一文帶你看懂HarmonyOS如何適配多種終端
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51CTO和華為官方合作共建的鴻蒙技術(shù)社區(qū)
HarmonyOS是一款面向萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的、全新的分布式操作系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的單設(shè)備系統(tǒng)能力基礎(chǔ)上，HarmonyOS提出了基于同一套系統(tǒng)能力、適配多種終端形態(tài)的分布式理念。
為了實(shí)現(xiàn)“基于同一套系統(tǒng)能力、適配多種終端形態(tài)”，HarmonyOS采用了“組件化”的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)備的資源能力和業(yè)務(wù)特征靈活裁剪，滿足不同形態(tài)終端設(shè)備對(duì)操作系統(tǒng)的要求。
一、為什么采用“組件化”設(shè)計(jì)方案?
分層架構(gòu)是最為流行、應(yīng)用最為廣泛的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方式，將整個(gè)軟件系統(tǒng)自頂而下垂直劃分成若干個(gè)層級(jí)，對(duì)每一層的系統(tǒng)能力、特定行為進(jìn)行抽象。層級(jí)之間單向依賴，上層使用下層的各種服務(wù)，而下層對(duì)上層不感知。每一層對(duì)自己的上層提供接口的同時(shí)，隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
對(duì)于中小規(guī)模系統(tǒng)，基于架構(gòu)分層可以較好地解決系統(tǒng)架構(gòu)解耦和跨團(tuán)隊(duì)協(xié)作問(wèn)題，每一層提供一定的業(yè)務(wù)功能，可以由不同的小團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)每一層不同的業(yè)務(wù)交付。然而，對(duì)于操作系統(tǒng)這么龐大的軟件系統(tǒng)，只有架構(gòu)分層還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)槊恳粚佣己軓?fù)雜，同一分層內(nèi)不同模塊之間相互依賴、無(wú)序調(diào)用。如果沒(méi)有進(jìn)一步的組件化架構(gòu)，絕對(duì)會(huì)給軟件工程和項(xiàng)目管理帶來(lái)巨大的災(zāi)難。
圖1 架構(gòu)分層
基于以上原因，HarmonyOS采用了組件化的設(shè)計(jì)方案，先對(duì)復(fù)雜的操作系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)分層，再對(duì)每一層進(jìn)行組件化。
下面我們就來(lái)具體看看HarmonyOS的“組件化”設(shè)計(jì)方案。
二、“組件化”設(shè)計(jì)方案詳解
1. HarmonyOS架構(gòu)分層
首先，我們來(lái)看看HarmonyOS系統(tǒng)是如何架構(gòu)分層的。
圖2 HarmonyOS架構(gòu)分層
如圖2所示，HarmonyOS劃分為以下層級(jí)：
應(yīng)用層： 由應(yīng)用開發(fā)者交付，向最終消費(fèi)者提供UI接口，為消費(fèi)者體驗(yàn)負(fù)責(zé)。應(yīng)用層向下僅依賴于框架層提供的API，應(yīng)用開發(fā)僅依賴于HarmonyOS發(fā)布的SDK。
框架層、系統(tǒng)服務(wù)層和內(nèi)核層： 這三個(gè)層級(jí)屬于HarmonyOS基礎(chǔ)平臺(tái)，由HarmonyOS平臺(tái)開發(fā)者交付，面向北向應(yīng)用生態(tài)提供API和SDK，面向南向設(shè)備生態(tài)提供Driver Interface和DDK(Driver Development Kit，驅(qū)動(dòng)開發(fā)包)。
驅(qū)動(dòng)層： 由設(shè)備開發(fā)者交付，向HarmonyOS提供器件驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)層僅依賴于驅(qū)動(dòng)框架提供的Driver Interface，驅(qū)動(dòng)開發(fā)僅依賴于HarmonyOS發(fā)布的DDK。
我們通過(guò)架構(gòu)分層對(duì)HarmonyOS操作系統(tǒng)進(jìn)行大顆粒系統(tǒng)解構(gòu)，方便不同的生態(tài)參與方。參與方既可以相對(duì)獨(dú)立，又可以相互協(xié)作，共同構(gòu)建形形色色的智能終端設(shè)備和豐富的應(yīng)用軟件，為消費(fèi)者帶來(lái)全場(chǎng)景智慧服務(wù)體驗(yàn)。
2. HarmonyOS基礎(chǔ)平臺(tái)組件化
HarmonyOS基礎(chǔ)平臺(tái)涉及框架層、系統(tǒng)服務(wù)層和內(nèi)核層三部分，HarmonyOS對(duì)這三個(gè)層級(jí)進(jìn)行了進(jìn)一步的組件化設(shè)計(jì)。
內(nèi)核層組件化
如圖3所示，內(nèi)核層包括LiteOS、Linux和驅(qū)動(dòng)框架三個(gè)組件。
