演講嘉賓 | 李 剛

回顧整理 | 廖 濤

排版校對 | 李萍萍

嘉賓簡介

李剛，華為OpenHarmony技術專家，OpenHarmony分布式硬件技術負責人。主要負責OpenHarmony分布式硬件架構設計以及華為多設備協同方向的研究。

內容來源

第一屆開放原子開源基金會OpenHarmony技術峰會——生態與互聯分論壇

正 文 內 容

OpenHarmony是一款面向未來萬物互聯場景的操作系統，其設計采用了分布式架構。那么OpenHarmony相比于傳統操作系統有哪些關鍵的分布式技術呢？華為分布式硬件技術專家李剛在第一屆OpenHarmony技術峰會上給大家帶來了幾點分享。

01?

分布式硬件設計理念

從智能終端的發展趨勢來看，單一智能智能終端硬件已經越來越難以滿足用戶對全場景的要求，面臨發展瓶頸：由于體積的限制，無法把所有場景所涉及的硬件全部加入到一個設備中，且單一設備也無法滿足所有場景的需求。基于這個現實痛點，多智能終端“組合”而成的“超級終端”應運而生。超級終端可以根據用戶期望，通過分布式技術將多個設備組合起來，使設備間的硬件資源共享，實現硬件的“自由”擴展，并可以在不同的業務場景下，按需組合硬件資源，提供更好的用戶體驗。例如，通過手機、平板、手表、大屏幕、電腦等智能終端的組合，可以實現多屏幕串聯、多攝像頭和麥克風交互以及專業傳感器布置等功能。

智能終端演進

在這樣的趨勢下，傳統操作系統很難滿足開發者的要求。因為傳統操作系統只能局限使用單個設備上的硬件，每一個硬件都是割裂運行的，應用也只能在單設備垂直領域發力，實現跨設備體驗成本和復雜度極高。對開發者來說，更希望能夠“跨端”共享硬件，打破硬件PCB邊界，從而通過軟件定義硬件，構建全場景多設備的“超級終端”。分布式硬件技術能夠為開發者的上述需求提供助力，因其能夠構建硬件資源池，提供按需定義超級終端硬件的能力，支持多路硬件的協同和調度，且能夠使硬件能力自適應。

分布式硬件能夠帶來什么樣的新體驗呢？例如，在辦公場景下，用戶可以讓各智能終端設備便捷地鏈接起來，實現硬件能力共享，跨設備、跨系統應用的操作，無縫傳輸數據；在出行場景下，用戶可以通過將手機和車機組合起來，讓應用共享兩者的硬件，實現導航、音樂和通話等功能的無縫操作，達到“智慧出行”。對開發者而言，通過程序控制一個遠端的設備，僅需要選擇其對應的ID即可，其他操作和使用本地設備的方式完全一致。

02?

跨端分布式硬件的核心挑戰

要實現上述的功能和體驗，在跨端分布式硬件技術上存在什么挑戰呢？

隨著超級終端包含的設備越來越多，硬件的管理復雜度也隨之攀升。每一個設備的硬件，不僅對本設備提供硬件能力，還要為超級終端中的其他設備賦能。因此，操作系統必須提供各設備的管理能力。例如，各硬件狀態的更新和同步、硬件沖突的處理、多路并發情況的處理等。多設備間的管理技術，是目前跨端分布式硬件的核心挑戰之一。

跨端多硬件管理

在無線網絡環境下，帶寬有限，硬件調用的時延和效果難以保障。例如，本地相機的時延和拍攝效果是由硬件總線決定的，一般可以達到幾十毫秒的時延和4K甚至更高的分辨率，且非常穩定。當通過應用遠端操控相機時，除了硬件總線，還受到網絡信號傳輸的影響，時延最低只能達到幾百毫秒，分辨率也僅能達到1080P ，且波動很大。無線的不可靠網絡，給硬件時延和效果帶來了較大的不確定性。

超級終端硬件調用

在跨端多路硬件并發調用時，硬件協同同步的難度非常高。如上文所述，跨端硬件調度的時延本身就很難保障，當跨端同時調用多個硬件設備時，設備間的同步更難以保障。例如，當應用需要同時操作攝像頭和麥克風時，在本地可以通過兩者出廠時的調試工作確定其一致性；當跨端遠程操作時，由于時延的不確定性，需要操作系統在多個設備間進行硬件協同，大大增加了軟件的復雜度。

超級終端多路硬件并發調用

此外，異構智能終端間的硬件兼容性和容錯的難度也非常大。設備的不同，導致其各自的系統資源、處理能力、支持的硬件數據處理類型、驅動I/O等都存在較大差異，需要進一步考慮硬件之間的兼容和容錯。例如，手表的處理能力相對較弱，難以使用電視的4K屏幕、高聲道立體聲喇叭和超高清攝像頭等。

03?

分布式硬件平臺關鍵技術

第一，OpenHarmony在設計之初時就采用了分布式硬件池化架構。通過對各設備能力的抽象，構建全局硬件資源池抽象模型，對上提供一套統一的硬件抽象接口，實現統一管理、即插即用。此外，該架構還支持硬件類型的擴展和按需部署，對邏輯與物理資源進行解耦，可以實現本地和分布式硬件的無差別使用，未來還可以實現基于物理硬件能夠定義出不同形態的新的硬件給應用使用，應用開發者只需要調用上層服務的API就可以使用，達到軟件定義硬件的效果。

分布式硬件池化架構

第二，分布式硬件平臺還提供了統一的設備發現和認證框架。支持設備間通過碰、掃、靠等方式進行設備認證。一旦設備通過發現和認證后，設備的硬件就會自動進入硬件資源池，可以共享給其他設備使用。

設備發現和認證框架

第三，分布式硬件平臺提供了硬件自適應技術。能夠自動進行硬件能力協商，能夠通過網絡帶寬和時延等的感知，在硬件被調用動態調整硬件效果。此外，還提供了自適應轉換技術，通過增強算法實現硬件效果的增強。

硬件自適應

第四，分布式硬件平臺還提供了硬件協同同步技術。能夠在多路中提供毫秒級的時鐘同步能力，確保多路硬件設備的一致性。通過硬件時延動態感知技術，在多個設備中動態下發同步策略，保證多個硬件之間同步的體驗。

硬件協同同步

在OpenHarmony3.2中，分布式硬件平臺提供了全新硬件資源池化架構，能夠實現相機和屏幕的“超級終端”硬件互助能力。此外，分布式硬件池化架構、設備發現和認證框架等技術也已經實現了。對于應用開發者來說，在實現多設備協同場景的開發時能夠更加便捷，同時也提供了巨大的想象空間。

OpenHarmony3.2分布式硬件功能

04?

創新想法和展望

未來，分布式硬件技術可以給多場景提供全新體驗。例如，在會議場景下，能夠讓會議應用同步接入多個設備的攝像頭，提供全景畫面，實現全方位的視頻會議；在影音娛樂場景下，能夠輕松地把手機音視頻放到電視和音箱上播放，還可以讓家里的燈光自動跟隨電影和音樂進行變化，實現非常震撼的家庭影院的效果。

期待越來越多的開發者參與OpenHarmony的生態中來，共同研究和探討分布式硬件的技術難題，為未來萬物互聯新場景賦能。

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