OpenHarmony HDF フレームワークの紹介

OpenHarmony HDF フレームワークの紹介
HDF ドライバーフレームワークのブロック図
HDF ドライバーフレームワークのしくみ
HDF ドライバーフレームワークの動作原理のブロック図:
HDF ドライバーの読み込みプロセスの分析
参考リンク

OpenHarmony HDF フレームワークの紹介

OpenHarmony システムの HDF ドライバーフレームワークは、C 言語のオブジェクト指向プログラミングモデルを使用して構築されており、プラットフォームデカップリングとカーネルデカップリングによって、異なるカーネルとの互換性とプラットフォームベースの統合という目的を達成し、開発者がその効果を実現するのに役立ちます。ワンタイムドライバー開発とマルチシステム展開. .

このような目標を達成するために、OpenHarmony システムの HDF ドライバーフレームワークは次のものを提供します:
オペレーティングシステムアダプテーションレイヤー (OSAL): カーネルオペレーティングシステム関連のインターフェイスを一様にカプセル化し、異なるシステムの操作インターフェイスを保護します
; : i2c、spi、 uart バスおよびその他のプラットフォームリソース) をサポートし、同時にボードハードウェア操作の統合適応インターフェイス抽象化を実行するため、開発者は新しいハードウェア抽象化インターフェイスを開発するだけで、新しく追加されたボード部分を取得できます。ドライバーサポート. ドライバーモデル:
デバイスドライバー用に、共通のドライバー抽象化モデルを提供します。主に次の 2 つの目的があります:
標準化されたデバイスドライバーモデルを提供する、開発者が独自に開発する必要がない、構成によってドライバーの展開を完了することができる、
ドライバーモデルの抽象化を提供する、ドライバーとさまざまなシステムコンポーネントとの関係をシールドします。相互作用により、ドライバーはより用途の広いものになります。

OpenHarmony システムの HDF ドライバーフレームワークは、主に次のもので構成されています。

ドライバーベースのフレームワーク
運転者
ドライバー構成ファイル
ドライバーインターフェース

この4つの部分で構成されています。

HDF ドライバーインフラストラクチャは、統合されたハードウェアリソース管理、ドライバーロード管理、およびデバイスノード管理を提供します。ドライバフレームワークはマスター/スレーブモード設定を採用し、デバイスマネージャとデバイスホストで構成されます。デバイスマネージャーは、統合されたドライバー管理を提供し、デバイスマネージャーが起動すると、デバイス情報によって提供されるドライバーデバイス情報に従って、対応するドライバーデバイスホストをロードし、ホストを制御してドライバーのロードを完了します。デバイスホストは、ドライバーを実行するための環境を提供すると同時に、事前設定されたホストフレームワークがデバイスマネージャーと連携して、ドライバーの読み込みと呼び出しを完了します。ビジネス要件に従って、デバイスホストは複数のインスタンスを持つことができます。
The driver implementation the specific functions of the driver. 各ドライバーは 1 つ以上のドライバーで構成され、各ドライバーはドライバーエントリに対応します。ドライバーエントリは、主にドライバーの初期化とドライバーインターフェイスのバインド機能を完了します。
ドライバー構成ファイル (.hcs) は、主にデバイス情報とデバイスリソースで構成され、デバイス情報は、デバイス情報の構成 (構成インターフェイスのリリース戦略、ドライバーのロード方法など) を完了します。デバイスリソースデバイスリソースの構成を完了します (GPIO ピン、レジスタ、その他のリソース情報の構成など)。
ドライバーインターフェイス (HDI) は標準化されたインターフェイスの定義と実装を提供し、ドライバーフレームワークは IO サービスと IO ディスパッチャーメカニズムを提供するため、ドライバーインターフェイスはさまざまな展開形式で一貫性が保たれます。

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HDF ドライバーフレームワークのブロック図

The HDF framework puts a class of device drivers in the same host, and developers can also development and deploy the driver functions in layer, which supports multiple nodes for one driver. 次の図に、HDF フレームワーク管理ドライバーモデルを示します。

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HDF ドライバーフレームワークのしくみ

デバイスマネージャは、統合されたドライバローディング管理メカニズムとドライバインターフェイス公開メカニズムを提供します。
デバイスホスト環境が読み込まれると、デバイスマネージャーは、デバイス情報情報に従って対応するドライバーを読み込むようにホストに要求し、デバイスホストは要求を受け取ると次の操作を実行します。

