基于SCDAYU800A開發(fā)板的OpenHarmony移植與適配研究
隨著RISC-V指令集架構的快速發(fā)展，基于該架構的計算機系統(tǒng)在工業(yè)控制、智能設備等領域得到了廣泛應用[1]-[3]。潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A作為一款高性能的RISC-V開發(fā)平臺，具備強大的AI算力和豐富的功能接口，適用于多種應用場景。OpenHarmony是一個由華為公司貢獻給開放原子基金會(OpenAtom Foundation)的開源項目。它是一個全場景分布式操作系統(tǒng)，旨在為各種智能設備提供統(tǒng)一的操作體驗。本文將重點探討如何將OpenHarmony 4.1 Release版本移植到潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A上，并實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A具備平頭哥高性能RISC-V架構曳影TH1520芯片，集成4核高性能RISC-V處理器玄鐵C910架構。潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A的外觀如圖1所示。
Figure 1. Runkaihong Hongrui development board SCDAYU800A appearance
圖1. 潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A的外觀
該開發(fā)板具備以下硬件特性：
1) AI算力達4TOPs，支持藍牙、音頻、視頻和攝像頭等功能。
2) 支持多種視頻輸入輸出接口，如MIPI、HDMI等。
3) 提供豐富的擴展接口，如GPIO、SPI、I2C等。
4) 適用于工控平板、智慧大屏、智能NVR、信息發(fā)布系統(tǒng)、云終端、車載中控等多種場景。
圖2顯示了潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A Mipi屏幕安裝的方法。
Figure 2. Runkaihong Hongrui development board SCDAYU800A Mipi screen installation
圖2. 潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A Mipi屏幕安裝
移植就是把程序從一個運行環(huán)境轉移到另一個運行環(huán)境。在主機–開發(fā)機的交叉模式下，即是把主機上的程序下載到目標機上運行。圖3顯示了OpenHarmony移植到SCDAYU800的流程情況。OpenHarmony版本選擇必須大于3.2 Beta2以上版本。
Figure 3. Flowchart of porting OpenHarmony to SCDAYU800
圖3. OpenHarmony移植到SCDAYU800的流程圖
OpenHarmony的移植過程包括產品定義、工具鏈適配、musl庫適配、內核移植、init啟動子系統(tǒng)移植、顯示適配等關鍵環(huán)節(jié)[4]。以下是移植步驟。
3.1. 產品定義
在OpenHarmony的移植過程中，產品定義是基礎步驟。針對OpenHarmony標準系統(tǒng)，適配新的產品的方法是首先要在vendor、device/board和device/soc三個目錄下創(chuàng)建產品相關的三個目錄vendor/hihope/${product_name}、device/board/hihope/${product_name}和device/soc/${chip_product}/${chip}，以SCDAYU800A為例，在當前產品中product_name設置為dayu800，chip_product設置為thead，chip設置為th1520。
vendor/hihope/dayu800目錄主要存放廠家資料以及產品的配置文件，包括描述產品的config.json、產品的hcs配置文件以及其他配置文件等。
device/board/hihope/dayu800目錄主要用于存放開發(fā)板相關的文件，包括外設驅動、啟動參數(shù)、內核編譯相關文件、燒錄相關文件、uboot相關文件以及升級相關文件。
device/soc/thead/th1520目錄主要用于存放和芯片SoC相關的文件和庫，這些文件只會因芯片soc改變才會修改，而不會因為開發(fā)板變化而進行修改。
快速適配這三個倉的方法是學習能編譯通過的產品，例如rk3568產品，然后將其拷貝一份，并重命名為當前產品名，然后按照以下步驟根據(jù)自己產品的特性進行逐步修改。根據(jù)上述分析，首先需要在//vendor/hihope目錄下創(chuàng)建dayu800產品目錄，并創(chuàng)建config.json文件，用于描述產品所使用的SOC及所需的子系統(tǒng)。配置文件內容如下[5]：
"product_name": "dayu800",
"device_company": "thead",
"device_build_path": "device/board/hihope/dayu800",
"target_cpu": "RISCV64",
"type": "standard",
"version": "3.0",
"board": "dayu800",
"api_version": 11,
"enable_ramdisk": true,
"build_selinux": false,
"build_seccomp": false,
"inherit": [
"vendor/hihope/dayu800/rich.json",
"vendor/hihope/dayu800/chipset_common.json"
],
