HarmonyOS NEXT分布式系統(tǒng)硬件資源池應(yīng)用場景技術(shù)原理及接入實(shí)踐

隨著智能設(shè)備的發(fā)展和普及，越來越多的智能設(shè)備已經(jīng)深入人們的生活，比如手機(jī)、PC、平板、各類穿戴設(shè)備等。目前單個設(shè)備的外設(shè)資源已經(jīng)非常豐富，硬件能力也很強(qiáng)大。但像是手機(jī)、PC、平板等設(shè)備都有的相機(jī)、音頻、屏幕、鍵盤鼠標(biāo)等外設(shè)資源均屬于各個設(shè)備自身，如果涉及跨設(shè)備協(xié)同操作就會比較繁瑣。

比如，當(dāng)我們?nèi)粘Ｔ赑C端進(jìn)行文檔編輯時，若需要從平板復(fù)制一段文字，或者使用手機(jī)拍攝照片然后分別將素材插入文檔時，就需要我們分別在不同的設(shè)備上操作，然后將物料再行匯總發(fā)送至PC端口進(jìn)行編輯，過程十分麻煩。如果應(yīng)用開發(fā)者從應(yīng)用層面實(shí)現(xiàn)設(shè)備間硬件能力共享，不但開發(fā)者工作量和難度非常大，各個應(yīng)用之間也需要重復(fù)開發(fā)，能力難以復(fù)用和繼承。

為此，HarmonyOS NEXT提出了硬件資源池的理念，把各個設(shè)備的硬件外設(shè)抽象為外設(shè)信息單元，外設(shè)信息在各個可信設(shè)備之間自動同步，打破各個設(shè)備硬件的孤立狀態(tài)，讓設(shè)備間硬件外設(shè)全局共享。這樣就實(shí)現(xiàn)了外設(shè)信息的全局可見，再結(jié)合分布式硬件虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)任意設(shè)備之間的硬件外設(shè)能力跨設(shè)備調(diào)用。

分布式硬件資源池作為系統(tǒng)能力下沉系統(tǒng)底層，北向開發(fā)者并不會感知資源池的存在；跨設(shè)備硬件和本地硬件使用同一套API，開發(fā)者調(diào)用跨設(shè)備硬件體驗和本地硬件一致，如此更加開發(fā)者調(diào)用跨設(shè)備硬件，開發(fā)者也無需再關(guān)注硬件底層細(xì)節(jié)，可將更多時間專注于業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

HarmonyOS NEXT采用硬件資源池的理念，結(jié)合多個設(shè)備優(yōu)勢硬件為用戶提供更優(yōu)體驗的同時，還能支持消費(fèi)者和開發(fā)者多種創(chuàng)新體驗。

NO.1 消費(fèi)者場景

從消費(fèi)者層面來看，華為分布式硬件可支持智慧辦公、智慧出行等多種創(chuàng)新場景。

例如在智慧辦公場景中，使用一套PC鍵盤鼠標(biāo)即可和周邊平板等設(shè)備跨設(shè)備操作；在多屏協(xié)同時，手機(jī)屏幕可直接顯示到平板，手機(jī)視頻通話也可以使用平板的麥克風(fēng)和攝像頭，用戶在平板上即可同時操作手機(jī)平板兩臺設(shè)備，無需在設(shè)備間來回切換。

在智慧出行場景中，當(dāng)用戶進(jìn)入座艙，手機(jī)上的音樂和通話就可自動接續(xù)到車機(jī)，使用車機(jī)的音頻外設(shè)播音和拾音功能，以及使用車機(jī)的攝像頭進(jìn)行視頻通話；當(dāng)手機(jī)導(dǎo)航接續(xù)到車機(jī)后，車機(jī)的GPS信號也可以共享給手機(jī)，結(jié)合手機(jī)GPS信號提供更高精度的定位數(shù)據(jù)。

