操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理第9章OpenHarmony系統(tǒng)

開源鴻蒙主講人：2025.7本章目標(biāo)掌握內(nèi)容OpenHarmony技術(shù)特性與多內(nèi)核架構(gòu)系統(tǒng)類型劃分與子系統(tǒng)組件多核內(nèi)核機(jī)制理解源碼開發(fā)環(huán)境搭建與實(shí)踐實(shí)踐任務(wù)Windows下搭建OpenHarmony開發(fā)環(huán)境編譯輕量與小型系統(tǒng)內(nèi)核鏡像基于輕量系統(tǒng)編譯線程管理示例OpenHarmony概述1.OpenHarmony架構(gòu)2.OpenHarmony開發(fā)實(shí)踐3.課程總結(jié)4.CONTENTS目錄PartOpenHarmony概述01技術(shù)愿景通過硬件互助資源共享，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備的無縫協(xié)同，讓開發(fā)者能夠一次開發(fā)多端部署，降低跨設(shè)備開發(fā)成本。核心定位作為分布式操作系統(tǒng)框架，支持手機(jī)、平板、穿戴設(shè)備、車機(jī)等設(shè)備的統(tǒng)一融合，打造無縫連接的智能生態(tài)。項(xiàng)目背景OpenHarmony由開放原子開源基金會孵化，旨在面向全場景、全連接、全智能時(shí)代，打破設(shè)備之間的界限，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。項(xiàng)目背景與核心定位技術(shù)特性資源互助

硬件共享設(shè)備虛擬化整合來自不同設(shè)備的資源分布式任務(wù)調(diào)度管理跨設(shè)備的分布式服務(wù)分布式數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的分布式管理提供統(tǒng)一的分布式通信分布式軟總線一次開發(fā)