"subsystems": [
{
"subsystem": "security",
"components": [
{
"component": "selinux",
}
]
}
// 其他子系統(tǒng)配置
]
}
該部分根據(jù)vendor倉的定義，在//device/board/hihope目錄下創(chuàng)建一個dayu800的產品，然后創(chuàng)建一個ohos.build文件定義產品的subsystem以及BUILD.gn定義產品的編譯項目。
在//device/soc下根據(jù)芯片公司名稱創(chuàng)建一個thead的倉，存放th1520 soc相關的代碼和閉源庫，通過//device/board/hihope/BUILD.gn添加模塊進行關聯(lián)編譯。該倉下的ohos.build文件描述的是設備子系統(tǒng)，這里使用的是device_th1520，相關名稱需要將拷貝過來的文件修改為當前設備的子系統(tǒng)名。同時需要將ohos.build的module_list下的模塊及子模塊中涉及的part_name和subsystem_name全部修改為device_th1520。
至此，可以通過使用如下命令，啟動dayu800的構建：
./build.sh --product-name dayu800
3.2. 工具鏈適配
因為官方的OpenHarmony不支持RISCV64架構，因此在工具鏈架構的配置上相對來說配置起來比較困難，首先解決的是build倉中的架構適配，這部分仿照ARM64配置的部分進行相應的RISCV64架構添加，同時對于musl的編譯配置根據(jù)RISCV64架構進行對應添加，內核的編譯部分根據(jù)平頭哥提供的編譯工具鏈，使用llvm會有相關私有指令集無法編譯[6]。
3.3. musl庫適配
musl庫是一個輕量級、高性能的C標準庫(libc)實現(xiàn)，專為Linux系統(tǒng)設計。它旨在提供標準兼容性、代碼簡潔性和高效性，尤其適合嵌入式系統(tǒng)、容器化環(huán)境(如Docker)或需要高度可移植性的場景。這里首先編譯musl庫是因為該庫依賴的模塊相對最少，能最快測試RISCV64架構編譯配置結果是否符合要求，該部分的編譯主要涉及到build倉的配置、musl倉的RISCV64架構配置，以及musl庫中有架構的代碼，這一塊部分從glibc中獲取。
3.4. 內核移植
內核移植是OpenHarmony移植過程中的核心環(huán)節(jié)。潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A采用平頭哥提供的Linux內核，適配OpenHarmony特性。該部分的移植既要對Linux內核本身很熟悉，同時也要對鴻蒙的內核特性宏配置很熟悉。本內核移植工作的主要思路是：
第一步是配置內核的編譯流程腳本。
內核的編譯是device/board/hihope/dayu800/kernel/BUILD.gn中kernel模塊調用對應目錄下的build_kernel.sh腳本進行編譯的。該腳本的核心思想是首先拷貝內核源碼到out/kernel/src_tmp/linux-5.10路徑下，給內核源碼中打上HDF (Hardware Driver Foundation)的補丁，然后在內核源碼中創(chuàng)建vendor路徑的軟鏈接(主要是設備樹dts和產品的外設驅動)，然后將編譯的config文件拷貝到arch/arm64/config路徑下，將產品的dts文件拷貝到vendor/arch/arm64/boot/dts/hihope路徑下，接下來將外設驅動鏈接到內核中，編譯內核。最后拷貝編譯成功的鏡像到out/dayu800/packages/phone/images中。
第二步是將產品的設備樹dts完整地移植過來，然后編譯內核并解決相應的編譯問題。
第三步是將架構代碼即arch/arm64下的代碼盡可能地替換成產品linux中的內容，然后編譯內核并解決相應的編譯問題。
在device/board/hihope/dayu800/kernel目錄下進行內核編譯。除內核以外的代碼編譯采用的是OpenHarmony版本自身的llvm工具鏈。
這里只列出核心編譯命令。
# 首次編譯請先執(zhí)行下面命令
./build/prebuilts_download.sh
# 全量代碼編譯
./build.sh --product-name dayu800 --gn-args full_mini_debug=false --ccache
# 單模塊編譯
# module_name舉例："kernel:kernel"，表示編譯kernel目錄下的kernel模塊，所有后面的kernel是module_name
./build.sh --product-name dayu800 --ccache --build-target module
# 內核模塊編譯
./build.sh --product-name dayu800 --ccache --build-target kernel
編譯成功有如下信息打印
[OHOS INFO] c overall build overlap rate: 1.05
[OHOS INFO]
[OHOS INFO]
[OHOS INFO] dayu800 build success
[OHOS INFO] cost time: 0:45:57
=====build successful=====
2025-01-18 13:06:52
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
將編譯后的內核打包成boot.ext4鏡像文件。
第四步是將產品linux的config?件內的宏移植過來。
第五步是運行內核，并根據(jù)運行時問題進行逐個解決。
3.5. init啟動子系統(tǒng)移植
在成功適配musl庫和內核后，需要適配和啟動第一個init進程及其初始化配置文件。主要工作包括：
