引言

前面HDF 驅動框架基礎理論入門文章簡單的總結了HDF最基礎的理論知識，接下來好好學習下HDF的一些核心工作原理。

一、HDF的驅動加載（驅動安裝）方式

1、動態加載（主要是uhdf）

傳統so方式，先dlopen打開指定的so，驅動程序通過指定symbol方式找到驅動函數入口進行加載。

2、靜態加載(主要是khdf)

OpenHarmony驅動主要部署在內核態，當前主要采用靜態鏈接方式，隨內核子系統編譯和系統鏡像打包。HDF驅動加載包括按需加載和按序加載。按需加載是HDF框架支持驅動在系統啟動過程中默認加載，或者在系統啟動之后動態加載；按序加載是HDF框架支持驅動在系統啟動的過程中按照驅動的優先級進行加載。HDF框架定義的驅動按需加載方式的策略是由配置文件中的 preload 字段來控制，preload 字段的取值范圍以及含義如下：

驅動的按序加載是通過配置文件中的 priority（取值范圍為整數 0 到 200）來決定的，priority 值越小，表示的優先級越高。驅動的加載順序，優先根據 host 的 priority 決定，如果host 的 priority 相同，再根據 host 內的驅動 priority 值來決定加載順序。

采用將驅動程序通過Scatter編譯到指定的Section，再通過訪問指定Section的地址找到驅動函數入口進行加載，如下是內核態驅動靜態加載具體流程：

2.1、驅動入口實現

在HDF驅動框架中，HdfDriverEntry對象用于描述驅動入口的實現：

struct HdfDriverEntry {int32_t moduleVersion;const char *moduleName;int32_t (*Bind) (struct HdfDeviceObject *device0bject) ;int32_t (*Init) (struct HdfDeviceObject *device0bject) ;void (*Release) (struct HdfDevice0bject *device0bject) ;
}

2.1.1、Bind接口

用于驅動接口實例化綁定，若需要發布驅動接口，會在驅動加載過程中被調用，實例化該接口的驅動服務和DeviceObject綁定。驅動對外提供的服務能力，將相關的服務接口綁定到HDF框架。該接口的作用主要是完成驅動設備和設備服務接口的bind動作。

在HdfDriverEntry的Bind方法中，必須完成全部驅動服務接口的綁定，禁止將服務接口未定義或定義為空，因為驅動定義的服務接口，均是對外暴露的，如果未定義或定義為空，可能會導致外部調用時產生異常，從而降低驅動的可靠性。

2.1.2、Init接口

當框架完成設備綁定動作后，就開始調用驅動初始化接口，初始化成功后，驅動框架根據配置文件決定是對外創建設備服務接口，還是接口只對當前服務可見。如果Init初始化失敗，驅動框架就會主動釋放創建的設備接口等信息。

2.1.3、Release接口

用于驅動的卸載，在該接口中需要釋放驅動實例的軟硬件資源。當需要卸載驅動時，驅動框架先通過該接口通知驅動程序釋放資源，然后再釋放其他內部資源。

2.2、HDF_INIT 驅動入口符號

系統啟動時會執行HDF_INIT宏，

int SampleDriverBind(struct HdfDevice0bject *device0bject)
int SampleDriverInit (struct HdfDeviceObject *device0bject)
void SampleDriverRelease(struct HdfDeviceObject *device0bject)struct HdfDriverEntry g_sampleDriverEntry = {.moduleVersion = 1,.moduleName = "sample_driver",.Bind = SampleDriverBind, // 職責：綁定驅動對外提供的服務接口到HDF.Init = SampleDriverInit, // 職責：初始化驅動自身的業務.Release = SampleDriverRelease, // 職責：釋放驅動資源，發生異常時也會調用
};
HDF_INIT (g_sampleDriverEntry) ;

宏展開后，在宏里定義了一個驅動的模塊名+HdfEntry的符號并放到.hdf.section，即在編譯時通過Scatter文件把HDF_INIT為開頭的模塊module的指針全部放到.hdf.section，放的Driver Entry的指針。

#define HDF_SECTION__attribute__((section(“.hdf.driver”)))
#define HDF_DRIVER_INIT(module) \
const size_t USED_ATTR module##HdfEntry HDF_SECTION = (size_t)(&(module))

可以看到 HDF_INIT 宏是定義了一個“驅動模塊名+HdfEntry”的符號放到".hdf.driver"所在 section，該符號指向的內存地址即為驅動程序入口結構體的地址。這個特殊的 section 將用于開機啟動時查找設備驅動。

2.3、獲取驅動列表

HDF 驅動框架通過將驅動程序入口符號的地址集中存放到一個特殊的 section 來實現對驅動的索引,這個 section 的開頭和末尾插入了_hdf_drivers_start、_hdf_drivers_end 兩個特殊符號,用于標記這個 section 的范圍,兩個特殊符號之間的數據即為驅動實現指針。

