核能力包括进程/线程管理、内存管理、文件系统、网络管理和外设管理等。 驱动子系统 驱动框架HDF是系统硬件生态开放的基础提供统一外设访问能力和驱动开发、管理框架。 OpenHarmony驱动子系统采用C面向对象编程模型构建通过平台解耦、内核解耦兼容不同内核提供了归一化的驱动平台底座。
内核子系统
OpenHarmony针对不同量级的系统分别使用了不同形态的内核分别为LiteOS和Linux。
系统级别轻量系统小型系统标准系统LiteOS√√×Linux×√√
LiteOS
OpenHarmony LiteOS内核是面向IoT领域的实时操作系统内核基于Huawei LiteOS内核演进发展而来包含LiteOS-M和LiteOS-A两类内核。
LiteOS-M内核面向的MCU一般是百K级内存可支持MPUMemory Protection Unit隔离类似FreeRTOS或ThreadX等LiteOS-A内核面向设备一般是M级内存可支持MMUMemory Management Unit隔离类似Zircon或Darwin等。
LiteOS-M
LiteOS-M内核架构包含硬件相关层和硬件无关层。 硬件相关层按不同编译工具链、芯片架构分类提供统一的HAL接口 硬件无关层其中基础内核模块提供基础能力扩展模块提供网络、文件系统等组件能力还提供错误处理、调测等能力KAL模块提供统一的标准接口。 注ARM Cortex™ 微控制器软件接口标准(CMSISCortex Microcontroller Software Interface Standard) 是 Cortex-M 处理器系列的与供应商无关的硬件抽象层 LiteOS-A
LiteOS-A内核重要的新特性如下 新增了丰富的内核机制 新增虚拟内存、系统调用、多核、轻量级IPC、DACDiscretionary Access Control自主访问控制等机制丰富了内核能力新增支持多进程使得应用之间内存隔离、相互不影响 支持1200标准POSIX接口 更加全面的支持POSIX标准接口使得应用软件易于开发和移植 Linux
OpenHarmony 中Linux内核从LTS版本中选择合适的版本作为内核的基础版本目前已完成对Linux-4.19及Linux-5.10的适配及支持4.19已经处于维护周期 下面是 Linux 内核适配层的目录结构:
drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux
├── manager #linux内核下启动适配启动HDF框架代码
├── model #驱动模型适配linux代码
│ ├── audio
│ ├── camera
│ ├── display
│ ├── input
│ ├── misc #杂项驱动模型,包括dsoftbus、light、vibrator等
│ ├── network #网络驱动模型,包括wifi、bt等
│ ├── sensor
│ ├── storage
│ └── usb
├── network #适配linux内核网络代码
├── osal #适配linux内核的posix接口
├── platform #平台设备接口适配linux内核代码
│ ├── adc
│ ├── emmc
│ ├── fwk
│ ├── gpio
│ ├── i2c
│ ├── mipi_csi
│ ├── mipi_dsi
│ ├── mmc
│ ├── pwm
│ ├── regulator
│ ├── rtc
│ ├── sdio
│ ├── spi
│ ├── uart
│ └── watchdog
├── test #linux内核测试用例
└── utils #linux内核下编译配置解析代码的编译脚本内核增强特性
OpenHarmony 针对 linux 内核做了以下增强:
Enhanced SWAP 特性关联线程组调度CPU 轻量级隔离New IP内核协议栈XPMeXecutable Permission Manager模块
这些 Linux 内核增强特性,是否对我们现在的内核优化有啥借鉴意义?