1) 編譯適配startup_init模塊。
2) 配置啟動參數(shù)，確保系統(tǒng)能夠正常啟動。
3.6. 顯示適配
顯示適配是系統(tǒng)啟動的最后一步，主要包括以下內容：
1) 在shell中運行bootanimation，確保啟動動畫正常顯示。
2) 調試OpenHarmony的Launcher模塊，完成系統(tǒng)啟動。
3) 該模塊涉及的倉為graphic_graphic_2d，代碼路徑為foundation/graphic/graphic_2d，該模塊是針對當前產品?適配。
觸摸屏驅動是潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A的重要組成部分，其開發(fā)過程基于HDF驅動管理框架中的Input模型。觸摸屏的驅動被放置在//drivers/hdf_core/framework/model/input/driver/touchscreen目錄中。移植觸摸屏驅動主要工作是向系統(tǒng)注冊ChipDevice模型實例[7]。觸摸屏驅動的主要工作包括：
1) 對觸摸屏驅動IC進行上電、配置硬件管腳并初始化其狀態(tài)。
2) 注冊中斷、配置通信接口(I2C或SPI)。
3) 設定Input相關配置、下載及更新固件等操作。
圖4顯示了潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A觸摸屏的常用管腳。
Figure 4. Common pins of the development board SCDAYU800A touch screen
圖4. 開發(fā)板SCDAYU800A觸摸屏的常用管腳
潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A觸摸屏驅動的開發(fā)過程分為以下三個步驟，這里僅列出部分代碼。
4.1. 設備描述配置
在OpenHarmony中，配置(Configuration)通常指對系統(tǒng)、硬件或應用程序的參數(shù)、選項和功能進行定制和調整的過程，以滿足特定設備或場景的需求。在HDF驅動框架下，需要在配置文件中注冊驅動信息。設備描述配置主要包含Input驅動模型各模塊層級信息配置文件路徑為： vendor/hihope/dayu800/hdf_config/khdf/device_info/device_info.hcs，HDF框架依據(jù)該配置信息實現(xiàn)對Input模型各模塊的依次加載。配置內容如下：
input :: host {
hostName = "input_host";
priority = 100;
device_input_manager :: device {
device0 :: deviceNode {
policy = 2; // 向外發(fā)布服務
priority = 100; // 加載優(yōu)先級
preload = 0; // 加載該驅動
permission = 0660;
moduleName = "HDF_INPUT_MANAGER";
serviceName = "hdf_input_host";
deviceMatchAttr = "";
}
}
// 其他設備配置
}
4.2. 板級配置及器件私有配置
板級配置及器件私有配置文件路徑為vendor/hihope/dayu800/hdf_config/khdf/input/input_config.hcs，配置內容如下：
root {
input_config {
touchConfig {
touch0 {
boardConfig {
match_attr = "touch_device1";
inputAttr {
inputType = 0; // 0代表觸摸屏
solutionX = 800;
solutionY = 1280;
devName = "main_touch"; // 設備名稱
}
// 其他配置
}
}
}
}
}
4.3. 添加器件驅動
在器件驅動中，主要實現(xiàn)平臺預留的差異化接口。以數(shù)據(jù)獲取及解析為例，潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A使用了gt911觸摸屏，代碼路徑為： drivers/hdf_core/framework/model/input/driver/touchscreen/touch_gt911.c，部分代碼如下：
static void ParsePointData(ChipDevice *device, FrameData *frame, uint8_t *buf, uint8_t pointNum)
{
int32_t resX = device->driver->boardCfg->attr.resolutionX;
int32_t resY = device->driver->boardCfg->attr.resolutionY;
// 數(shù)據(jù)解析邏輯
//器件私有配置解析
//器件設備注冊到平臺驅動
//調用Input HDI接口
}
圖5顯示了調用Input HDI的步驟。
Figure 5. Steps to call Input HDI
圖5. 調用Input HDI的步驟
本文介紹了潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A的OpenHarmony操作系統(tǒng)的移植適配過程。在分析OpenHarmony標準系統(tǒng)的前提下，成功實現(xiàn)了OpenHarmony在潤開鴻鴻銳開發(fā)板SCDAYU800A上的穩(wěn)定運行。該研究為基于RISC-V架構的單板機系統(tǒng)開發(fā)提供了實踐參考，具有一定的應用價值。
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