用鸿蒙开发AI应用（五）HDF 驱动补光灯-51CTO.COM

前言

上一篇，我们在鸿蒙上运行了第一个程序，这一篇我们来编写一个驱动开启摄像头的红外补光灯，顺便熟悉一下鸿蒙上的 HDF 驱动开发。

硬件准备

先查一下原理图(具体可参考第一篇的硬件资料)，找到红外灯的 IO 口编号，GPIO5_1。

HDF 驱动开发

1. 简介

HDF(OpenHarmony Driver Foundation)驱动框架，为驱动开发者提供驱动框架能力，包括驱动加载、驱动服务管理和驱动消息机制。旨在构建统一的驱动架构平台，为驱动开发者提供更精准、更高效的开发环境，力求做到一次开发，多系统部署。

HDF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里面，驱动内部实现开发者也可以将驱动功能分层独立开发和部署，支持一个驱动多个node，HDF框架管理驱动模型如下图所示：

2. 驱动框架

2.1 驱动框架实现

在 huawei/hdf 目录下新建一个文件夹 led，然后在其中新建一个源文件 led.c。

#include "hdf_device_desc.h"  // HDF框架对驱动开放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 led_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 
 
//驱动对外提供的服务能力，将相关的服务接口绑定到HDF框架 
int32_t HdfLedDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject) 
{ 
    HDF_LOGD("Led driver bind success"); 
    return 0; 
} 
 
// 驱动自身业务初始的接口 
int32_t HdfLedDriverInit(struct HdfDeviceObject *deviceObject) 
{ 
    if (deviceObject == NULL) { 
        HDF_LOGE("Led driver Init failed!"); 
        return HDF_ERR_INVALID_OBJECT; 
    } 
    HDF_LOGD("Led driver Init success"); 
    return HDF_SUCCESS; 
} 
 
// 驱动资源释放的接口 
void HdfLedDriverRelease(struct HdfDeviceObject *deviceObject) 
{ 
    if (deviceObject == NULL) { 
        HDF_LOGE("Led driver release failed!"); 
        return; 
    } 
 
    HDF_LOGD("Led driver release success"); 
    return; 
}

2.2 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_ledDriverEntry = { 
    .moduleVersion = 1, 
    .moduleName = "led_driver", 
    .Bind = HdfLedDriverBind, 
    .Init = HdfLedDriverInit, 
    .Release = HdfLedDriverRelease, 
}; 
 
// 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_ledDriverEntry);

3. 驱动编译

在 huawei/hdf/led 目录下新建编译文件 Makefile

include $(LITEOSTOPDIR)/../../drivers/hdf/lite/lite.mk  #导入hdf预定义内容，必需 
 
MODULE_NAME := hdf_led_driver  #生成的结果文件 
LOCAL_SRCS += led.c  #本驱动的源代码文件 
LOCAL_INCLUDE := ./include  #本驱动的头文件目录 
LOCAL_CFLAGS += -fstack-protector-strong -Wextra -Wall -Werror  #自定义的编译选项 
include $(HDF_DRIVER)  #导入模板makefile完成编译

这里的hdf_led_driver为驱动文件名，注意对应关系。

4. 编译结果链接到内核镜像

修改 huawei/hdf/hdf_vendor.mk 文件，添加以下代码

LITEOS_BASELIB += -lhdf_led_driver  #链接生成的静态库 
LIB_SUBDIRS    += $(VENDOR_HDF_DRIVERS_ROOT)/led  #驱动代码Makefile的目录

填入驱动文件名和源码路径。

5. 驱动配置

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。

5.1 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。

修改 vendor/hisi/hi35xx/hi3516dv300/config/device_info/device_info.hcs配置文件，添加驱动的设备描述。

platform :: host { 
    hostName = "platform_host";  // host名称，host节点是用来存放某一类驱动的容器 
    priority = 50;  // 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 
 
    device_led :: device {                  // led设备节点 
        device0 :: deviceNode {             // led驱动的DeviceNode节点 
            policy = 2;                     // 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 = 0666;              // 驱动创建设备节点权限 
            moduleName = "led_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 = "led_service";    // 驱动对外发布服务的名称，必须唯一 
            deviceMatchAttr = "led_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 
        } 
    }

其中，moduleName、serviceName和deviceMatchAttr 都比较重要，分布链接到源码的不同位置，我这里都分开命名，便于理解。

5.2 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(参考驱动开发)传递给驱动。

在 vendor/hisi/hi35xx/hi3516dv300/config/ 目录下新建一个文件夹 led，然后在其中新建一个源文件 led_config.hcs, 填入以下代码。

root { 
    LedDriverConfig { 
        led_version = 1; 
        match_attr = "led_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。

