harmony 鸿蒙驱动开发

2022-08-09
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驱动开发

驱动模型介绍

HDF（Hardware Driver Foundation）框架以组件化的驱动模型作为核心设计思路，为开发者提供更精细化的驱动管理，让驱动开发和部署更加规范。HDF框架将一类设备驱动放在同一个Host（设备容器）里面，用于管理一组设备的启动加载等过程。在划分Host时，驱动程序是部署在一个Host还是部署在不同的Host，主要考虑驱动程序之间是否存在耦合性，如果两个驱动程序之间存在依赖，可以考虑将这部分驱动程序部署在一个Host里面，否则部署到独立的Host中是更好的选择。Device对应一个真实的物理设备。DeviceNode是设备的一个部件，Device至少有一个DeviceNode。每个DeviceNode可以发布一个设备服务。驱动即驱动程序，每个DevicdNode唯一对应一个驱动，实现和硬件的功能交互。HDF驱动模型如下图所示：

图1 HDF驱动模型

HDF驱动模型

驱动开发步骤

基于HDF框架的驱动开发主要分为三个部分：驱动实现、驱动编译脚本编写和驱动配置。详细开发流程如下所示：

驱动实现

驱动实现包含驱动业务代码实现和驱动入口注册，具体写法如下：

驱动业务代码

  #include "hdf_device_desc.h"          // HDF框架对驱动开发相关能力接口的头文件
  #include "hdf_log.h"                  // HDF框架提供的日志接口头文件


  #define HDF_LOG_TAG sample_driver     // 打印日志所包含的标签，如果不定义则用默认定义的HDF_TAG标签。


  // 将驱动对外提供的服务能力接口绑定到HDF框架。
  int32_t HdfSampleDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
  {
      HDF_LOGD("Sample driver bind success");
      return HDF_SUCCESS;
  }


  // 驱动自身业务初始化的接口
  int32_t HdfSampleDriverInit(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
  {
      HDF_LOGD("Sample driver Init success");
      return HDF_SUCCESS;
  }


  // 驱动资源释放的接口
  void HdfSampleDriverRelease(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
  {
      HDF_LOGD("Sample driver release success");
      return;
  }

驱动入口注册到HDF框架

  // 定义驱动入口的对象，必须为HdfDriverEntry（在hdf_device_desc.h中定义）类型的全局变量。
  struct HdfDriverEntry g_sampleDriverEntry = {
      .moduleVersion = 1,
      .moduleName = "sample_driver",
      .Bind = HdfSampleDriverBind,
      .Init = HdfSampleDriverInit,
      .Release = HdfSampleDriverRelease,
  };


  // 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中。在加载驱动时HDF框架会先调用Bind函数，再调用Init函数加载该驱动；当Init调用异常时，HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。
  HDF_INIT(g_sampleDriverEntry);

驱动编译脚本编写

LiteOS

涉及Makefile和BUILD.gn修改：

Makefile部分：

驱动代码的编译必须要使用HDF框架提供的Makefile模板进行编译。

   include $(LITEOSTOPDIR)/../../drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos/lite.mk # 【必需】导入hdf预定义内容
   MODULE_NAME :=        #生成的结果文件
   LOCAL_INCLUDE :=      #本驱动的头文件目录
   LOCAL_SRCS :=         #本驱动的源代码文件
   LOCAL_CFLAGS ：=      #自定义的编译选项
   include $(HDF_DRIVER) #导入Makefile模板完成编译

编译结果文件链接到内核镜像，添加到drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos目录下的hdf_lite.mk里面，示例如下：

   LITEOS_BASELIB +=  -lxxx  #链接生成的静态库
   LIB_SUBDIRS    +=         #驱动代码Makefile的目录

BUILD.gn部分：

添加模块BUILD.gn，可参考如下示例：

   import("//build/lite/config/component/lite_component.gni")
   import("//drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos/hdf.gni")
   module_switch = defined(LOSCFG_DRIVERS_HDF_xxx)
   module_name = "xxx"
   hdf_driver(module_name) {
       sources = [
           "xxx/xxx/xxx.c",           #模块要编译的源码文件
       ]
       public_configs = [ ":public" ] #使用依赖的头文件配置
   }
   config("public") {                 #定义依赖的头文件配置
       include_dirs = [
           "xxx/xxx/xxx",             #依赖的头文件目录
       ]
   }
    ```


   把新增模块的BUILD.gn所在的目录添加到**/drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos/BUILD.gn**里面：