多端部署統(tǒng)一OS彈性部署兼容性調(diào)度優(yōu)化用戶呈現(xiàn)效果開發(fā)過程中預(yù)覽終端終端預(yù)覽指令集全支持多指令集CPURAM靈活適配組件化設(shè)計(jì)適應(yīng)不同硬件彈性部署系統(tǒng)類型Cortex-A/128MiB+RAMCortex-A/1MiB+RAM能力MCU/128KiB+RAM高端冰箱顯示屏/智能商顯/平板電腦硬件需求更高安全性、標(biāo)準(zhǔn)圖形框架/視頻編解碼能力標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)standardsystem支持增強(qiáng)交互/3DGPU/硬件合成/豐富控件小型系統(tǒng)smallsystem應(yīng)用輕量系統(tǒng)minisystem智能家居連接模組/傳感器/穿戴設(shè)備特征IPCamera/電子貓眼/路由器/行車記錄儀支持輕量級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議/圖形框架/豐富IOT部件多內(nèi)核LiteOS-MMPU隔離/HDF驅(qū)動框架適用于百KB級內(nèi)存設(shè)備MMU隔離/POSIX接口多進(jìn)程適用于MB級內(nèi)存設(shè)備LiteOS-ALinux5.10成熟生態(tài)/完整應(yīng)用框架適用于百M(fèi)B+內(nèi)存設(shè)備LiteOS-M內(nèi)核硬件相關(guān)層按芯片架構(gòu)與編譯工具鏈分類提供統(tǒng)一的HAL接口提升硬件適配能力，滿足多樣AIoT設(shè)備需求硬件無關(guān)層基礎(chǔ)內(nèi)核模塊：核心內(nèi)核功能（任務(wù)管理、通信機(jī)制、內(nèi)存管理等）可選擴(kuò)展組件：網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)等調(diào)測工具組件：錯(cuò)誤處理、性能調(diào)測支持KAL（內(nèi)核抽象層）提供統(tǒng)一內(nèi)核抽象接口支持CMSIS和POSIX兩套標(biāo)準(zhǔn)接口解耦應(yīng)用與硬件，方便代碼復(fù)用與移植LiteOS-A內(nèi)核豐富的內(nèi)核機(jī)制虛擬內(nèi)存、多核支持、系統(tǒng)調(diào)用輕量級IPC（LiteIPC）自主訪問控制（DAC）多進(jìn)程支持，內(nèi)存隔離統(tǒng)一驅(qū)動框架HDF提供統(tǒng)一驅(qū)動開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)支持一次開發(fā)，多系統(tǒng)部署全面的POSIX標(biāo)準(zhǔn)接口支持提升應(yīng)用開發(fā)和移植體驗(yàn)內(nèi)核與硬件高度解耦新增單板支持，無需修改內(nèi)核代碼LiteOS-A內(nèi)核進(jìn)程管理：支持進(jìn)程和線程，4GiB獨(dú)立地址空間多核調(diào)度：任務(wù)親核、綁核運(yùn)行實(shí)時(shí)調(diào)度：優(yōu)先級搶占和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)虛擬內(nèi)存：內(nèi)核空間與用戶空間映射分離內(nèi)核通信時(shí)間管理動態(tài)鏈接：ELF加載、地址隨機(jī)化進(jìn)程通信：LiteIPC及多種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制系統(tǒng)調(diào)用權(quán)限管理：進(jìn)程粒度的訪問控制文件系統(tǒng)：支持多種文件系統(tǒng)和POSIX接口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：基于lwIP，支持豐富協(xié)議和APIHDF框架：統(tǒng)一驅(qū)動接口，實(shí)現(xiàn)一次開發(fā)多系統(tǒng)部署基于MuslC庫，支持標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)用，增強(qiáng)應(yīng)用可移植性和健壯性PartOpenHarmony架構(gòu)02OpenHarmony系統(tǒng)架構(gòu)分層設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能層級系統(tǒng)>子系統(tǒng)>組件多設(shè)備部署特點(diǎn)可按需裁剪子系統(tǒng)和組件支持不同設(shè)備