【移植】一种快速移植OpenHarmony Linux内核的方法

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移植概述

本文面向希望将 OpenHarmony 移植到三方芯片平台硬件的开发者，介绍一种借助三方芯片平台自带 Linux 内核的现有能力，快速移植 OpenHarmony 到三方芯片平台的方法。

移植到三方芯片平台的整体思路

内核态层和用户态层

为了更好的解释整个内核移植，首先需要介绍一些概念：
我们可以把 OpenHarmony 简单的分为
OpenHarmony = OpenHarmony 内核态层 + OpenHarmony 用户态层

其中 OpenHarmony 内核层就是上图的紫色部分，可以看到，它主要由内核本身（如 Linux Kernel，LiteOS），和一些运行在内核态的一些特性组成，比如 HDF 等。
而 OpenHarmony 用户态层，在上图，就是紫色之外的部分。可以看到，由下往上看，它主要由系统服务层，框架层，应用层组成。在这儿我们将这三层整体称为“OpenHarmony 用户态层”。
为什么这么区分呢？因为我们这篇文章主要是要讨论如何快速的把 OpenHarmony 移植到三方芯片平台上。而 OpenHarmony 的用户态层，整体来说和三方芯片平台的耦合度不高，移植较为方便。而内核态层中的内核本身以及 HDF 驱动框架等，和三方芯片平台的耦合度较高，是移植的重难点。我们先做这个区分，就是为了先把聚光灯打到我们最需要关注的 OpenHarmony 内核态层上，开始分析和解题。另外说明，本文只包含 Linux 内核的快速移植，不包含 LiteOS 的移植。

获得内核态层的两种方法

为了表述方便，我们在下文部分地方用“OH”代替“OpenHarmony”。
将 OH 内核态层继续分解
OH 内核态层 = OH Linux 内核 + OH 内核态特性（可选特性或者必选特性，如必选特性 HDF，今后的可选特性 HMDFS 等）
而 OH Linux 内核 = 标准 LTS Linux 内核 + 三方 SoC 芯片平台代码 + OH 内核态基础代码（支撑 OH 用户态层运行的最基础代码）
因此 OH 内核态层 = 标准 LTS Linux 内核 + 三方 SoC 芯片平台代码 + OH 内核态基础代码 + OH 内核态特性（如 HDF）

而将前两项组合，标准 LTS Linux 内核 + 三方 SoC 芯片平台代码，其实就是一个三方 Linux 内核的基础组成。从上面的推导可以看出，OpenHarmony 内核态层其实能够由两种方法得到：
方法一：OH 内核态层 = 三方 Linux 内核 + OH 内核态基础代码 + OH 内核态特性（如 HDF，今后的 HMDFS 等）
也就是直接借助三方 Linux 内核，再加上基础 OH 内核态基础代码、以及 HDF 等 OH 内核态特性。
方法二：OH 内核态层 = OH Linux 内核 + OH 内核态特性（如 HDF，今后的 HMDFS 等）
也就是直接采用 OHLinux 内核，然后再加入 OH 的其他内核态特性。
当前方法二中 OHLinux 内核支持的三方芯片平台还不够丰富。为了能够响应三方开发者快速移植 OpenHarmony 的要求，下文会着重介绍方法一，即借助三方已有的 Linux 内核，来快速移植 OpenHarmony。

借助已有 Linux 内核来移植 OpenHarmony 的流程

整个移植流程可以分为三步：

  1. 准备整体构建环境，包括将三方芯片平台的现有内核代码拷贝到 OpenHarmony 的整体编译环境下。
  2. OpenHarmony 内核态基础代码的移植。
  3. OpenHarmony 内核态必选特性（如 HDF 等）的移植。
    详细步骤在接下来的章节中介绍。

移植到三方芯片平台的步骤

下面以树莓派 3b (BCM2837) 为例，演示将 OpenHarmony 移植到树莓派的过程。

准备整体构建环境

  1. 将三方内核纳入 OpenHarmony 编译环境。
    完整编译过一遍标准 Hi3516DV300 的内核之后，clone 树莓派内核源码并复制到 manifest 输出目录下：

    export PROJ_ROOT=[OpenHarmony manifest]
git clone https://gitee.com/xfan1024/oh-rpi3b-kernel.git
cp -r oh-rpi3b-kernel $PROJ_ROOT/out/KERNEL_OBJ/kernel/src_tmp/linux-rpi3b

