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Embedded SIG | 分布式软总栈

Embedded SIG2022-07-22Embedded嵌入式

一 特性介绍

1.1 背景

openEuler 秉承着打造“数字化基础设施操作系统”的愿景,为促进与 OpenHarmony 生态的合作与互通,实现端边领域的互通和协同,首次在嵌入式领域引入分布式软总线技术。

分布式软总线是 OpenHarmony 社区开源的分布式设备通信基座,为设备之间的互通互联提供统一的分布式协同能力,实现设备无感发现和高效传输。

OpenHarmony 主要面向强交互等需求的智能终端、物联网终端和工业终端。openEuler 主要面向有高可靠、高性能等需求的服务器、边缘计算、云和嵌入式设备,二者各有侧重。通过以分布式软总线为代表的技术进行生态互通,以期实现“1+1>2”的效果,支撑社区用户开拓更广阔的行业空间。

1.2 架构

软总线的主要架构如下:

image

软总线主体功能分为发现、组网、连接和传输四个基本模块,实现:

  • 即插即用:快速便捷发现周边设备。
  • 自由流转:各设备间自组网,任意建立业务连接,实现自由通信。
  • 高效传输:通过 WIFI、蓝牙设备下软硬件协同最大化发挥硬件传输性能。

软总线南向支持标准以太网通信,同时后续可持续拓展 WIFI、蓝牙等多种通信方式。并为北向的分布式应用提供统一的 API 接口,屏蔽底层通信机制。

软总线依赖于设备认证、IPC、日志和系统参数(SN 号)等周边模块,嵌入式系统中将这些依赖模块进行了样板性质的替换,以实现软总线基本功能。实际的周边模块功能实现,还需要用户根据实际业务场景进行丰富和替换,以拓展软总线能力。

二、应用指南

2.1 部署示意

软总线支持局域网内多设备部署,设备间通过以太网通信。单设备上分为 server 和 client,二者通过 IPC 模块进行交互。

image

注意

当前 IPC 模块和 SN 号等系统参数,嵌入式版本提供的仅为参考模板,还无法支持多节点和多 client 部署。用户可根据实际业务场景进行 IPC 模块和 SN 号系统参数进行功能丰富,以拓展软总线部署能力。

2.2 服务端启动

服务端主程序为softbus_server_main,执行该主程序既可拉起软总线服务端。

openeuler ~ # softbus_server_main >log.file &

当服务端被拉起时,会主动通过名为 ethX 的网络设备进行 coap 广播,若探测到对端设备存在则会启动自组网。

2.3 客户端 API

头文件在 sdk 和 initrd 中均存放在/usr/include/dsoftbus/下,其中:

  1. discovery_service.h:发现模块头文件,支持应用主动探测和发布的 API 如下:

    API功能
    PublishService发布特定服务能力
    UnPublishService取消发布特定服务能力
    StartDiscovery订阅/探测特定服务能力
    StopDiscovery取消订阅特性服务能力

    其中服务能力通过g\_capabilityMap数组定义,用户若新增能力需要自定义修改该数组,并重新编译软总线服务端和客户端程序来生效。

  2. softbus_bus_center.h:组网模块头文件,支持获取组网内设备信息 API 如下:

    API功能
    GetAllNodeDeviceInfo获取当前组网内所有节点信息
  3. session.h:连接/传输模块头文件,支持创建 session 和数据传输 API 如下:

    API功能
    CreateSessionServer创建 session 服务端
    RemoveSessionServer移除 session 服务端
    OpenSession创建到对端的传输连接(同时依赖于本端和对端提前创建的 SessionServer)
    CloseSession断开传输连接
    SendBytes根据建好的连接 ID,进行数据传输。

各 API 参数详见头文件描述。

三、应用示例

使用 QEMU 部署分布式软总线,编写客户端程序,使其能够列出所有发现的设备信息。

步骤一、编写客户端程序

编写客户端程序依托于Embedded版本发布的SDK,按如下步骤进行SDK环境使用准备。

1. 安装SDK

    执行SDK自解压安装脚本

    ```bash
    sh openeuler-glibc-x86_64-openeuler-image-aarch64-qemu-aarch64-toolchain-22.03.sh
    ```

    根据提示输入工具链的安装路径,默认路径是`/opt/openeuler/<openeuler version>/`;若不设置,则按默认路径安装;也可以配置相对路径或绝对路径。

    举例如下:

    ```bash
    sh ./openeuler-glibc-x86_64-openeuler-image-armv7a-qemu-arm-toolchain-22.03.sh``
    openEuler embedded(openEuler Embedded Reference Distro) SDK installer version 22.03
    ================================================================
    Enter target directory for SDK (default: /opt/openeuler/22.03): sdk
    You are about to install the SDK to "/usr1/openeuler/sdk". Proceed [Y/n]? y
    Extracting SDK...............................................done
    Setting it up...SDK has been successfully set up and is ready to be used.
    Each time you wish to use the SDK in a new shell session, you need to source the environment setup script e.g.
    . /usr1/openeuler/sdk/environment-setup-armv7a-openeuler-linux-gnueabi
    ```

2. 设置SDK环境变量

    前一步执行结束最后已打印source命令,运行即可。

    ```bash
    . /usr1/openeuler/myfiles/sdk/environment-setup-armv7a-openeuler-linux-gnueabi
    ```