結(jié)合以上兩種場景可知，在智慧辦公和智慧出行場景中，用戶都可以通過分布式硬件資源池，為用戶提供更好的服務(wù)體驗。

NO.2 開發(fā)者場景

對于開發(fā)者來說，因為分布式硬件資源池將跨設(shè)備硬件調(diào)用的復(fù)雜度都封裝在了系統(tǒng)底層，跨設(shè)備硬件可復(fù)用本地硬件的API，因此開發(fā)者學(xué)習(xí)和適配難度可以做到最低。

以分布式相機(jī)為例，相機(jī)接口可以同時查詢到本地相機(jī)和跨設(shè)備相機(jī)外設(shè)，接著本地相機(jī)和跨設(shè)備相機(jī)就可通過ConnectionType.CAMERA_CONNECTION_REMOTE屬性相互區(qū)分，開發(fā)者通過該屬性過濾出分布式相機(jī)后，其他操作和本地相機(jī)完全一致，開發(fā)者無需為使用跨設(shè)備硬件學(xué)習(xí)一套獨(dú)立的API，有效簡化開發(fā)者開發(fā)難度。

很多開發(fā)者可能會問，硬件資源池是怎樣的開發(fā)原理，我們可用相機(jī)和音頻為例進(jìn)行講解。

假設(shè)設(shè)備A和設(shè)備B都有各自的相機(jī)和音頻外設(shè)，驅(qū)動層有對應(yīng)的本地相機(jī)和本地音頻驅(qū)動。

分布式硬件從各自設(shè)備本地采集相機(jī)和音頻驅(qū)動信息，存入分布式數(shù)據(jù)庫。如果AB兩個設(shè)備建立了可信關(guān)系并且通過軟總線組網(wǎng)上線成功，分布式數(shù)據(jù)庫會在AB兩個設(shè)備之間自動同步各自的本地外設(shè)數(shù)據(jù)信息，這樣設(shè)備A分布式硬件可以拿到設(shè)備B的相機(jī)和音頻外設(shè)規(guī)格數(shù)據(jù)，同樣設(shè)備B也可以拿到設(shè)備A的相機(jī)和音頻外設(shè)規(guī)格數(shù)據(jù)。

以設(shè)備A的流程為例，分布式硬件收到對端設(shè)備B的硬件規(guī)格數(shù)據(jù)后，在驅(qū)動層注冊對應(yīng)的虛擬相機(jī)和虛擬音頻驅(qū)動，虛擬驅(qū)動相當(dāng)于對端設(shè)備物理硬件在本地的代理；虛擬驅(qū)動實(shí)現(xiàn)和本地硬件驅(qū)動相同的HDI接口。他們的區(qū)別在于，本地硬件驅(qū)動操作本地物理硬件，虛擬硬件驅(qū)動控制和數(shù)據(jù)傳輸通過軟總線作用于對端分布式硬件。由于和本地硬件實(shí)現(xiàn)同樣的HDI接口，設(shè)備B相機(jī)和音頻對應(yīng)的虛擬硬件可以被相機(jī)服務(wù)和音頻服務(wù)發(fā)現(xiàn)并管理，包括外設(shè)的查詢，相機(jī)的預(yù)覽拍照錄像，音頻的播放，聲音的錄制等功能。

對稱的，在設(shè)備B上會執(zhí)行同樣的過程，為設(shè)備A相機(jī)和音頻外設(shè)注冊對應(yīng)虛擬驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備B上對設(shè)備A硬件外設(shè)的查詢和使用。

如此就實(shí)現(xiàn)了外設(shè)信息在設(shè)備間互通共享，信息感知自動注冊虛擬硬件，注冊后即可用，成為一個無中心對稱的分布式硬件外設(shè)管理系統(tǒng)。同時，分布式硬件框架定義了外設(shè)熱插拔，虛擬硬件?；畹葯C(jī)制，保證業(yè)務(wù)可靠性。在運(yùn)行時，各個硬件外設(shè)的業(yè)務(wù)運(yùn)行于獨(dú)立進(jìn)程中，在進(jìn)程層面保證不同硬件的虛擬化業(yè)務(wù)互相隔離，提高了業(yè)務(wù)可靠性。

