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2021-08-01 14:34:42
本文摘录自 OHOZ 团队的 OpenHarmony 源码导读项目,在线阅读(腾讯云、Github Pages)中包含最新的内容。
本文将 Harmony(鸿蒙)分为 2 个概念:
- 蓝鸿蒙:下图中蓝色部分,主要用于智能终端,HW 没开源,仅与商业合作伙伴合作,基于 Android 的 AOSP(目前是 Android 11)。
- 红鸿蒙:下图中红色部分,主要用于 IoT,HW 贡献给 OpenHarmony(原子社区)的代码,于 2021.06.02 发布的 HarmonyOS2.0 即是此概念。
HW 有意混淆两个鸿蒙的概念,对公众不解释物联网、智能终端之间鸿蒙的差异,应该是有些特殊的因素,但这也为鸿蒙品牌带来了风险:HW 高管有些说鸿蒙没有拷贝 Android 一行代码,但未指明是红鸿蒙;又有些高管说鸿蒙基于 AOSP,平滑移植 Android APP,但未指明是蓝鸿蒙 —— 这些宣传会给大众造成一定的困扰。
鸿蒙开发者相对应也被分为 2 类:
- 蓝鸿蒙 APP 开发(北向开发):可平滑移植 AOSP 上 Android APP 开发,与 AOSP 接口保持了一致,这部分开发使用 DevEco Studio 工具,查看 HarmonyOS Develope 和 华为开发者联盟( 官网、HarmonyOS、weibo)网站文档。与安卓开发不同的是,这部分开发除了使用 JAVA 外,还大量使用 js、ts,有点类似微信小程序的开发。
- 红鸿蒙嵌入式开发(南向开发):使用 DevEco Device Tool 工具或直接 Docker 中编译,查看 HarmonyOS Device 和 HPM 两个网站,这部分开发模式与传统的嵌入式开发几乎没有区别:搭建环境、编译、烧录版本、JTAG 调试……
本文档仅拆解、分析开源的红鸿蒙的源码,不涉及蓝鸿蒙部分,拿不到源码,拿到想分析也有心无力,所以北向(APP)开发以后再说。
Arch、SoC、target
鸿蒙目前支持的 Arch(架构)仅有:ARM 的 Cortex-A 中的 A9、Cotrex-M(已逐步放弃);RISC-V 由于是开源架构,所以 IP 公司很多,比如芯来科技,国内的兆易基于芯来的 IP 开发的 SoC GD32 系列很有一飞冲天的气势。
Arch 与 SoC:
Soc/IP \ Arch Cortex-A Cotrex-M RISC-V 备注 海思 Hi3516、Hi3518 Hi3861 联盛德(WinnerMicro) W800 兆易(GD)/芯来(Nuclei) GD32vf103 Harmony2.0 新增 Sifive fe310 意法 STM32f103/429 Harmony2.0 已去除 NXP i.MX6 Hi3516 Core 是 Cortex-A7@800MHz + A17@1.25GHz;
Hi3518 Core 是 Cortex-A926@440MHzSoC 与 开发板(target):
Vendor \ Soc Hi3516/18 i.MX6 Hi3861 SMT32 GD32x W800 海思 芯来 Nuclei Demo 润和 Hihope HiSpark AI/Camera HiSpark WiFi IoT Neptune 小熊派 BearPi-HM_Nano BearPi-IoT 百问网 IMX6ULL SMT32MP157 疯壳 Fengke 环境、源码、编译
废话不多说,直接开始所有软件项目上手三板斧:劈脑袋、鬼剔牙、掏耳朵……哦,不对,是:下载源码、搭建环境、编译版本。
一图胜千言,下图根据官方文档总结,意欲描述三板斧的全部关键动作:
上图列出了 3 种方式搭建开发环境和编译代码,对比:
方式 适用场景 主要特点 1 源码学习 代码完整,版本已对齐,每个子项目都还是独立的 git 库(有 .git) 2 自动化编译 全命令行操作,容易合入 CI 3 快速调板 下载源码、toolchain、build 一气呵成,并且包含烧录、分区、调试等功能 2、3 都会自动下载 toolchain,并且依赖包保存在 ohos_bundles,但不再是独立的 git 库。