3. 查看是否安装成功

    运行如下命令,查看是否安装成功、环境设置成功。

     ```bash
    arm-openeuler-linux-gnueabi-gcc -v
     ```

接下来编写客户端程序。

创建一个`main.c`文件,源码如下:

```c
#include "dsoftbus/softbus_bus_center.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    int32_t infoNum = 10;
    NodeBasicInfo **testInfo = malloc(sizeof(NodeBasicInfo *) * infoNum);
    int ret = GetAllNodeDeviceInfo("testClient", testInfo, &infoNum);
    if (ret != 0) {
        printf("Get node device info fail.\n");
        return 0;
    }
    printf("Get node num: %d\n", infoNum);
    for (int i = 0; i < infoNum; i++) {
        printf("\t networkId: %s, deviceName: %s, deviceTypeId: %d\n",
        testInfo[i]->networkId,
        testInfo[i]->deviceName,
        testInfo[i]->deviceTypeId);
    }
    for (int i = 0; i < infoNum; i++) {
        FreeNodeInfo(testInfo[i]);
    }
    free(testInfo);
    testInfo = NULL;

    return 0;
}
```

创建一个`CMakeLists.txt`文件,源码如下:

```bash
project(dsoftbus_hello C)
add_executable(dsoftbus_hello main.c)
target_link_libraries(dsoftbus_hello dsoftbus_bus_center_service_sdk.z)
```

编译客户端

```bash
mkdir build
cd build
cmake ..
make
```

编译完成后会得到`dsoftbus_hello`。

步骤二、构建 QEMU 组网环境

在host中创建网桥br0

```bash
brctl addbr br0
```

启动qemu1

```bash
qemu-system-aarch64 -M virt-4.0 -m 1G -cpu cortex-a57 -nographic -kernel zImage -initrd <openeuler-image-qemu-xxx.cpio.gz> -device virtio-net-device,netdev=tap0,mac=52:54:00:12:34:56 -netdev bridge,id=tap0
```

> **注意**:
>
> 首次运行如果出现如下错误提示:
>
> ```bash
> failed to parse default acl file `/usr/local/libexec/../etc/qemu/bridge.conf'
> qemu-system-aarch64: bridge helper failed
> ```
>
> 则需要向指示的文件添加“allow br0”
>
> ```bash
> echo "allow br0" > /usr/local/libexec/../etc/qemu/bridge.conf
>```

启动qemu2

```bash
qemu-system-aarch64 -M virt-4.0 -m 1G -cpu cortex-a57 -nographic -kernel zImage -initrd openeuler-image-qemu-aarch64-20220331025547.rootfs.cpio.gz  -device virtio-net-device,netdev=tap1,mac=52:54:00:12:34:78 -netdev bridge,id=tap1
```

> **注意**:
>
> qemu1与qemu2的mac地址需要配置为不同的值。

配置IP

配置host的网桥地址

```bash
ifconfig br0 192.168.10.1 up
```

配置qemu1的网络地址

```bash
ifconfig eth0 192.168.10.2
```

配置qemu2的网络地址

```bash
ifconfig eth0 192.168.10.3
```

分别在host、qemu1、qemu2使用ping进行测试,确保qemu1可以ping通qemu2。

步骤三、启动分布式软总线

在qemu1和qemu2中启动分布式软总线的服务端

```bash
softbus_server_main >log.file &
```

将编译好的客户端分发到qemu1和qemu2的根目录中

```bash
scp dsoftbus_hello root@192.168.10.2:/
scp dsoftbus_hello root@192.168.10.3:/
```

分别在qemu1和qemu2的根目录下运行`dsoftbus_hello`,将得到如下输出:

qemu1

```bash
[LNN]NodeStateCbCount is 10
[LNN]BusCenterClientInit init OK!
[DISC]Init success
[TRAN]init tcp direct channel success.
[TRAN]init succ
[COMM]softbus server register service success!

[COMM]softbus sdk frame init success.
Get node num: 1
        networkId: 714373d691265f9a736442c01459ba39236642c743a71750bb63eb73cde24f5f, deviceName: UNKNOWN, deviceTypeId: 0

```

qemu2

```bash
[LNN]NodeStateCbCount is 10
[LNN]BusCenterClientInit init OK!
[DISC]Init success
[TRAN]init tcp direct channel success.
[TRAN]init succ
[COMM]softbus server register service success!

[COMM]softbus sdk frame init success.
Get node num: 1
        networkId: eaf591f64bab3c20304ed3d3ff4fe1d878a0fd60bf8c85c96e8a8430d81e4076,deviceName: UNKNOWN, deviceTypeId: 0
```

qemu1和qemu2分别输出了发现的对方设备的基础信息。

四、编译指导

编译依托于 Embedded 版本发布的容器镜像,请参考容器构建指导进行容器环境准备。

容器构建指导链接:https://docs.openeuler.org/zh/docs/22.03_LTS/docs/Embedded/容器构建指导.html

  1. 下载脚本所在仓库(例如下载到src/yocto-meta-openeuler目录下)

    git clone https://gitee.com/openeuler/yocto-meta-openeuler.git -b openEuler-22.03-LTS -v src/yocto-meta-openeuler
    
  2. 执行下载脚本

    下载最新软总线代码:

    sh src/yocto-meta-openeuler/scripts/download_code.sh dsoftbus
    

    代码默认下载到与yocto-meta-openeuler同级别的路径,如需修改软总线或者其依赖的模块代码可到对应路径下查找dsoftbus/_standardyocto-embedded-tools仓库进行对应修改。

  3. 编译编译脚本

    编译最新软总线代码:

    sh src/yocto-meta-openeuler/scripts/compile.sh dsoftbus
    

    编译工作目录名为dsoftbus/_build,编译生成件目录名为dsoftbus/_output,二者均默认与yocto-meta-openeuler在同级别路径。

五、限制约束

  1. 仅支持局域网下的 coap 发现。WIFI/BLE 等功能在后续版本中持续支持。

  2. 目前提供的 IPC、SN 号等软总线的依赖模块均为样例,仅支持双设备节点部署,client-server 一对一部署的能力。期待后续与社区伙伴,根据实际场景共同对这些依赖模块进行实例化。

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