2.4、獲取設備列表

系統啟動時會根據Device Info創建對應的Host 節點。配置文本編譯后會變成二進制格式的配置文件,其中設備相關信息被存放在一個用“hdf_manager”標記的 device_info 配置塊中,host的內容以塊的形式在 device_info 塊中依次排列,host 塊中記錄了 host 名稱、啟動優先級和設備列表信息。設備信息中的 moduleName 字段將用于和驅動程序入口中的 moduleName 進行匹配,從而為設備匹配到正確的驅動程序。從而為設備匹配到正確的驅動程序，完成設備與驅動的匹配，具體流程圖如下：

2.5、設備與驅動的匹配

系統啟動時Device Manager和Device Host 即HDF框架首先啟動，在系統啟動時,驅動框架先啟動(如何先啟動?),通過解析配置文件獲取到設備列表,通過讀取”.hdf
drivers"段讀取到驅動程序(Driver Entry)列表,然后遍歷設備列表與驅動程序列表進行匹配,并加
載匹配成功的驅動。驅動框架有兩大核心管理者:

• DeviceManager 負責設備的管理,包括設備加載、卸載和查詢等設備相關功能。
• DeviceServiceManager 負責管理設備發布的接口服務,提供接口服務的發布、查詢等功能。
  驅動加載主要由 DeviceManager 主導,首先 DeviceManager 要解析配置文件中的Host 列表,根據Host 列表中的信息來實例化對應的Host 對象。Host 解析配置文件獲取到關聯的設備列表,遍歷設備列表去獲取與之匹配的驅動程序名稱,然后基于驅動程序名稱遍歷前面提到的.hdf.driver section 獲得驅動程序地址。

2.6、HDF驅動框架的啟動

HDF驅動框架通過late_initcall 啟動

2.7、驅動靜態加載的全流程總結

• 在系統啟動時,DeviceManagerInit通過late_initcall先啟動。
• Device Manager 根據 Device Information 信息,解析配置文件中的Host 列表,根據 Host 歹
  表中的信息來實例化對應的 Host 對象。
• Host遍歷設備列表去獲取與之匹配的驅動程序名稱,然后基于驅動程序名稱遍歷.hdf.driver sec
  on 獲得驅動程序地址
• 設備與驅動匹配成功之后,獲取指定驅動的入口地址,加載對應的設備驅動程序。
• 調用指定驅動的 Bind 接口,用于關聯設備和服務實例。
• 調用指定驅動的 Init 接口,用于完成驅動的相關初始化工作。
• 如果驅動被卸載或者因為硬件等原因Init 接口返回失敗,Release 將被調用,用于釋放驅動申請
  的各類資源。

二、驅動框架交互流程

OpenHarmony 系統 HDF 驅動框架主要由驅動基礎框架、驅動程序、驅動配置文件和驅動接口這四個部分組成。

• HDF 驅動基礎框架提供統一的硬件資源管理，驅動加載管理以及設備節點管理等功能。驅動框架采用的是主從模式設計，由 Device Manager 和 Device Host 組成。Device Manager 提供了統一的驅動管理，Device Manager 啟動時根據 Device Information 提供驅動設備信息加載相應的驅動 Device Host，并控制 Host 完成驅動的加載。Device Host 提供驅動運行的環境，同時預置 Host Framework 與 Device Manager 進行協同，完成驅動加載和調用。根據業務的需求 Device Host 可以有多個實例。
• 驅動程序實現驅動具體的功能，每個驅動由一個或者多個驅動程序組成，每個驅動程序都對應著一個 Driver Entry。Driver Entry 主要完成驅動的初始化和驅動接口綁定功能。
• 驅動配置文件.hcs 主要由設備信息（Device Information）和設備資源（Device Resource）組成。Device Information 完成設備信息的配置。如配置接口發布策略，驅動加載的方式等。Device Resource 完成設備資源的配置。如 GPIO 管腳、寄存器等資源信息的配置。
• 驅動接口 HDI(Hardware Driver interface )提供標準化的接口定義和實現，驅動框架提供 IO Service和IO Dispatcher 機制，使得不同部署形態下驅動接口趨于形式一致。
  

驅動框架完成大部分驅動加載的動作，用戶只需注冊自己所需的接口和配置，然后驅動框架就會解析配置的內容，完成驅動加載和初始化動作。

三、驅動的開發

基于HDF（Hardware Driver Foundation開發驅動，開發者只需注冊所需接口和配置，驅動框架就會解析配置內容，完成驅動加載和初始化動作：

3.1、實現驅動的業務功能邏輯的三個接口

HDF_INIT(g_sampleDriverEntry); 系統內核自動調用的一個宏，驅動入口對象注冊到HDF框架，會調用HDF_INIT函數將驅動入口地址注冊到HDF框架。