1. repo + docker + hb
- 安装 repo
curl https://gitee.com/oschina/repo/raw/fork_flow/repo-py3 > /usr/local/bin/repo chmod a+x /usr/local/bin/repo
- 拉取代码
mkdir HarmonyOS cd HarmonyOS repo init -u https://gitee.com/openharmony/manifest.git -b OpenHarmony_1.0.1_release --no-repo-verify repo sync -c
- docker 最方便的搭建环境
docker run -it -v $(pwd):/home/openharmony swr.cn-south-1.myhuaweicloud.com/openharmony-docker/openharmony-docker:0.0.4
docker 虽然方便,但包含的 toolchain 并不完整,所含的 hpm、hos、hb、gcc-risc-v 等仅能支持海思的芯片,针对其他品牌的芯片还需自己安装指定的 toolchain。
- build harmonyos
root@90065f887932:/home/openharmony# hb set root@90065f887932:/home/openharmony# hb build -f
2. hpm 方式拉取特定发行版
- 安装 hpm(或使用上面 docker 中的 hpm)
npm install -g @ohos/hpm-cli hpm -V
- 找到开发版:在 HPM 官网 上找,或者使用
hpm search -t distribution
命令搜索可用的发行版
发行版,不是发行板!HPM 发行版对标的是 Linux 发行版概念,指一套软件的集合,但一般与一个开发板对应。
以前做嵌入式开发,通常为一个开发板做一套 BSP(板级支持包),但 APP 团队(或部门)拿到 BSP 后做 APP 开发仍会有相当的困难,现在鸿蒙封装出发行版的概念,将 BSP 和 APP 及其 Examples 都打包,极大的降低了二次开发者的门槛。$ hpm search -t distribution ┌---------┬-------------------------------------┬---------┬---------------------------------------------------------------------┐ │ (index) │ name │ version │ description │ ├---------┼-------------------------------------┼---------┼---------------------------------------------------------------------┤ │ 0 │ '@hihope/neptune_iot' │ '1.0.1' │ '适用于HiHope Neptune WiFi/BT IOT 模组开发' │ │ 1 │ '@bearpi/bearpi_hm_nano_flower' │ '1.1.0' │ '基于BearPi-HM_Nano开发板实现的护花使者案例' │ │ 2 │ '@bearpi/bearpi_hm_nano_agricul...' │ '1.1.0' │ '基于BearPi-HM_Nano开发板实现的智慧农业案例' │ │ 3 │ '@ohos/hispark_aries' │ '1.0.3' │ '适用于摄像头类产品开发,具备多媒体及图像功能。' │ │ 4 │ '@ohos/hispark_taurus' │ '1.0.4' │ '适用于带屏摄像头类产品开发,具备ACE框架,分布式调度能力及多媒体。' │ │ 5 │ '@ohos/ip_camera_hi3518ev300' │ '1.0.3' │ '适用于摄像头类产品开发,具备多媒体及图像功能。' │ ......