基于上述分析，開發(fā)者可以看到分布式硬件與南向硬件的交互涉及“硬件信息采集”和“驅(qū)動注冊”兩類業(yè)務(wù)，與此對應(yīng)，分布式硬件針對南向硬件接入定義了兩類接口：一類是硬件規(guī)格采集接口，一類是驅(qū)動注冊與準(zhǔn)備接口。

在硬件規(guī)格采集接口中，直接定義了規(guī)格信息的采集以及外設(shè)熱插拔事件監(jiān)聽等功能；由于我們是跨設(shè)備硬件調(diào)用，涉及雙端設(shè)備的硬件，因此我們定義使用周邊其他設(shè)備硬件外設(shè)的一端為Source端，共享本地硬件給其他設(shè)備調(diào)用的一端為Sink端，驅(qū)動注冊與準(zhǔn)備接口包括Source和Sink兩端。

Source端包括初始化，釋放以及虛擬驅(qū)動注冊/去注冊等功能；Sink端主要是初始化和釋放接口，用于響應(yīng)Source端的控制指令，比如播放聲音或者采集視頻畫面。在設(shè)備組網(wǎng)上線后，分布式硬件框架調(diào)用各個硬件類型的南向接口實(shí)現(xiàn)，分別初始化各類硬件的Source和Sink端業(yè)務(wù)進(jìn)程，為后續(xù)的硬件跨設(shè)備調(diào)用做好準(zhǔn)備。

由于分布式硬件良好的南向接入解耦設(shè)計，如果有新硬件外設(shè)接入，只需要如下三步即可，以分布式相機(jī)配置為例，開發(fā)者可以基于下方實(shí)例進(jìn)行參考：

Step 1：定義硬件外設(shè)類型枚舉值CAMERA

Step 2：實(shí)現(xiàn)分布式硬件框架定義的南向接入接口，分別實(shí)現(xiàn)為三個so

實(shí)現(xiàn)分布式硬件框架定義的硬件規(guī)格采集接口IHardwareHandler，并編譯獲得接口實(shí)現(xiàn)libdistributed_camera_handler.z.so

實(shí)現(xiàn)Source側(cè)接入接口IDistributedHardwareSource，并編譯獲得接口實(shí)現(xiàn)libdistributed_camera_source_sdk.z.so

實(shí)現(xiàn)Sink側(cè)接入接口IDistributedHardwareSink，并編譯獲得接口實(shí)現(xiàn)libdistributed_camera_sink_sdk.z.so

Step 3：在分布式硬件子部件配置文件中，添加新硬件外設(shè)相關(guān)配置，包括外設(shè)類型，南向接口實(shí)現(xiàn)的so名稱，版本號，以及Source和Sink端服務(wù)分配的服務(wù)Id

注意：該配置由產(chǎn)品定義確定，不同的產(chǎn)品可能使用不同的分布式能力。以RK3568開發(fā)板為例，配置如下：

三個接口的so實(shí)現(xiàn)后，開發(fā)者可將編譯打包到系統(tǒng)庫路徑下，同時配置到分布式硬件部件配置文件中，設(shè)備組網(wǎng)上線后，就能看到分布式相機(jī)的dcamera進(jìn)程已經(jīng)成功啟動，表明相機(jī)外設(shè)已經(jīng)納入資源池管理，成為分布式相機(jī)。

從下述截圖也可以看到分布式硬件其他相關(guān)進(jìn)程，dhardware就是分布式硬件資源池管理框架進(jìn)程，顧名思義，dcamera是分布式相機(jī)進(jìn)程，dinput是分布式鍵鼠輸入進(jìn)程，dscreen是分布式屏幕進(jìn)程。

當(dāng)前在OpenHarmony開源社區(qū)，已經(jīng)開源了硬件資源池管理框架，分布式相機(jī)，分布式音頻，分布式屏幕，分布式輸入的代碼倉，開放了相機(jī)，音頻，屏幕和鍵鼠輸入外設(shè)的跨設(shè)備控制源碼，關(guān)于硬件資源池的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，可以參考我們的開源代碼倉，更多參考代碼，可關(guān)注HarmonyOS開發(fā)者官方微信。