   ```c
   group("liteos") {
       public_deps = [ ":$module_name" ]
           deps = [
               "xxx/xxx",   #新增模块BUILD.gn所在的目录，目录结构相对于/drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos
           ]
   }

Linux

如果需要定义模块控制宏，需要在模块目录xxx里面添加Kconfig文件，并把Kconfig文件路径添加到drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/Kconfig里面：

 source "drivers/hdf/khdf/xxx/Kconfig" #目录为hdf模块软链接到kernel里面的目录

添加模块目录到drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/Makefile：

 obj-$(CONFIG_DRIVERS_HDF)  += xxx/

在模块目录xxx里面添加Makefile文件，在Makefile文件里面添加模块代码编译规则：

 obj-y  += xxx.o

驱动配置

HDF使用HCS作为配置描述源码，HCS详细介绍参考配置管理介绍。

驱动配置包含两部分，HDF框架定义的驱动设备描述和驱动的私有配置信息，具体写法如下：

驱动设备描述（必选）

HDF框架加载驱动所需要的信息来源于HDF框架定义的驱动设备描述，因此基于HDF框架开发的驱动必须要在HDF框架定义的device_info.hcs配置文件中添加对应的设备描述。驱动的设备描述填写如下所示：

  root {
      device_info {
          match_attr = "hdf_manager";
          template host {       // host模板，继承该模板的节点（如下sample_host）如果使用模板中的默认值，则节点字段可以缺省。
              hostName = "";
              priority = 100;
              uid = "";         // 用户态进程uid，缺省为空，会被配置为hostName的定义值，即普通用户。
              gid = "";         // 用户态进程gid，缺省为空，会被配置为hostName的定义值，即普通用户组。
              caps = [""];      // 用户态进程Linux capabilities配置，缺省为空，需要业务模块按照业务需要进行配置。
              template device {
                  template deviceNode {
                      policy = 0;
                      priority = 100;
                      preload = 0;
                      permission = 0664;
                      moduleName = "";
                      serviceName = "";
                      deviceMatchAttr = "";
                  }
              }
          }
          sample_host :: host{
              hostName = "host0";    // host名称，host节点是用来存放某一类驱动的容器。
              priority = 100;        // host启动优先级（0-200），值越大优先级越低，建议默认配100，优先级相同则不保证host的加载顺序。
              caps = ["DAC_OVERRIDE", "DAC_READ_SEARCH"];   // 用户态进程Linux capabilities配置。
              device_sample :: device {        // sample设备节点
                  device0 :: deviceNode {      // sample驱动的DeviceNode节点
                      policy = 1;              // policy字段是驱动服务发布的策略，在驱动服务管理章节有详细介绍。
                      priority = 100;          // 驱动启动优先级（0-200），值越大优先级越低，建议默认配100，优先级相同则不保证device的加载顺序。
                      preload = 0;             // 驱动按需加载字段。
                      permission = 0664;       // 驱动创建设备节点权限
                      moduleName = "sample_driver";      // 驱动名称，该字段的值必须和驱动入口结构的moduleName值一致。
                      serviceName = "sample_service";    // 驱动对外发布服务的名称，必须唯一。
                      deviceMatchAttr = "sample_config"; // 驱动私有数据匹配的关键字，必须和驱动私有数据配置表中的match_attr值相等。
                  }
              }
          }
      }
  }

说明：

uid、gid、caps等配置项是用户态驱动的启动配置，内核态不用配置。

根据进程权限最小化设计原则，业务模块uid、gid不用配置，如上面的sample_host，使用普通用户权限，即uid和gid被定义为hostName的定义值。

如果普通用户权限不能满足业务要求，需要把uid、gid定义为system或者root权限时，请找安全专家进行评审。

进程的uid在文件base/startup/init_lite/services/etc/passwd中配置，进程的gid在文件base/startup/init_lite/services/etc/group中配置，进程uid和gid配置参考：系统服务用户组添加方法。

caps值：格式为caps = [“xxx”]，如果要配置CAP_DAC_OVERRIDE，此处需要填写caps = [“DAC_OVERRIDE”]，不能填写为caps = [“CAP_DAC_OVERRIDE”]。

preload：驱动按需加载字段，参考驱动加载。

驱动私有配置信息（可选）

如果驱动有私有配置，则可以添加一个驱动的配置文件，用来填写一些驱动的默认配置信息。HDF框架在加载驱动的时候，会将对应的配置信息获取并保存在HdfDeviceObject中的property里面，通过Bind和Init（参考步骤1）传递给驱动。驱动的配置信息示例如下：
```
  root {
      SampleDriverConfig {
          sample_version = 1;
          sample_bus = "I2C_0";
          match_attr = "sample_config";   // 该字段的值必须和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
      }
  }
```
配置信息定义之后，需要将该配置文件添加到板级配置入口文件hdf.hcs，示例如下：
```
  #include "device_info/device_info.hcs"
  #include "sample/sample_config.hcs"
```