要求に応じてデバイス情報を読み込み、指定されたパスの下にあるドライバーイメージを検索して読み込むか、指定されたセクションアドレス (セクション) からドライバーエントリを検索します。
ドライバーデバイス記述子を検索し、対応するデバイスドライバーと一致させます。
ドライバーのマッチングが成功したら、指定されたドライバーイメージを読み込みます。
ドライバーイメージが正常に読み込まれた後、ホストフレームワークは、ドライバーエントリのバインドインターフェイスと初期化インターフェイスを呼び出して、ドライバーのサービスオブジェクトとのバインドを実現し、同時にデバイスドライバーを初期化します。
デバイス情報構成のサービスポリシーがドライバーインターフェイスの外部公開を必要とする場合、ドライバーフレームワークはドライバーのサービスオブジェクトを外部に公開されたサービスオブジェクトのリストに追加し、外部クライアントプログラムはこのリストインターフェイスを介して対応するサービスを照会およびアクセスできます。 .

HDF ドライバーフレームワークの動作原理のブロック図:

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HDF ドライバーの読み込みプロセスの分析

OpenHarmony システムドライバーには、ドライバー展開のさまざまな方法に応じて、2 つのドライバー読み込み方法があります。

動的読み込み方法: 従来の so (共有ライブラリ) 読み込み方法を使用して、ドライバーはドライバー関数エントリを見つけ、シンボルメソッドを指定してそれを読み込みます。
スタティックロード方式：スキャッタでドライバプログラムを指定セクションにコンパイルし、指定セクションに対応するアドレスにアクセスしてロードするドライバ関数エントリを探します。

以下は、静的ロードモードでのカーネルモードドライバーのロードプロセスの分析に焦点を当てて、ドライバーのロードプロセスを説明するサンプルコードを組み合わせたものです。

HDF ドライバーのロードプロセスの分析 - ドライバーの実装 1

HDF ドライバーフレームワークでは、HdfDriverEntry オブジェクトを使用してドライバーの実装を記述します。

struct HdfDriverEntry{
    int32_t    moduleVersion;
    const char *moduleName;
    int32_t    (*Bind)(struct HdfDeviceObject *deviceObject);
    int32_t    (*Init)(struct HdfDeviceObject *deviceObject);
    void     (*Release)(struct HdfDeviceObject *deviceObject);
}

バインドインターフェイス: ドライバーインターフェイスのインスタンス化とバインドを実現する.ドライバーインターフェイスを公開する必要がある場合は、ドライバーの読み込みプロセス中に呼び出され、インターフェイスのドライバーサービスがインスタンス化され、deviceobject にバインドされます。
初期化インターフェイス: ドライバーの初期化を実現します。エラーを返すと、ドライバーの読み込みプロセスが停止します。
リリースインターフェイス: ドライバーのアンロードを実現し、このインターフェイスでドライバーインスタンスのソフトウェアおよびハードウェアリソースを解放します。

HDF ドライバーのロードプロセスの分析 - ドライバーの実装 2

int SampleDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
intSampleDriverInit(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
intSampleDriverRelease(struct HdfDeviceObject *deviceObject)

struct HdfDriverEntry g_sampleDriverEntry = {
    .moduleVersion = 1,
    .moduleName = "sample_driver",
    .Bind = SampleDriverBind,
    .Init = SampleDriverInit,
    .Release = SampleDriverRelease
};

HDF_INIT(g_sampleDriverEntry);

HDF_INIT マクロを展開します。

#define HDF_SECTION    __attribute__((section(".hdf.driver")))
#define HDF_DRIVER_INIT(module)    \
const size_t    USED    ATTR    module##HdfEntry HDF SECTION = (size_t)(&(module))

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HDF_INITマクロが「ドライバモジュール名+HdfEntry」のシンボルを定義し、シンボルが指すセクションに配置していることがわかります “.hdf.driver”.シンボルが指すメモリアドレスは、ドライバエントリ構造体のアドレスです. この特別なセクションは、起動時にデバイスドライバーを検索するために使用されます。

HDF ドライバーのロードプロセスの分析 - ドライバーリストの取得

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HDF ドライバーフレームワークは、ドライバーエントリシンボルのアドレスを特別なセクションに格納することにより、ドライバーのインデックス付けを実現します. 2 つの特別なシンボル _hdf_drivers_start および _hdf_drivers_end が、このセクションの範囲をマークするために、このセクションの最初と最後に挿入されます. データ2 つの特殊なシンボルの間にあるのは、ドライバー実装ポインターです。