5.3 板级配置(可选)

修改 vendor/hisi/hi35xx/hi3516dv300/config/hdf.hcs文件，添加代码

#include "device_info/device_info.hcs" 
#include "led/led_config.hcs"

6. 驱动消息机制管理

当用户态应用和内核态驱动需要交互时，可以使用HDF框架的消息机制来实现。用消息管理可以在用户态和内核态之间架起桥梁，这为我们之后的APP提供了操控底层设备功能的能力。

这里我们在用户态实现一个简单的消息机制，内核态接受到消息后，翻转摄像头两侧的红外补光灯。

6.1 配置服务策略

HDF框架定了驱动对外发布服务的策略，是由配置文件中的policy字段来控制。

typedef enum { 
    /* 驱动不提供服务 */ 
    SERVICE_POLICY_NONE = 0, 
    /* 驱动对内核态发布服务 */ 
    SERVICE_POLICY_PUBLIC = 1, 
    /* 驱动对内核态和用户态都发布服务 */ 
    SERVICE_POLICY_CAPACITY = 2, 
    /* 驱动服务不对外发布服务，但可以被订阅 */ 
    SERVICE_POLICY_FRIENDLY = 3, 
    /* 驱动私有服务不对外发布服务，也不能被订阅 */ 
    SERVICE_POLICY_PRIVATE = 4, 
    /* 错误的服务策略 */ 
    SERVICE_POLICY_INVALID 
} ServicePolicy;

我们将驱动配置信息中服务策略policy字段设置为2，在之前的设备描述文件device_info.hcs里已经配置好了。

6.2 实现服务

在第2章，我们实现了一个空的驱动框架，现在继续实现内核态的消息服务接口。

编辑 huawei/hdf/led/led.c, 实现服务基类成员IDeviceIoService中的Dispatch方法。收到用户态发来的命令后，操作LED设备，然后将返回值通过reply传回，最后再将收到的命令回传给用户态程序。

// Dispatch是用来处理用户态发下来的消息 
int32_t LedDriverDispatch(struct HdfDeviceIoClient *client, int cmdCode, struct HdfSBuf *data, struct HdfSBuf *reply) 
{ 
    int32_t result = HDF_FAILURE; 
    HDF_LOGE("Led driver dispatch"); 
    if (client == NULL || client->device == NULL) 
    { 
        HDF_LOGE("Led driver device is NULL"); 
        return HDF_ERR_INVALID_OBJECT; 
    } 
 
    switch (cmdCode) 
    { 
    case LED_WRITE_READ: 
        const char *recv = HdfSbufReadString(data); 
        if (recv != NULL) 
        { 
            HDF_LOGI("recv: %s", recv); 
            result = CtlLED(-1);  # 操作设备 
            // CtlLED(GPIO_VAL_HIGH); 
            if (!HdfSbufWriteInt32(reply, result)) 
            { 
                HDF_LOGE("replay is fail"); 
            } 
            return HdfDeviceSendEvent(client->device, cmdCode, data); 
        } 
        break; 
 
    default: 
        break; 
    } 
    return result; 
}

修改 HdfLedDriverBind函数，将服务绑定到框架。

//驱动对外提供的服务能力，将相关的服务接口绑定到HDF框架 
int32_t HdfLedDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject) 
{ 
    if (deviceObject == NULL) 
    { 
        HDF_LOGE("Led driver bind failed!"); 
        return HDF_ERR_INVALID_OBJECT; 
    } 
    static struct IDeviceIoService ledDriver = { 
        .Dispatch = LedDriverDispatch, 
    }; 
    deviceObject->service = (struct IDeviceIoService *)(&ledDriver); 
    HDF_LOGD("Led driver bind success"); 
    return HDF_SUCCESS; 
}

7. 业务代码

内核态核心功能，就简单实现一个每调用一次，就翻转一下LED状态的CtrlLED函数。这里mode为 -1 时为翻转，也可以直接指定高电平或低电平来开关，方便后续扩展。

其中Hi3516DV300的控制器管理12组GPIO管脚，每组8个。

GPIO号 = GPIO组索引(0~11)* 每组GPIO管脚数(8) + 组内偏移。

那么GPIO5_1的GPIO号 = 5 * 8 +1 = 41。

static int32_t CtlLED(int mode) 
{ 
    int32_t ret; 
    uint16_t valRead; 
    /* LED的GPIO管脚号 */ 
    uint16_t gpio = 5 * 8 + 1;  // 红外补光灯 
    // uint16_t gpio = 2 * 8 + 3;  // 绿色指示灯 
    // uint16_t gpio = 3 * 8 + 4;  // 红色指示灯 
 