- 然后执行如下命令下载开发版所需的源码、toolchain、tool 并编译,以 hispark_aries 为例
mkdir hispark_aries cd hispark_aries hpm init dist hpm i @ohos/hispark_aries hpm dist # 或 hpm build
3. DevEco Device Tool 一站式服务
- 安装 VSCode、Nodejs、Python
- 安装 DevEco Device Tool
- 在 VSCode 中打开 DevEco 扩展
- New Project:选择开发版
- Build:使用的 hos 命令
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其中trans_service目录主要负责设备的身份验证和传输通道,提供设备认证机制。而auth机制在设备认证和用户权限验证中发挥着重要的作用。
auth机制原理图一 auth机制原理图二
auth机制是一个开放标准,允许用户授权第三方移动应用访问他们存储在另外的服务提供者上的信息,而不需要将用户名和密码提供给第三方移动应用或分享他们数据的所有内容。使用场景:
用户不再需要注册大量账号
用于单点登录
用于分布式系统的权限控制运行流程
运行流程: (A)用户打开客户端以后,客户端要求用户给予授权。 (B)用户同意给予客户端授权。 (C)客户端使用上一步获得的授权,向认证服务器申请令牌。 (D)认证服务器对客户端进行认证以后,确认无误,同意发放令牌。 (E)客户端使用令牌,向资源服务器申请获取资源。 (F)资源服务器确认令牌无误,同意向客户端开放资源。
四种授权模式
- 授权码
(1)用户访问客户端,后者将前者导向认证服务器,假设用户给予授权,认证服务器将用户导向客户端事先指定的"重定向URI"(redirection URI),同时附上一个授权码。 (2)客户端收到授权码,附上早先的"重定向URI",向认证服务器申请令牌:GET /oauth/token?response_type=code&client_id=test&redirect_uri=重定向页面链接。请求成功返回code授权码,一般有效时间是10分钟。 (3)认证服务器核对了授权码和重定向URI,确认无误后,向客户端发送访问令牌(access token)和更新令牌(refresh token)。POST /oauth/token?response_type=authorization_code&code=SplxlOBeZQQYbYS6WxSbIA&redirect_uri=重定向页面链接。请求成功返回access Token和refresh Token。
- 简化模式
适用于公开的浏览器单页应用 Access Token直接从授权服务器返回(只有前端渠道) 不支持refresh tokens 假定资源所有者和公开客户应用在同一个设备上 最容易受安全攻击
- 用户名密码
使用用户名密码登录的应用,例如桌面App 使用用户名/密码作为授权方式从授权服务器上获取access token 一般不支持refresh token 假定资源拥有者和公开客户子啊相同设备上
- 客户端凭证
适用于服务器见通信场景,机密客户代表它自己或者一个用户 只有后端渠道,使用客户凭证获取一个access token 因为客户凭证可以使用对称或者非对称加密,该方式支持共享密码或者证书
代码部分:
auth_conn_manager.h内容
(路径:模块一\communication_softbus_lite-master\trans_service\include\libdistbus\auth_conn_manager.h)#ifndef AUTH_CONN_MANAGER_H #define AUTH_CONN_MANAGER_H /// 这里使用条件编译,减少编译的工程量。加快共同调用时候的编译速度 #include "bus_manager.h" int StartListener(BaseListener* callback, const char *ip); void StopListener(void); void CloseAuthSessionFd(int fd); ///添加三个函数定义声明,便于auth_conn_manager.c直接调用函数 #endif // AUTH_CONN_MANAGER_H /// 使用宏定义来编辑头文件,加快执行效率
由于头文件有关于多种变量以及函数的声明,故在源文件包含的时候,容易造成多重包含,引起变量和函数的重复声明和定义。头文件一般选用条件编译的格式可以避免多个c文件共同调用同一个头文件时候重复编译。
auth_conn_manager.c头文件内容
