#2020征文-开发板# 用鸿蒙开发AI应用（五）HDF 驱动补光灯

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前言

硬件准备

HDF 驱动开发

总结

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。

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作者：bluishfish
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