靈活部署內(nèi)核層—多內(nèi)核架構(gòu)與驅(qū)動框架多內(nèi)核架構(gòu)設(shè)計(jì)適配Linux、LiteOS-A、LiteOS-M、UniProton通過內(nèi)核抽象層（KAL）統(tǒng)一接口驅(qū)動子系統(tǒng)硬件驅(qū)動框架（HDF）統(tǒng)一外設(shè)訪問與驅(qū)動管理操作系統(tǒng)抽象層（OSAL）屏蔽多內(nèi)核差異支持“一次開發(fā)，多系統(tǒng)部署”系統(tǒng)服務(wù)層—核心能力集合系統(tǒng)基本能力子系統(tǒng)集——分布式軟總線、數(shù)據(jù)管理、任務(wù)調(diào)度等基礎(chǔ)軟件服務(wù)子系統(tǒng)集——事件通知、多媒體、DFX等增強(qiáng)軟件服務(wù)子系統(tǒng)集——智慧屏、穿戴專有業(yè)務(wù)、IoT業(yè)務(wù)硬件服務(wù)子系統(tǒng)集——位置服務(wù)、用戶身份管理、專有硬件服務(wù)框架層與應(yīng)用層提供多語言用戶程序框架和Ability框架，開放多語言API接口供應(yīng)用調(diào)用包含系統(tǒng)應(yīng)用與第三方應(yīng)用由FA（FeatureAbility，帶UI）與PA（ParticleAbility，無UI）組成支持跨設(shè)備調(diào)度，提供一致用戶體驗(yàn)OpenHarmony系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)產(chǎn)品（Product）：具體軟件產(chǎn)物，基于芯片方案裁剪配置的完整操作系統(tǒng)子系統(tǒng)（Subsystem）：由一個(gè)或多個(gè)組件構(gòu)成的邏輯單元組件/部件（Component/Part）：可裁剪、復(fù)用的功能單元，由模塊組成模塊（Module）：最小編譯單元，如靜態(tài)庫、動態(tài)庫、可執(zhí)行文件OpenHarmony產(chǎn)品與組件配置產(chǎn)品通過config.json管理，包含開發(fā)板配置、內(nèi)核類型、系統(tǒng)版本、子系統(tǒng)列表等子系統(tǒng)目錄下存放多個(gè)組件源碼，組件由代碼、配置文件、資源和腳本組成組件的配置文件（bundle.json）定義：組件可根據(jù)產(chǎn)品需求裁剪和啟用不同特性（feature）名稱、版本、許可、所屬子系統(tǒng)系統(tǒng)能力（syscap）依賴組件及第三方庫模塊列表和測試用例OpenHarmony構(gòu)建系統(tǒng)根據(jù)配置完成裁剪和編譯逐級松耦合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)靈活的系統(tǒng)功能配置和差異化產(chǎn)品{"device_company":"device_company",#芯片廠商"product_name":"product_name",#產(chǎn)品名稱"board":"board_name",#開發(fā)板名稱"version":"3.0",#config.json的版本號，最新是3.0版本"type":"small",#系統(tǒng)類型，可選[mini，small，standard]"ohos_version":"OpenHarmony4.0",#選擇的OS版本"kernel_type":"linux",#系統(tǒng)內(nèi)核類型"kernel_version":"5.10",#系統(tǒng)內(nèi)核版本"target_cpu":"arm",#目標(biāo)開發(fā)板CPU的指令集架構(gòu)"target_os":"ohos",#目標(biāo)OS"third_party_dir":"http://third_party",#依賴的三方庫部署路徑#開發(fā)板的編譯路徑"device_build_path":"device/board/device_company/board_name",#產(chǎn)品適配路徑"product_adapter_dir":"http://vendor/device_company/product_name/hals","subsystems":[#子系統(tǒng)列表{"subsystem":"kernel",#子系統(tǒng)名稱"components":[#部件列表和特性配置{"component":"linux","features":[]}]},......]}config.json示例PartOpenHarmony開發(fā)實(shí)踐03安裝適用于Linux的Windows子系統(tǒng)（WSL2）步驟1：安裝WSL命令