    /* 将GPIO管脚配置为输出 */ 
    ret = GpioSetDir(gpio, GPIO_DIR_OUT); 
    if (ret != 0) 
    { 
        HDF_LOGE("GpioSerDir: failed, ret %d\n", ret); 
        return ret; 
    } 
 
    if (mode == -1) 
    { 
        // 翻转输出口 
        (void)GpioRead(gpio, &valRead); 
        ret = GpioWrite(gpio, (valRead == GPIO_VAL_LOW) ? GPIO_VAL_HIGH : GPIO_VAL_LOW); 
    } 
    else 
    { 
        ret = GpioWrite(gpio, mode); 
    } 
 
    if (ret != 0) 
    { 
        HDF_LOGE("GpioWrite: failed, ret %d\n", ret); 
        return ret; 
    } 
    return ret; 
}

同理，GPIO2_3、GPIO3_4和蜂鸣器组件等等通用IO设备也能相应控制，可以尽情发挥想象力了。

8. 配置Kconfig

在`vendor/huawei/hdf/led/`下，新建一个目录`driver`，再在其下新建`Kconfig`文件。

config LOSCFG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_LED 
    bool "Enable HDF LED driver" 
    default n 
    depends on LOSCFG_DRIVERS_HDF_PLATFORM 
    help 
      Answer Y to enable HDF LED driver.

将其链接到板级Kconfig中，在vendor/huawei/hdf/Kconfig增加。

source "../../vendor/huawei/hdf/led/driver/Kconfig"

好了，内核态的程序基本都搞定了。

9. 用户态程序

我们开始写个主程序通过消息机制来与内核态交互。

新建applications/sample/camera/myApp/my_led_app.c源文件：

9.1 定义参数

led_service为服务名称，需要与之前定义的匹配;LED_WRITE_READ为命令标识，用户态和内核态通过这个来标识消息类型。

#define LED_WRITE_READ 1 
#define HDF_LOG_TAG LED_APP 
#define LED_SERVICE "led_service"

9.2 发送消息

先实现一个发送消息的函数SendEvent，发送字符串命令后，收回内核态reply中操作设备后的返回值，放入replyData中打印出来。这里操作成功返回0。

static int SendEvent(struct HdfIoService *serv, char *eventData) 
{ 
    int ret = 0; 
    struct HdfSBuf *data = HdfSBufObtainDefaultSize(); 
    if (data == NULL) 
    { 
        HDF_LOGE("fail to obtain sbuf data"); 
        return 1; 
    } 
 
    struct HdfSBuf *reply = HdfSBufObtainDefaultSize(); 
    if (reply == NULL) 
    { 
        HDF_LOGE("fail to obtain sbuf reply"); 
        ret = HDF_DEV_ERR_NO_MEMORY; 
        goto out; 
    } 
 
    if (!HdfSbufWriteString(data, eventData)) 
    { 
        HDF_LOGE("fail to write sbuf"); 
        ret = HDF_FAILURE; 
        goto out; 
    } 
 
    ret = serv->dispatcher->Dispatch(&serv->object, LED_WRITE_READ, data, reply); 
    if (ret != HDF_SUCCESS) 
    { 
        HDF_LOGE("fail to send service call"); 
        goto out; 
    } 
 
    int replyData = 0; 
    if (!HdfSbufReadInt32(reply, &replyData)) 
    { 
        HDF_LOGE("fail to get service call reply"); 
        ret = HDF_ERR_INVALID_OBJECT; 
        goto out; 
    } 
    HDF_LOGE("Get reply is: %d", replyData); 
out: 
    HdfSBufRecycle(data); 
    HdfSBufRecycle(reply); 
    return ret; 
}