  2. 配置树莓派内核编译环境。

    # 进入树莓派kernel目录
cd out/KERNEL_OBJ/kernel/src_tmp/linux-rpi3b
# 配置编译环境,使用工程项目自带的clang
export PATH=$PROJ_ROOT/prebuilts/clang/ohos/linux-x86_64/llvm/bin:$PROJ_ROOT/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/gcc-linaro-7.5.0-arm-linux-gnueabi/bin/:$PATH
export MAKE_OPTIONS="ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- CC=clang HOSTCC=clang"
export PRODUCT_PATH=vendor/hisilicon/hispark_taurus_linux

  3. 注释掉 clang 不识别的 flag。
    PROJ_ROOT/out/KERNEL_OBJ/kernel/src_tmp/linux-rpi3b/arch/arm/Makefile 注释掉以下这一行：

    KBUILD_CFLAGS  +=-fno-omit-frame-pointer -mapcs -mno-sched-prolog

移植内核态基础代码

目前 OpenHarmony 内核态的基础代码，主要是日志服务相关。轻量化内核日志服务代码包含：

drivers/staging/hilog
drivers/staging/hievent

将以上代码，从 OpenHarmony 内核代码目录 kernel/linux/linux-4.19/drivers/staging 中，拷贝到 out/KERNEL_OBJ/kernel/src_tmp/linux-rpi3b/drivers/staging 下。
在三方内核的 drivers/staging/Kconfig 文件内增加如下代码：

source "drivers/staging/hilog/Kconfig"
source "drivers/staging/hievent/Kconfig"

在三方内核的 drivers/staging/Makefile 文件内增加如下代码：

obj-$(CONFIG_HILOG)             += hilog/
obj-$(CONFIG_HIEVENT)           += hievent/

在内核 config 项中打开对应的 CONFIG 控制宏：CONFIG_HILOG 和 CONFIG_HIEVENT。

移植内核态必选特性 HDF

  1. 打 HDF 补丁。
    在 Linux 内核打 HDF 补丁时，执行补丁 shell 脚本合入 HDF 补丁。

    1. 配置 HDF 补丁脚本的四个变量参数。
    2. 获取 patch_hdf.sh 脚本。
    3. 执行 patch_hdf.sh 脚本依次传入四个变量参数。
      patch_hdf.sh 脚本四个参数含义为：第一个入参为工程根目录路径，第二入参为内核目录路径，第三个入参为内核版本路径，第四个参数是当前设备名。
    ./patch_hdf.sh [工程根目录路径] [内核目录路径] [内核补丁路径] [设备名]

以树莓派 3b 为示例介绍：

    # 进入树莓派kernel目录PROJ_ROOT/drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/patch_hdf.sh \PROJ_ROOT  # 指定工程根目录路径 \PROJ_ROOT/out/KERNEL_OBJ/kernel/src_tmp/linux-rpi3b  # 打补丁的内核目录路径 \PROJ_ROOT/kernel/linux/patches/linux-4.19 # 内核补丁路径.\hi3516dv300 # 设备名.
  1. 配置 config。
    提供 HDF 基本配置，如果需要其他功能，通过 menuconfig 打开对应驱动开关即可。

HDF 补丁执行成功后，默认 HDF 开关是关闭的，打开 HDF 基本配置选项如下：

    CONFIG_DRIVERS_HDF=yCONFIG_HDF_SUPPORT_LEVEL=2CONFIG_DRIVERS_HDF_PLATFORM=yCONFIG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_MIPI_DSI=yCONFIG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_GPIO=yCONFIG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_I2C=yCONFIG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_UART=yCONFIG_DRIVERS_HDF_TEST=y

或者通过 menuconfig 界面打开 HDF 相关配置，命令如下：

    # 生成 .config 配置文件make ${MAKE_OPTIONS} rpi3b_oh_defconfig# 更改HDF内核配置make ${MAKE_OPTIONS} menuconfig# [*] Device Drivers# [*]   HDF driver framework support --->