管理員PowerShell中執(zhí)行：wsl--install，重啟電腦步驟2：啟用Linux子系統(tǒng)功能

管理員PowerShell執(zhí)行：dism.exe/online/enable-feature/featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux/all/norestart步驟3：啟用虛擬機(jī)平臺功能

管理員PowerShell執(zhí)行：dism.exe/online/enable-feature/featurename:VirtualMachinePlatform/all/norestart

重啟電腦生效步驟4：下載并安裝Linux內(nèi)核更新包

下載鏈接：/wslblob/wsl_update_x64.msi步驟5：設(shè)置WSL2為默認(rèn)版本

執(zhí)行：wsl--set-default-version2步驟6：安裝Linux發(fā)行版

打開MicrosoftStore，選擇Ubuntu20.04等發(fā)行版安裝（推薦Ubuntu20.04用于OpenHarmony開發(fā)）安裝庫與工具集Ubuntu默認(rèn)Shell為dash，需修改為bash命令：sudodpkg-reconfiguredash彈出菜單選擇“No”確認(rèn)切換確認(rèn)命令：ls-l/bin/sh，鏈接應(yīng)指向/bin/bash1.修改默認(rèn)Shell安裝庫與工具集一鍵安裝常用依賴sudoaptupdate&&sudoaptinstall-yvimnet-toolstreesshlocales\binutilsbinutils-devgnupgflexbisongperfbuild-essentialzipunzip\curlzlib1g-devgccgcc-multilibg++g++-multiliblibc6-dev-i386\libc6-dev-amd64libstdc++6x11proto-core-devlibx11-devlib32z1-dev\ccachelibgl1-mesa-devlibxml2-devlibxml2-utilsxsltprocm4bc\gnutls-bingenext2fsdevice-tree-compilermakelibffi-deve2fsprogs\pkg-configperlopenssllibssl-devlibelf-devlibdwarf-devmtd-utils\cpiodoxygenliblz4-tooltexinfodosfstoolsmtoolsapt-utilswgettar\rsynclib32z-devgrsyncxxdlibglib2.0-devlibpixman-1-devkmod\jfsutilsreiserfsprogsxfsprogssquashfs-toolspcmciautilsquotappp\libtinfo-devlibtinfo5libncurses5libncurses5-devlib32ncurses5-devlibncursesw5如安裝中斷，可分批安裝2.安裝依賴工具安裝庫與工具集安裝Python3.8sudoaptinstall-ypython3.8sudoln-sf/usr/bin/python3.8/usr/bin/python3sudoln-sf/usr/bin/python3/usr/bin/python安裝Python依賴包和pipsudoaptinstall-ypython3-yamlpython3-cryptopython3-xlrdpython3-devpython3-pipsudopip3install--upgradepipsetuptoolskconfiglibpycryptodomesixecdsa設(shè)置pip鏡像源提高速度pip3configsetglobal.trusted-hostpip3configsetglobal.index-url/repository/pypi/simplepip3configsetglobal.timeout1203.安裝Python環(huán)境安裝庫與工具集安裝Gitsudoaptinstall-ygit-coregit-lfs安裝repo工具并賦權(quán)sudocurl/oschina/repo/raw/fork_flow/repo-py3-o/usr/local/bin/reposudochmoda+x/usr/local/bin/reposudopipinstall-i/simplerequests如遇權(quán)限問題，先下載至本地再移動到/usr/local/bin/$sudocurl/oschina/repo/raw/fork_flow/repo-py3>./repo$sudomvrepo/usr/local/bin/4.安裝代碼管理工具安裝庫與工具集安裝SCons并驗(yàn)證版本sudoaptinstallsconsscons--version安裝Java環(huán)境并驗(yàn)證版本sudoaptinstall-ydefault-jredefault-jdkca-certificates-javajava--version安裝Node.js12.18.4（手動下載解壓至/opt/，并修改權(quán)限）安裝Gn、Ninja、gcc_riscv32，解壓至指定目錄設(shè)置環(huán)境變量（編輯~/.bashrc）exportNODE_HOME=/opt/node-v12.18.4-linux-x64exportPATH=$NODE_HOME/bin:$PATHexportPATH=/opt/gn:$PATHexportPATH=/opt/ninja:$PATHexportPATH=/opt/gcc_riscv32/bin:$PATH5.安裝編譯工具鏈生效配置并檢查版本source~/.bashrcnode--versiongn--versionninja--versionriscv32-unknown-elf-gcc-v下載OpenHarmony源碼配置Git用戶信息gitconfig--global"yourname"gitconfig--globaluser.email"your-email-address"gitconfig--globalcredential.helperstore查看配置cat~/.gitconfig注冊并配置碼云（Gitee）SSH公鑰，驗(yàn)證連接ssh-Tgit@獲取源碼cd/home/ohos/Ohos/code/repoinit-u/openharmony/manifest.git-bOpenHarmony-4.0-Release--no-repo-verifyreposync-c-j4repoforall-c'gitlfspull'獲取預(yù)編譯工具./build/prebuilts_download.sh注意：源碼及工具下載過程較長，請耐心等待。編譯OpenHarmony源碼安裝hb編譯工具（Python環(huán)境）python-mpipinstall--userbuild/hbvim~/.bashrcexportPATH=~/.local/bin:$PATHsource~/.bashrc使用hb編譯，設(shè)置產(chǎn)品類型