HDF ドライバーのロードプロセスの分析 - デバイスリストの取得

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構成テキストがコンパイルされると、バイナリ形式の構成ファイルになり、デバイス関連の情報が「hdf_manager」でマークされた device_info 構成ブロックに格納されます。ホスト名、起動優先順位、およびデバイスリスト情報。デバイス情報の moduleName フィールドは、デバイスの正しいドライバーと一致するように、ドライバーエントリの moduleName と一致するために使用されます。

HDF ドライバーのロードプロセスの分析 - デバイスとドライバーの一致

システムが起動すると、最初にドライバーフレームワーク (デバイスマネージャー、デバイスホスト) が起動し、構成ファイルを解析してデバイスリストを取得し、".hdf.drivers" セクションを読み取ってドライバーリストを読み取り、デバイスリストを走査して、 driver リストが照合され、一致するドライバがロードされます。ドライバーフレームワークには、次の 2 つのコアマネージャーがあります。

device managerデバイスのロード、アンロード、クエリなどのデバイス関連機能を含むデバイス管理を担当
device service managerデバイスによってリリースされたインターフェイスサービスを管理し、インターフェイスサービスの発行やクエリなどの機能を提供します。

ドライバのロードは、主にデバイスマネージャによって行われます. まず、デバイスマネージャは、構成ファイル内のホストリストを解析する必要があります. ホストリストの情報に従って、対応するホストオブジェクトをインスタンス化します. ホストはファイルを解析して、関連付けられたデバイスリストを検索し、デバイスリストをトラバースして対応する一致するドライバー名を取得し、前述の hdf.driver セクションをトラバースして、ドライバー名に基づいてドライバーアドレスを取得します。

HDF ドライバーのロードプロセスの分析 - ロードプロセスのフローチャート

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The device manager traverse the device list, and when it finds the supported driver, it creates a device object instance for the device. デバイス構成のポリシーフィールドが外部世界に解放する必要があるドライバーインターフェイスである場合、バインドドライバーのインターフェイスが最初に呼び出され、デバイスとデバイスを関連付けます。次に、ドライバーの Init インターフェイスが呼び出され、関連するドライバーの初期化作業が完了します。ドライバーがアンロードされた場合、またはハードウェアやその他の理由で Init インターフェイスがエラーを返した場合、Release が呼び出され、ドライバーによって要求されたさまざまなリソースが解放されます。

HDF ドライバーのロードプロセスの分析 - ドライバーフレームワークの起動
ドライバーフレームワークは late_initcall によって起動されます

static init __init DeviceManagerInit(void)
{
    int ret;
    ret = DeviceManagerStart();
    return ret;
}

late_initcall(DeviceManagerInit);

late_initcall マクロ展開
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マクロの意味:

__initcall_DeviceManagerInit という名前の initcall)_t 型の関数ポインターを宣言します。
この関数ポインタを DeviceManagerInit として初期化します
コンパイル時に、この関数ポインタ変数を「.initcall7.init」という名前のセクションに配置する必要があります。本質は、関数 DeviceManagerInit の最初のアドレスをセクション「.initcall7.init」に配置することです。

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HDF ドライバーのロードプロセスの分析 - 概要

システムが起動すると、まず late_initcall によって devicemanagerInit が起動します
デバイスマネージャは、デバイス情報情報に従って構成ファイル内のホストリストを解析し、ホストリスト内の情報に従って、対応するホストオブジェクトをインスタンス化します。
ホスト変数デバイスリストから一致するドライバー名を取得し、ドライバー名に基づいて .hdf.driver セクションをトラバースしてドライバーアドレスを取得します。
デバイスとドライバーが正常に一致したら、指定されたドライバーのエントリアドレスを取得し、対応するデバイスドライバーを読み込みます。
指定されたドライバーのバインドインターフェイスを呼び出して、デバイスとサービスインスタンスを関連付けます。
指定されたドライバーの init インターフェイスを呼び出し、関連するドライバーの初期化作業を完了します。
ドライバーがアンインストールされた場合、または init インターフェイスがハードウェアやその他の理由で失敗を返した場合、ドライバーが要求したさまざまなリソースを解放するために release が呼び出されます。

参考リンク

OpenHarmony 公式ドキュメント: https://gitee.com/openharmony/docs#/openharmony/docs/blob/master/zh-cn/readme.md
OpenHarmony 公式サイト: https://www.openharmony.cn/mainPlay
コースリンク: https://growing.openharmony.cn/mainPlay/learnPathMaps?id=49