配置如下（在 Device Drivers -> HDF driver framework support 目录下）：

编译 Image

# 执行编译命令
make ${MAKE_OPTIONS} -j33 zImage

编译和运行 HDF 测试用例（可选）

简介

HDF（Hardware Driver Foundation)自测试用例，用于测试 HDF 框架和外设的基本功能，本文主要介绍 HDF 内核态用例测试方法。

预置条件

测试前需要在 menuconfig 里检查 HDF 测试开关 CONFIG_DRIVERS_HDF_TEST=y，代码全量编译通过。

用例编译和测试方法

通过 hdc_std 工具 把用例执行文件推送到设备中，然后执行用例即可，操作步骤如下：

  1. 编译 hdf 测试用例。

  2. 用 hdc_std 工具推送测试文件到设备中。

  3. 进入设备 data/test 目录，执行测试文件即可。
    用例编译和测试详细步骤如下：

  4. 编译 hdf 测试用例。
    编译 hdf 测试用例命令和文件路径如下：

   ./build.sh --product-name hispark_taurus_standard --build-target hdf_test

等待编译完成。

  1. 将测试文件移动到目标移植设备上（以树莓派为例）。

方法一：使用 hdc_std 工具 。

  1. 先在树莓派里新建 data/test 目录。
        mkdir -p data/test
  1. 推送依赖库和测试用例到树莓派。
        hdc file send XXX\out\{device_name}\hdf\hdf\libhdf_test_common.z.so  /system/libhdc file send XXX\out\{device_name}\tests\unittest\hdf\config\hdf_adapter_uhdf_test_config  /data/testhdc file send XXX\out\{device_name}\tests\unittest\hdf\devmgr\DevMgrTest  /data/testhdc file send XXX\out\{device_name}\tests\unittest\hdf\osal\OsalTest  /data/testhdc file send XXX\out\{device_name}\tests\unittest\hdf\sbuf\SbufTest  /data/test

方法二：移动到储存卡内，启动树莓派之后装载。1. 拔掉树莓派连接电脑的串口、USB 线，然后拔下数据卡。

2. 将数据卡插入到电脑的读取口，将编译好的 zImage 和测试文件夹 test/下载到电脑，然后移动到数据卡的根目录下。zImage 文件会被替换，请提前做好备份。

3. 最后将数据卡插回树莓派。

    # 让树莓派文件系统读取储存卡根目录mount -t vfat /dev/block/mmcblk0p1 /bootcd /boot/[测试文件目录]# 允许修改系统文件mount -o remount,rw /# 安装测试用库mv libhdf_test_common.z.so /system/libmkdir /data/testmv * /data/test

  1. 执行测试

    1. 进入目录执行测试文件目录 data/test。
        cd /data/test
  1. 修改文件执行权限。
        chmod 777 hdf_adapter_uhdf_test_config DevMgrTest OsalTest SbufTest
  1. 开始测试。
        ./hdf_adapter_uhdf_test_config./DevMgrTest./OsalTest./SbufTest
  1. 如果所有测试文件输出均显示 PASSED，那么 HDF 功能即安装成功。

示例：DevMgrTest 用例成功结果显示：

./DevMgrTest
Running main() from gmock_main.cc
[==========] Running 1 test from 1 test case.
[----------] Global test environment set-up.
[----------] 1 test from DevMgrTest
[ RUN      ] DevMgrTest.DriverLoaderTest_001
[       OK ] DevMgrTest.DriverLoaderTest_001 (0 ms)
[----------] 1 test from DevMgrTest (0 ms total)
[----------] Global test environment tear-down
Gtest xml output finished
[==========] 1 test from 1 test case ran. (0 ms total)
[  PASSED  ] 1 test.

最后

经常有很多小伙伴抱怨说：不知道学习鸿蒙开发哪些技术？不知道需要重点掌握哪些鸿蒙应用开发知识点？

为了能够帮助到大家能够有规划的学习，这里特别整理了一套纯血版鸿蒙（HarmonyOS Next）全栈开发技术的学习路线，包含了鸿蒙开发必掌握的核心知识要点，内容有（ArkTS、ArkUI开发组件、Stage模型、多端部署、分布式应用开发、WebGL、元服务、OpenHarmony多媒体技术、Napi组件、OpenHarmony内核、OpenHarmony驱动开发、系统定制移植等等）鸿蒙（HarmonyOS NEXT）技术知识点。

在这里插入图片描述

《鸿蒙 (Harmony OS)开发学习手册》（共计892页）:https://gitcode.com/HarmonyOS_MN/733GH/overview

如何快速入门？

1.基本概念
2.构建第一个ArkTS应用
3.……

鸿蒙开发面试真题（含参考答案）:

在这里插入图片描述

《OpenHarmony源码解析》:

  • 搭建开发环境
  • Windows 开发环境的搭建
  • Ubuntu 开发环境搭建
  • Linux 与 Windows 之间的文件共享
  • ……
  • 系统架构分析
  • 构建子系统
  • 启动流程
  • 子系统
  • 分布式任务调度子系统
  • 分布式通信子系统
  • 驱动子系统
  • ……

图片

OpenHarmony 设备开发学习手册:https://gitcode.com/HarmonyOS_MN/733GH/overview

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在这里插入图片描述

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