hbset提示：編譯標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間較長，請耐心等待輕量OpenHarmony，選擇“mini”->“hisilicon”->“wifiiot_hispark_pegasus”

編譯hbbuild-f

鏡像文件路徑：//out/hispark_pegasus/wifiiot_hispark_pegasus/OHOS_Image.bin小型OpenHarmony，選擇“small”->“hisilicon”->“ipcamera_hispark_taurus”或“ipcamera_hispark_taurus_linux”

編譯

hbbuild-f

鏡像文件路徑示例：LiteOS-A：OHOS_Image.bin、rootfs_vfat.img、userfs_vfat.imgLinux：uImage_hispark_taurus_smp、rootfs_ext4.img、userfs_ext4.img標(biāo)準(zhǔn)OpenHarmony，選擇“standard”->“hihope”->“rk3568”

編譯hbbuild或使用腳本./build.sh--product-namerk3568--ccache

鏡像文件路徑示例：//out/rk3568/packages/phone/images/，包含多個(gè)鏡像文件。燒錄輕量OpenHarmony鏡像不同開發(fā)板使用不同燒錄工具和方式以HI3861開發(fā)板為例，燒錄輕量OpenHarmony鏡像準(zhǔn)備工作：安裝USB轉(zhuǎn)串口CH341驅(qū)動程序安裝HiBurn燒錄工具下載地址：HiSparkWi-FiIoT工具使用Type-C數(shù)據(jù)線連接開發(fā)板與PC，確保PC識別串口設(shè)備HiBurn默認(rèn)界面燒錄輕量OpenHarmony鏡像配置串口參數(shù)與連接開發(fā)板HiBurn串口速率配置Setting”->“ComSettings界面設(shè)置“Baud”為“2000000”，提升燒錄速度選擇對應(yīng)的COM端口號（連接開發(fā)板的串口）選擇編譯生成的燒錄鏡像文件OHOS_Image.bin勾選“Autoburn”選項(xiàng)點(diǎn)擊“Connect”連接開發(fā)板HiBurn燒錄配置在控制臺顯示“Connecting...”后，按開發(fā)板上的RST（Reset）鍵系統(tǒng)復(fù)位開始燒錄，控制臺打印燒錄進(jìn)度燒錄完成后顯示“ExecutionSuccessful”點(diǎn)擊“Disconnect”斷開連接燒錄小型OpenHarmony鏡像HiTool默認(rèn)界面下載HiTool燒錄工具/hihope_iot/docs/tree/master/HiSpark-AI-Camera-Developer-Kit/Software/tools使用串口線連接開發(fā)板與PC，確保PC識別串口使用網(wǎng)線將開發(fā)板接入PC局域網(wǎng)，保證能互相ping通燒錄小型OpenHarmony鏡像配置傳輸方式和參數(shù)導(dǎo)入分區(qū)表開始燒錄HiToo燒錄配置選擇“網(wǎng)口（推薦）”傳輸方式配置正確的串口、服務(wù)器IP（PCIP）、板端IP地址等點(diǎn)擊“燒寫eMMC”標(biāo)簽導(dǎo)入或手動編輯分區(qū)表（參考圖9-14）單擊“燒寫”按鈕按提示斷電后上電燒錄過程可在控制臺查看燒錄成功后開發(fā)板自動重啟并運(yùn)行12345燒錄標(biāo)準(zhǔn)OpenHarmony鏡像下載并安裝燒錄工具與驅(qū)動下載地址：/hihope_iot/docs/tree/master/HiHope_DAYU200/%E7%83%A7%E5%86%99%E5%B7%A5%E5%85%B7%E5%8F%8A%E6%8C%87%E5%8D%97/windows安裝驅(qū)動程序DriverInstall.exe打開燒錄工具RKDevTool.exe默認(rèn)進(jìn)入Maskrom模式RKDevTool默認(rèn)界面燒錄標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)鏡像（RK3568開發(fā)板）燒錄標(biāo)準(zhǔn)OpenHarmony鏡像導(dǎo)入配置文件config.cfg配置文件位于編譯好的rk3568產(chǎn)品鏡像目錄中修改鏡像文件路徑為實(shí)際存放路徑準(zhǔn)備好對應(yīng)的各個(gè)鏡像文件導(dǎo)入config.cfg文件導(dǎo)入配置與鏡像文件燒錄標(biāo)準(zhǔn)OpenHarmony鏡像進(jìn)入燒錄模式：工具顯示“發(fā)現(xiàn)一個(gè)LOADER設(shè)備”表示進(jìn)入燒錄模式點(diǎn)擊“執(zhí)行”按鈕開始燒錄燒錄成功界面右側(cè)顯示“下載完成”燒錄失敗界面右側(cè)顯示紅色錯(cuò)誤信息燒錄完成后，點(diǎn)擊一次RESET鍵（圖中1號鍵）復(fù)位啟動開發(fā)板rk3568開發(fā)板進(jìn)入燒錄模式及燒錄操作按住MASKROM鍵（圖中2號鍵）不松按一下RESET鍵（圖中1號鍵）等待幾秒后松開MASKROM鍵進(jìn)入燒寫模式OpenHarmony軟件開發(fā)方向應(yīng)用程序開發(fā)與設(shè)備驅(qū)動開發(fā)兩大方向輕量系統(tǒng)（MCU級）：應(yīng)用即設(shè)備驅(qū)動程序小型系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)：設(shè)備驅(qū)動開發(fā)：C語言編寫，面向硬件驅(qū)動與系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)交互界面應(yīng)用（C++、JS、ArkTS）后臺系統(tǒng)服務(wù)（C/C++）HelloWorld示例代碼實(shí)現(xiàn)新建目錄：//applications/sample/camera/helloworld文件一：BUILD.gn文件二：main.c描述main.c編譯成可執(zhí)行文件helloworld標(biāo)準(zhǔn)C語言，打印“HelloOpenHarmony”默認(rèn)10次支持通過參數(shù)指定打印次數(shù)intmain(intargc,char**argv){intcnt=10;if(argc>=2)cnt=atoi(argv[1]);for(inti=0;i<cnt;i++){printf("HelloOpenHarmony\n");sleep(1);}return0;}if(defined(ohos_lite)){import("http://build/lite/config/component/lite_component.gni")executable("helloworld"){sources=["main.c",]include_dirs=[]}}BUILD.gnmain.c編譯、燒錄及運(yùn)行驗(yàn)證流程修改bundle.json添加helloworld模塊編譯項(xiàng)執(zhí)行命令：hbbuild-f重新編譯系統(tǒng)鏡像燒錄生成