當調用HDF_INIT將驅動入口注冊到HDF框架中，在加載驅動時HDF框架會先調用Bind函數,再調用Init函數加載該驅動，當Init調用異常時，HDF框架會調用Release釋放驅動資源并退出。所以首先就是驅動入口部分相關的Bind, Init 和Release三個接口：

• Bind接口，驅動對外提供的服務能力，將相關的服務接口綁定到HDF框架
  該接口的作用主要是完成驅動設備和設備服務接口的bind動作。

int32_t SampleDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
{return HDF_SUCCESS;
}

• Init接口
  在HdfDriverEntry的Init方法中，應當調用HdfDeviceSetClass接口，對驅動的類型進行定義。驅動的類型可以用于歸類當前設備的驅動程序，也可以用來查詢當前設備的驅動能力。為了便于后續驅動的統一管理，建議通過HdfDeviceSetClass接口來設置當前驅動的類型。

int32_t SampleDriverInit(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
{// 設置驅動的類型為DISPLAYif (!HdfDeviceSetClass(deviceObject, DEVICE_CLASS_DISPLAY)) {HDF_LOGE("HdfDeviceSetClass failed");return HDF_FAILURE;}return HDF_SUCCESS;
}

• Release接口
  當用戶需要卸載驅動時，驅動框架先通過該接口通知驅動程序釋放資源，然后再釋放其他內部資源

void SampleDriverRelease(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
{//驅動資源釋放的接口 Release all resources.return;
}

3.2、定義用于注冊驅動入口對象的結構體DriverEntry

定義驅動入口的對象，必須為HdfDriverEntry（在hdf_device_desc.h中定義）類型的全局變量，主要是把三個接口賦值，相當于是完成映射。

struct HdfDriverEntry g_deviceSample = {.moduleVersion = 1,.moduleName = "sample_driver", .Bind = SampleDriverBind,.Init = SampleDriverInit,.Release = SampleDriverRelease,
};

3.3、驅動配置信息

驅動配置包含兩部分，HDF框架定義的驅動設備描述和驅動的私有配置信息。HDF使用HCS作為配置描述源碼，內容以 Key-Value 鍵值對為主要形式。它實現了配置代碼與驅動代碼解耦，便于開發者進行配置管理。HC-GEN (全稱 HDF Configuration Generator) 是 HCS 配置轉換工具，可以將 HDF 配置文件轉換為軟件可讀取的文件格式：在弱性能環境中，轉換為配置樹源碼，驅動可直接調用 C代碼獲取配置；在高性能環境中，轉換為 HCB(HDF Configuration Binary)二進制文件，驅動可使用 HDF框架提供的配置解析接口獲取配置。HCS經過HC-GEN編譯生成HCB文件，HDF驅動框架中的HCS Parser模塊會從HCB文件中重建配置樹，HDF驅動模塊使用HCS Parser提供的配置讀取接口獲取配置內容。

3.3.1、驅動設備描述（必選）

HDF框架加載驅動所需要的信息來源于HDF框架定義的驅動設備描述，因此基于HDF框架開發的驅動必須要在HDF框架定義的device_info.hcs配置文件中添加對應的設備描述，驅動的設備描述填寫如下所示：

sample_host :: host{hostName = "host0"; //host名稱，host節點是用來存放某一類驅動的容器。priority = 100; //host啟動優先級（0-200），值越大優先級越低，建議默認配100，優先級相同則不保證host的加載順序。device_sample :: device { //sample設備節點。device0 :: deviceNode { //sample驅動的DeviceNode節點。policy = 1; //驅動服務發布的策略priority = 100; //驅動啟動優先級（0-200），值越大優先級越低，建議默認配 100，優先級相同則不保證 device 的加載順序preload = 0; //驅動按需加載字段permission = 0664;//驅動創建設備節點權限moduleName = "sample_driver"; //驅動名稱，該字段的值必須和驅動入口結構的moduleName值一致serviceName = "sample_service"; //驅動對外發布服務的名稱，必須唯一deviceMatchAttr = "sample_config";//驅動私有數據匹配的關鍵字，必須和驅動私有數據配置表中的match_attr值相等。}}
}

3.3.2、驅動私有配置信息（可選）

如果驅動有私有配置，則可以添加一個驅動的配置文件，用來填寫一些驅動的默認配置信息，HDF框架在加載驅動的時候，會將對應的配置信息獲取并保存在HdfDeviceObject 中的property里面，通過Bind和Init傳遞給驅動，驅動的配置信息示例如下：

root {  SampleDriverConfig {sample_version = 1; sample_bus = "I2C_0"; match_attr = "sample_config";   //該字段的值必須和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致}
}

3.3.3、配置SeLinux

在4.0后必須配置SeLinux 否則即使加載了So也無法正常被拉起，具體配置規則根據業務自行配置。

未完待續…