(路径:模块一\communication_softbus_lite- master\trans_service\source\libdistbus\auth_conn_manager.c)#include "auth_conn_manager.h" #include <arpa/inet.h> // defined()函数检查某常量是否存在,若存在则返回true,否则返回false #if defined(__LITEOS_M__) || defined(__LITEOS_RISCV__) /// 前者是基于鸿蒙内核LITEOS_M,后者是基于RISC-V的现有内核 /*这个条件编译检查__LITEOS_M__和__LITEOS_RISCV__是否存在,如果存在则调用else之前的头文件否则调用else和endif之间的头文件*/ #include <cmsis_os.h> #include <lwip/sockets.h> #else #include <errno.h> #include <pthread.h> #include <signal.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/time.h> #endif /* 前面使用条件编译*/ #include <stdbool.h> #include <string.h> #include <sys/ioctl.h> #include <sys/select.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include "data_bus_error.h" #include "os_adapter.h" #include "tcp_socket.h" #define DEFAULT_BACKLOG 4 #define SESSIONPORT 0 /* 定义默认返回日志为4,和服务器端口为0*/ BaseListener *g_callback = NULL; static int g_listenFd = -1; static int g_dataFd = -1; static int g_maxFd = -1; /*初始化部分变量*/ #if defined(__LITEOS_M__) || defined(__LITEOS_RISCV__) static osThreadId_t g_uwTskLoID; #endif /*这里同上面使用条件编译,检查__LITEOS_M__和__LITEOS_RISCV__是否存在,如果存在则调用else之前的内容,否则调用else和endif之间的内容*/
- 授权码
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经过分析take_manager代码,我们发现任务的出现常常伴随着线程,任务池的工作和线程的工作原理有一定的相似度,我们今天分析一下这两者的区别。
鸿蒙中任务就是一种线程,二者本质上没有区别,只是在不同的应用环境下有不一样的名字
下面附上任务的定义代码typedef struct { VOID *stackPointer; /**< Task stack pointer */ //内核态栈指针,SP位置,切换任务时先保存上下文并指向TaskContext位置 UINT16 taskStatus; /**< Task status */ //各种状态标签,可以拥有多种标签,按位标识 UINT16 priority; /**< Task priority */ //任务优先级[0:31],默认是31级 UINT16 policy; //任务的调度方式(三种 .. LOS_SCHED_RR ) UINT16 timeSlice; /**< Remaining time slice *///剩余时间片 UINT32 stackSize; /**< Task stack size */ //非用户模式下栈大小 UINTPTR topOfStack; /**< Task stack top */ //非用户模式下的栈顶 bottom = top + size UINT32 taskID; /**< Task ID */ //任务ID,任务池本质是一个大数组,ID就是数组的索引,默认 < 128 TSK_ENTRY_FUNC taskEntry; /**< Task entrance function */ //任务执行入口函数 VOID *joinRetval; /**< pthread adaption */ //用来存储join线程的返回值 VOID *taskSem; /**< Task-held semaphore */ //task在等哪个信号量 VOID *taskMux; /**< Task-held mutex */ //task在等哪把锁 VOID *taskEvent; /**< Task-held event */ //task在等哪个事件 UINTPTR args[4]; /**< Parameter, of which the maximum number is 4 */ //入口函数的参数 例如 main (int argc,char *argv[]) CHAR taskName[OS_TCB_NAME_LEN]; /**< Task name */ //任务的名称 LOS_DL_LIST pendList; /**< Task pend node */ //如果任务阻塞时就通过它挂到各种阻塞情况的链表上,比如OsTaskWait时 LOS_DL_LIST threadList; /**< thread list */ //挂到所属进程的线程链表上 SortLinkList sortList; /**< Task sortlink