LiteOS和Linux組件可以按需部署在不同設(shè)備之上。這兩個(gè)組件向系統(tǒng)服務(wù)層提供POSIX(Portable Operating System Interface，可移植操作系統(tǒng)接口)和CMSIS(Common Microcontroller Software Interface Standard，通用微處理器軟件接口標(biāo)準(zhǔn))接口，用于屏蔽不同的內(nèi)核實(shí)現(xiàn)差異。
驅(qū)動(dòng)框架組件向驅(qū)動(dòng)層提供了Driver Interface和DDK，向系統(tǒng)服務(wù)層提供標(biāo)準(zhǔn)化的硬件操作接口HDI(HarmonyOS Driver Interface)。
圖3 內(nèi)核層組件化
框架層/系統(tǒng)服務(wù)層組件化
HarmonyOS系統(tǒng)架構(gòu)分層根據(jù)功能定位區(qū)分了系統(tǒng)服務(wù)層和框架層，系統(tǒng)服務(wù)層是所有系統(tǒng)服務(wù)的匯總，通過(guò)框架層向應(yīng)用暴露API。單個(gè)系統(tǒng)能力實(shí)現(xiàn)通常分布在系統(tǒng)服務(wù)層和框架層，考慮到系統(tǒng)服務(wù)和框架緊密耦合，在HarmonyOS中未統(tǒng)一定義系統(tǒng)服務(wù)層和框架層之間的層間接口。如圖4所示，HarmonyOS將同一個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)服務(wù)和框架組合在一起，形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的“組件”，每個(gè)組件提供一個(gè)的系統(tǒng)能力和對(duì)應(yīng)的API接口。組件之間基于InnerSDK完成解耦，支持組件獨(dú)立代碼下載、獨(dú)立編譯、獨(dú)立測(cè)試和組件拼裝。
圖4 框架層/系統(tǒng)服務(wù)層組件化
三、HarmonyOS如何在多終端部署?
通過(guò)“組件化”設(shè)計(jì)后，HarmonyOS支持根據(jù)設(shè)備的資源能力和業(yè)務(wù)特征靈活裁剪，滿足不同形態(tài)終端設(shè)備對(duì)操作系統(tǒng)的要求。也就是說(shuō)，一套HarmonyOS可以部署到不同的終端設(shè)備上。
為了部署在不同形態(tài)的終端設(shè)備上，HarmonyOS細(xì)分為以下四種基本系統(tǒng)規(guī)格：
- 輕量系統(tǒng)(mini system)
面向MCU(Micro Control Unit，微控制單元)類處理器的設(shè)備，支持的設(shè)備最小內(nèi)存為128KiB，如智能家居領(lǐng)域的連接類模組、傳感器設(shè)備、穿戴類設(shè)備等。
可以提供多種輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，輕量級(jí)的圖形框架，以及豐富的IoT總線讀寫組件等。
- 小型系統(tǒng)(small system)
面向應(yīng)用處理器的設(shè)備，支持的設(shè)備最小內(nèi)存為1MiB，如智能家居領(lǐng)域的IP Camera、電子貓眼、路由器以及行車記錄儀等。
可以提供更高的安全能力，標(biāo)準(zhǔn)的圖形框架，以及視頻編解碼的多媒體能力。
- 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)(standard system)
面向應(yīng)用處理器的設(shè)備，支持的設(shè)備最小內(nèi)存為128MiB，如帶屏IoT設(shè)備、智能手機(jī)。
可以提供增強(qiáng)的交互能力，3D GPU和硬件合成能力，更多控件和動(dòng)效更豐富的圖形能力，以及完整的應(yīng)用框架。
- 大型系統(tǒng)(large system)
面向應(yīng)用處理器的設(shè)備，支持的設(shè)備最小內(nèi)存為1GiB，如智慧屏、智能手表等。
可以提供支持兼容三方OS系統(tǒng)的應(yīng)用框架。
HarmonyOS根據(jù)不同的系統(tǒng)規(guī)格，分別定義了最小系統(tǒng)必選組件集和對(duì)應(yīng)的可選組件集。產(chǎn)品部署HarmonyOS時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)格類型選擇對(duì)應(yīng)的最小系統(tǒng)必選組件集，同時(shí)根據(jù)不同產(chǎn)品的差異化功能需要選擇可選組件。基于組件間依賴管理，如果某個(gè)可選組件被選擇，相應(yīng)該組件依賴的其他組件也會(huì)自動(dòng)被打包到HarmonyOS系統(tǒng)。
圖5 選擇組件
在開發(fā)者資源中心DevEco Marketplace可以進(jìn)行組件管理，靈活拼裝出不同的產(chǎn)品解決方案。DevEco Marketplace的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參見往期推文。
DevEco Marketplace鏈接如下：
https://repo.harmonyos.com
組件是拼裝HarmonyOS的一個(gè)個(gè)零部件。每個(gè)組件都提供一定的系統(tǒng)能力，一些組件還涉及面向應(yīng)用暴露API接口。不同組件組合部署到特定設(shè)備上，面向應(yīng)用提供的API能力會(huì)存在差異。本文我們就組件的部署原理做了詳細(xì)說(shuō)明，后續(xù)我們還將對(duì)組件化架構(gòu)下的組件運(yùn)行態(tài)管理、SDK管理與應(yīng)用分發(fā)原理做進(jìn)一步的詳細(xì)解析，敬請(qǐng)期待!
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