9.3 设置回调

收到内核态发来的字符串，简单打印一下。

static int OnDevEventReceived(void *priv, uint32_t id, struct HdfSBuf *data) 
{ 
    const char *string = HdfSbufReadString(data); 
    if (string == NULL) 
    { 
        HDF_LOGE("fail to read string in event data"); 
        return HDF_FAILURE; 
    } 
    HDF_LOGE("%s: dev event received: %u %s", (char *)priv, id, string); 
 
    return HDF_SUCCESS; 
}

9.4 主程序

先构造一个服务，通过服务名称，绑定到对应的驱动。然后设置监听，等待来自内核的消息。最后每隔1秒发出一条翻转LED的指令。

int main(void) 
{ 
    struct HdfIoService *serv = HdfIoServiceBind(LED_SERVICE, 0); 
    if (serv == NULL) 
    { 
        HDF_LOGE("fail to get service %s", LED_SERVICE); 
        return HDF_FAILURE; 
    } 
    static struct HdfDevEventlistener listener = { 
        .callBack = OnDevEventReceived, 
        .priv = "Service0"}; 
 
    if (HdfDeviceRegisterEventListener(serv, &listener) != HDF_SUCCESS) 
    { 
        HDF_LOGE("fail to register event listener"); 
        return HDF_FAILURE; 
    } 
 
    char *send_cmd = "toggle LED"; 
    while (1) 
    { 
        if (SendEvent(serv, send_cmd)) 
        { 
            HDF_LOGE("fail to send event"); 
            return HDF_FAILURE; 
        } 
        sleep(1); 
    } 
 
    if (HdfDeviceUnregisterEventListener(serv, &listener)) 
    { 
        HDF_LOGE("fail to  unregister listener"); 
        return HDF_FAILURE; 
    } 
 
    HdfIoServiceRecycle(serv); 
    HDF_LOGI("exit"); 
 
    return HDF_SUCCESS; 
}

9.5 配置BUILD.gn

在 drivers/hdf/lite/manager/BUILD.gn里增加以下代码，生成led_app应用。

lite_component("hdf_manager") { 
    features = [ 
        ":hdf_core", 
    ] 
} 
 
executable("led_app") { 
    sources = [ 
        "//applications/sample/camera/myApp/my_led_app.c" 
         
    ] 
 
    include_dirs = [ 
        "../adapter/syscall/include", 
        "../adapter/vnode/include", 
        "$HDF_FRAMEWORKS/ability/sbuf/include",         
        "$HDF_FRAMEWORKS/core/shared/include", 
        "$HDF_FRAMEWORKS/core/host/include", 
        "$HDF_FRAMEWORKS/core/master/include", 
        "$HDF_FRAMEWORKS/include/core", 
        "$HDF_FRAMEWORKS/include/utils", 
        "$HDF_FRAMEWORKS/utils/include", 
        "$HDF_FRAMEWORKS/include/osal", 
        "//third_party/bounds_checking_function/include", 
    ] 
         
    deps = [ 
        "//drivers/hdf/lite/manager:hdf_core", 
        "//drivers/hdf/lite/adapter/osal/posix:hdf_posix_osal", 
    ] 
 
    public_deps = [ 
        "//third_party/bounds_checking_function:libsec_shared", 
        ] 
 
    defines = [ 
        "__USER__", 
    ] 
 
    cflags = [ 
        "-Wall", 
        "-Wextra", 
        "-Werror", 
    ] 
}

10. 编译和烧录

由于这次我们要用到`HDF`框架，需要用到的组件比较多，简单复制一个`build\lite\product\ipcamera_hi3516dv300.json`改名为`my_hi3516dv300`即可。

python build.py my_hi3516dv300 -b debug

编译和烧录的过程参考前文，这里不再赘述了。顺利的话，启动程序就能看见LED欢快的闪烁了。

./bin/led_app

[[377474]]

红外光在肉眼下不太显眼，在镜头下比较亮些，照度范围很大，后续再测一下夜视补光的效果。

总结

驱动开发涉及到文件和配置比较多，关系也比较纷繁，而且分散在各个目录。

这里列出主要文件再梳理一下：

大致上分三个部分，内核态、用户态和驱动配置。

1. 内核态

首先由led.c生成名为led_service的服务，以g_ledDriverEntry结构注册到HCS框架。编译成hdf_led_driver驱动，通过 huawei/hdf/hdf_vendor.mk链接到内核镜像中。

通过 HdfLedDriverBind函数将led_driver模块绑定到框架，IDeviceIoService中的Dispatch方法来处理来自用户态消息。

2. 用户态

用户态以HdfIoServiceBind通过服务名led_service来找到相应的驱动，用HdfSbufWriteString来发送消息，serv->dispatcher->Dispatch来接收返回值，通过HdfDeviceRegisterEventListener设置监听，来获取内核态主动发送的消息。

3. 驱动配置

以模块名led_driver找到注册到HCS框架的驱动程序(内核侧的别名);

以服务名led_service，暴露给用户态程序或内核态程序调用(用户侧的别名);

以led_config链接驱动私有配置文件。两个别名双向解绑，最后通过配置文件来进行耦合，保证了灵活性。这种设计在分布式的场合中，会有比较大的便利性。

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