node */ //挂到cpu core 的任务执行链表上 UINT32 eventMask; /**< Event mask */ //事件屏蔽 UINT32 eventMode; /**< Event mode */ //事件模式 UINT32 priBitMap; /**< BitMap for recording the change of task priority, //任务在执行过程中优先级会经常变化,这个变量用来记录所有曾经变化 the priority can not be greater than 31 */ //过的优先级,例如 ..01001011 曾经有过 0,1,3,6 优先级 INT32 errorNo; /**< Error Num */ UINT32 signal; /**< Task signal */ //任务信号类型,(SIGNAL_NONE,SIGNAL_KILL,SIGNAL_SUSPEND,SIGNAL_AFFI) sig_cb sig; //信号控制块,这里用于进程间通讯的信号,类似于 linux singal模块 #if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES) UINT16 currCpu; /**< CPU core number of this task is running on */ //正在运行此任务的CPU内核号 UINT16 lastCpu; /**< CPU core number of this task is running on last time */ //上次运行此任务的CPU内核号 UINT16 cpuAffiMask; /**< CPU affinity mask, support up to 16 cores */ //CPU亲和力掩码,最多支持16核,亲和力很重要,多核情况下尽量一个任务在一个CPU核上运行,提高效率 UINT32 timerCpu; /**< CPU core number of this task is delayed or pended */ //此任务的CPU内核号被延迟或挂起 #if (LOSCFG_KERNEL_SMP_TASK_SYNC == YES) UINT32 syncSignal; /**< Synchronization for signal handling */ //用于CPU之间 同步信号 #endif #if (LOSCFG_KERNEL_SMP_LOCKDEP == YES) //死锁检测开关 LockDep lockDep; #endif #if (LOSCFG_KERNEL_SCHED_STATISTICS == YES) //调度统计开关,显然打开这个开关性能会受到影响,鸿蒙默认是关闭的 SchedStat schedStat; /**< Schedule statistics */ //调度统计 #endif #endif UINTPTR userArea; //使用区域,由运行时划定,根据运行态不同而不同 UINTPTR userMapBase; //用户模式下的栈底位置 UINT32 userMapSize; /**< user thread stack size ,real size : userMapSize + USER_STACK_MIN_SIZE */ UINT32 processID; /**< Which belong process *///所属进程ID FutexNode futex; //实现快锁功能 LOS_DL_LIST joinList; /**< join list */ //联结链表,允许任务之间相互释放彼此 LOS_DL_LIST lockList; /**< Hold the lock list */ //拿到了哪些锁链表 UINT32 waitID; /**< Wait for the PID or GID of the child process */ //等待孩子的PID或GID进程 UINT16 waitFlag; /**< The type of child process that is waiting, belonging to a group or parent, a specific child process, or any child process */ #if (LOSCFG_KERNEL_LITEIPC == YES) UINT32 ipcStatus; //IPC状态 LOS_DL_LIST msgListHead; //消息队列头结点,上面挂的都是任务要读的消息 BOOL accessMap[LOSCFG_BASE_CORE_TSK_LIMIT];//访问图,指的是task之间是否能访问的标识,LOSCFG_BASE_CORE_TSK_LIMIT 为任务池总数 #endif } LosTaskCB;
代码定义部分很长,该结构体有一定复杂性。
描述
线程是计算资源竞争的最小单元,线程可以使用或等待CPU、使用内存空间等系统资源,并独立于其它线程运行。
鸿蒙内核每个进程内的线程独立运行、独立调度,当前进程内线程的调度不受其它进程内线程的影响。
线程的状态说明:- 初始化(Init):该线程正在被创建。