Patch合入流程
主要是按照kernel.mk中对应的patch路径规则及命名规则合入相应补丁
合入不同内核版本对应的HDF内核补丁 $(OHOS_BUILD_HOME)/drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/patch_hdf.sh $(OHOS_BUILD_HOME) $(KERNEL_SRC_TMP_PATH) $(KERNEL_PATCH_PATH) $(DEVICE_NAME)合入芯片平台驱动补丁以Hi3516DV300为例 DEVICE_PATCH_DIR : $(OHOS_BUILD_HOME)/kernel/linux/patches/${KERNEL_VERSION}/$(DEVICE_NAME)_patchDEVICE_PATCH_FILE : $(DEVICE_PATCH_DIR)/$(DEVICE_NAME).patch修改自己所需要编译的config KERNEL_CONFIG_PATH : $(OHOS_BUILD_HOME)/kernel/linux/config/${KERNEL_VERSION}DEFCONFIG_FILE : $(DEVICE_NAME)_$(BUILD_TYPE)_defconfig#### HCKHCKOpenHarmony Common Kernel内核解耦框架。该框架为最新的v4.0 Beta版本引入为开发者提供了整套插桩、注册、调用接口减少对内核的侵入修改统一解耦框架插桩接口可在多平台间通用使三方内核特性在不侵入或少侵入内核仓的情况下合入社区
HCK定义、注册、调用接口及流程图 目前还只有 xpm、newip模块使用
直接合入内核仓或适用patch方法相比有哪些弊端维护移植
KAL
内核抽象层KALKernel Abstract Layer通过屏蔽多内核差异对上层提供基础的内核能力包括进程/线程管理、内存管理、文件系统、网络管理和外设管理等
Linux内核中操作系统抽象层OSALOperating System Abstraction Layer部分
drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/osal/
├── include
│ ├── hdf_log_adapter.h
│ ├── hdf_types.h
│ ├── osal_atomic_def.h
│ ├── osal_cdev_adapter.h
│ ├── osal_io_adapter.h
│ ├── osal_math.h
│ └── osal_uaccess.h
├── Makefile
└── src├── Makefile├── osal_cdev.c├── osal_deal_log_format.c├── osal_file.c├── osal_firmware.c├── osal_irq.c├── osal_mem.c├── osal_mutex.c├── osal_sem.c├── osal_spinlock.c├── osal_thread.c├── osal_time.c├── osal_timer.c└── osal_workqueue.c驱动子系统
OpenHarmony驱动子系统采用C面向对象编程模型构建通过平台解耦、内核解耦兼容不同内核提供了归一化的驱动平台底座旨在为开发者提供更精准、更高效的开发环境力求做到一次开发多系统部署。
驱动架构
HDFHardware Driver Foundation驱动框架为驱动开发者提供驱动框架能力包括驱动加载、驱动服务管理和驱动消息机制。 HDF驱动框架架构如下图所示: HDF驱动架构主要组成部分 HDI层 (Hardware Device Interface硬件设备统一接口),通过规范化的设备接口标准为系统提供统一、稳定的硬件设备操作接口。 HDF驱动框架 提供统一的硬件资源管理、驱动加载管理、设备节点管理、设备电源管理以及驱动服务模型等功能需要包含设备管理、服务管理、DeviceHost、PnPManager等模块。 统一的配置界面 支持硬件资源的抽象描述屏蔽硬件差异可以支撑开发者开发出与配置信息不绑定的通用驱动代码提升开发及迁移效率并可通过HC-Gen等工具快捷生成配置文件。 操作系统抽象层 提供统一封装的内核操作相关接口屏蔽不同系统操作差异包含内存、锁、线程、信号量等接口。 平台驱动 为外设驱动提供硬件如I2C/SPI/UART总线等平台资源操作统一接口同时对硬件操作进行统一的适配接口抽象以便于不同平台迁移。 外设驱动模型 面向外设驱动提供常见的驱动抽象模型。
驱动开发
平台驱动
这里的平台设备泛指I2C/UART等总线、以及GPIO/RTC等特定硬件资源。
平台驱动框架提供如下特性
统一的平台设备访问接口向上对平台设备操作接口进行统一封装屏蔽不同SoC平台硬件差异以及不同OS形态差异为系统及外设驱动提供标准的平台设备访问接口统一的平台驱动适配接口向下为平台设备驱动提供统一的适配接口使其只关注自身硬件的控制而不必关注设备管理及公共业务流程。提供设备注册、管理、访问控制等与SoC无关的公共能力。
目前支持的设备类型包括但不限于ADC、DAC、GPIO、HDMI、I2C、I3C、MIPI_CSI、MIPI_DSI、MMC、Pin、PWM、Regulator、RTC、SDIO、SPI、UART、WatchDog等。
外设驱动
在HDF驱动框架及平台驱动框架的基础上提供标准化的外设器件驱动可以减少重复开发提供统一的外设驱动抽象模型屏蔽驱动与不同系统组件间的交互使得驱动更具备通用性。
目前支持的外设设备类型包括但不限于Audio、Camera、Codec、Face_auth、Fingerprint_auth、LCD、Light、Motion、Pin_auth、Sensor、Touchscreen、USB、User_auth、Vibrator、WLAN等。
驱动架构代码说明
仓库路径仓库内容drivers/hdf_core/frameworkHDF框架、平台驱动框架、驱动模型等平台无关化的公共框架drivers/hdf_core/adapter/khdf提供驱动框架对LiteOS-M、LiteOS-A内核、Linux等所有内核依赖适配drivers/hdf_core/adapter/uhdf提供用户态驱动接口对系统依赖适配drivers/hdf_core/adapter/uhdf2提供用户态驱动框架对系统依赖适配drivers/peripheralDisplay、Input、Sensor、WLAN、Audio、Camera等外设模块硬件抽象层。drivers/interfaceDisplay、Input、Sensor、WLAN、Audio、Camera等外设模块HDI接口定义。drivers/external_device_manager扩展外部设备管理框架
思考
为啥大费力气单独弄一套HDF驱动框架为了上层的大一统不同内核不同硬件平台之间的迁移 统一多端KALHDF微内核的雏形为后面引入微内核做准备有什么好处优势KAL独立的HDF驱动框架分层解耦驱动模型抽象最小化修改最底层硬件适配增加开发适配通用性提高开发适配效率HCK减少对社区内核侵入性我们是否可以借鉴桌面系统内核一定非得是Linux内核与内核解耦
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