- 就绪(Ready):该线程在就绪列表中,等待CPU调度。
- 运行(Running):该线程正在运行。
- 阻塞(Blocked):该线程被阻塞挂起。Blocked状态包括:pend(因为锁、事件、信号量等阻塞)、suspend(主动pend)、delay(延时阻塞)、pendtime(因为锁、事件、信号量时间等超时等待)。
- 退出(Exit):该线程运行结束,等待父线程回收其控制块资源。
这里的任务和线程概念已经没什么区别,主要是不同情况下的称谓不同而已。
OpenHarmony LiteOS-M的任务模块可以给用户提供多个任务,实现任务间的切换,帮助用户管理业务程序流程。任务模块具有如下特性:
- 支持多任务。
- 一个任务表示一个线程。
- 抢占式调度机制,高优先级的任务可打断低优先级任务,低优先级任务必须在高优先级任务阻塞或结束后才能得到调度。
- 相同优先级任务支持时间片轮转调度方式。
- 共有32个优先级[0-31],最高优先级为0,最低优先级为31。
任务相关概念
任务状态
任务有多种运行状态。系统初始化完成后,创建的任务就可以在系统中竞争一定的资源,由内核进行调度。
任务状态通常分为以下四种:
- 就绪(Ready):该任务在就绪队列中,只等待CPU。
- 运行(Running):该任务正在执行。
- 阻塞(Blocked):该任务不在就绪队列中。包含任务被挂起(suspend状态)、任务被延时(delay状态)、任务正在等待信号量、读写队列或者等待事件等。
- 退出态(Dead):该任务运行结束,等待系统回收资源。
四种状态的关系
任务相关属性
任务ID
任务ID,在任务创建时通过参数返回给用户,是任务的重要标识。系统中的ID号是唯一的。用户可以通过任务ID对指定任务进行任务挂起、任务恢复、查询任务名等操作。
任务优先级
优先级表示任务执行的优先顺序。任务的优先级决定了在发生任务切换时即将要执行的任务,就绪队列中最高优先级的任务将得到执行。
任务入口函数
新任务得到调度后将执行的函数。该函数由用户实现,在任务创建时,通过任务创建结构体设置。
任务栈
每个任务都拥有一个独立的栈空间,我们称为任务栈。栈空间里保存的信息包含局部变量、寄存器、函数参数、函数返回地址等。
任务上下文
任务在运行过程中使用的一些资源,如寄存器等,称为任务上下文。当这个任务挂起时,其他任务继续执行,可能会修改寄存器等资源中的值。如果任务切换时没有保存任务上下文,可能会导致任务恢复后出现未知错误。因此在任务切换时会将切出任务的任务上下文信息,保存在自身的任务栈中,以便任务恢复后,从栈空间中恢复挂起时的上下文信息,从而继续执行挂起时被打断的代码。
任务控制块TCB
每个任务都含有一个任务控制块(TCB)。TCB包含了任务上下文栈指针(stack pointer)、任务状态、任务优先级、任务ID、任务名、任务栈大小等信息。TCB可以反映出每个任务运行情况。
任务切换
任务切换包含获取就绪队列中最高优先级任务、切出任务上下文保存、切入任务上下文恢复等动作。
任务运行机制
用户创建任务时,系统会初始化任务栈,预置上下文。此外,系统还会将“任务入口函数”地址放在相应位置。这样在任务第一次启动进入运行态时,将会执行“任务入口函数”。
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用到的工具 虚拟机VMwareWorkstation MobaXterm RaiDrive Visual Studio Code 四个工具
在MobaXterm用SSH连接到虚拟机上的地址的前提下在命令行敲命令
第一种方法:使用HPM下载源码
1、创建文件夹 mkdir code
2、切换到文件夹 cd code
3、创建code1
4、切换到code1
5、hpm init -t default 获取源码 出现 initialization finised 表示成功6、hpm dist 编译源码直至编译完成
第二种方法:从代码仓库下载源码
1、mkdir code2
2、cd code2
3、git clone https://gitee.com/bearpi/bearpi-hm _nano 下载3、查看下载目录 ls
4、python build.py BearPi-HM_Nano 编译源码直至完成 (BearPi-HM_Nano )开发版的名字二、烧录
烧录
1、
安装CH340驱动
2、
Hiburn烧录工具
3、电脑管理 设备管理器 端口 com几
4、打开hiburn工具
Com口改成对应的口
打开setting com settings 波特率改成921600
Select file
路径:SFTP/home/bearpi/code/code1/out/BearPi-HM_Nano/Hi3861_wifiiot_app_allinone.bin
勾选 Auto burn
点击 Connect 之后按一下开发板的复位按键,开始烧录
出现上图表示烧录完成
烧录完成点击Disconnect
5、用MobaXterm查看开发板是否烧录成功
点击Session
点击Serial
改成对应的com口 波特率改成 115200 点击ok
接下来点击开发板的复位按钮
上图显示烧录完成。
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