OpenHarmony的应用以及HDF驱动开发

OpenHarmony开源开发者成长计划“万能遥控器”项目开发者。

效果展示

如图是开发板GPIO输出到红外发射器的波形和空调遥控器输出波形的对比，可以看到波形的变化规律基本一致。

图1 波形图对比  

图 2 设备展示

作品构思

红外遥控以其简单、稳定、可靠等优势，一直以来都是家电控制中重要的组成部分。将红外遥控融入到智能家居的网络中，不仅能拓宽智能家居的范围，同时，用户不需要更换新型设备，也能在原有的设备上体验到物联网带来的生活便利。

OpenHarmony是由开放原子开源基金会孵化及运营的开源项目，目标是面向全场景、全连接、全智能时代、基于开源的方式，搭建一个智能终端设备 *** 作系统的框架和平台，促进万物互联产业的繁荣发展。其创新性的分布式软总线，能够有效解决底层通信协议的差异，使得分布式应用开发更加方便。

于是我们决定利用OpenHarmony在物联网的优势，推动红外遥控设备融入在家电网络，使两者的融合使用能达到1+1>2的效果。

实践过程

小熊派Micro

在硬件平台方面，我们选择新出的小熊派Micro开发板，小熊派开发板搭载了STM32MP157芯片，搭配了4.3寸LCD电容式触摸屏，并有WIFI电路及标准的E53接口。

在软件生态上，该开发板已完成OpenHarmony 3.0小型系统的移植，并提供了丰富的教程，同时，ST公司还开放了芯片手册，SDK包等开发工具，非常适合学生们了解学习计算机系统。ST（意法半导体）是知名的半导体公司，其芯片在覆盖工业控制、消费电子等领域，其设计的STM32系列芯片在工业控制、教育等领域占有重要的地位。

在拿到开发板后，我们首先跟着小熊派的教程搭建软件开发环境，下载编译OpenHarmony源码，然后烧录固件到开发板，终于把心心念念的OpenHarmony系统给运行起来了：

图3 OpenHarmony桌面

接着我们跟着教程，分别学习了OpenHarmony的应用开发和驱动开发。当屏幕出现hello world的字样时，我就知道我们的开发已经成功了一半。

最后的教程是开发一个控制LED的应用，通过这个例程，我们学会了如何从底层软件、中间层、到应用层的全栈开发范式，对OpenHarmony *** 作系统的架构有了实际的认识。这为我们后面开发红外遥控应用打下了坚实的基础。

图4 LED应用

红外遥控原理

在初步认识了小熊派和OpenHarmony后，要开发红外遥控功能，就需要了解红外遥控的原理。我们通过网上搜集资料来了解红外协议的组成的理论知识。这里我们尝试简单说明一下红外遥控的原理：

如下图所示，以空调遥控为例。遥控器发送给空调的信息其实就是一个二进制的数组，例如：1001 1010……，数组特定位上01的组合依据协议内容有特定的含义，例如bit4和bit5为10时，表示空调风速为一级风速。

那么这个数组应该如何从遥控器到达空调呢？红外发射器可以向四周发射红外线，由于自然光中也存在红外光，所以发射器必须对红外线编码，加上38KHZ的载波。这样，接收器就只要识别38KHZ的红外光，就能确定其是由遥控器发射的，从而滤除了自然光的干扰。

下图中，发射器发射载波信号时，接收器会识别并输出低电平信号，相反，则输出高电平信号。通过控制方波的高电平时长，来表示逻辑0或1.将0和1组合起来，就构成了红外协议里的数组。

图5 红外遥控原理

实践是检验理论的标准。我们决定利用身边的支持红外遥控设备，来研究其实际的协议内容。手机的万能遥控器就是一个完美的发射设备，于是我们使用一个红外接收电路，一个逻辑分析仪，来分析遥控器发出的红外信号：

图6 逻辑分析仪和接收电路

有了以上工具，我们就可以在电脑端查看红外信号波形：

图7 红外波形图

经过以上的实践，我们的理论知识与实践经验相符合，方案的可行性得到证实，那么就可以开始软件的开发了。

PWM驱动

我们将红外发射电路接入小熊派开发板，并将其信号引脚连接到GPIOA_5。接下来就是要在这个引脚上产生特定的脉冲序列。

由前文可知，我们需要在GPIOA_5上产生一个38KHZ的载波信号。这一点可以利用STM32的TIM2实现，将TIM2的Channel1设置为PWM输出模式，设置周期为26us和占空比为50%就能实现。

难点在于，在OpenHarmony中开发驱动不像我们在stm32f1上开发驱动一样，直接使用库函数就可以。在大型的 *** 作系统中，都会有一套驱动开发的框架，规定了某一特定的驱动的编程规范。我们要开发PWM的驱动，就要遵循OpenHarmony的HDF PWM驱动开发框架的规定。

在之前的学习中，我们已了解了HDF驱动框架的开发流程。对于PWM驱动，我们参考了OpenHarmony官网的PWM开发文档以及ST的驱动HAL库，实现了符合HDF框架的PWM驱动。如图是PWM输出38KHZ的方波：

图8 38KHZ载波

IR驱动

有了载波，接下来就需要能控制载波的产生、关闭，以及持续时间（决定了逻辑值）。载波的开关在PWM驱动中已经实现了。那么问题就在于如何控制载波的持续时间。

在红外遥控中，电平的时间最低一般是600us，要实现微妙级别的计时，熟悉STM32的小伙伴很容易就会想到使用TIM定时器。是的，在这里我们使用TIM3来实现对载波定时控制的功能。

为此，我们设计了一个IR驱动，他是一个标准的HDF驱动模块，其实现的功能有：

•对应用层提供驱动服务：接收应用层下发的数组。

•控制PWM的开关时间：根据数组元素值，控制载波的时间。

我们假设应用层下发的数组是这样的格式：其元素的值表示的是电平时间，例如[500,600]的组合表示逻辑0，[500,1600]表示逻辑1.

[500,600,500,600,500,1600,...]

IR驱动获得该数组后，将数组值设为定时值，并开启定时器中断，在中断中开/关PWM、更新下一次定时时间，就能实现对载波时间的控制。

红外码库的移植

经过以上两个驱动的开发，我们能确保底层的实现是正常的，接下来就是应用的开发了。

首先要思考的就是如何得到我们想要的红外信号。每一种设备，其红外协议的物理层虽然相同，但在编码的含义上却有很大差异。要实现万能遥控的功能，不可能把所有的协议都写入代码，需要一个码库来支持。幸运的是，我们找到了这样一个开源的码库，irext。

irext分为两个部分：码库文件和解码算法。在程序中，使用解码算法，对特定的码库文件进行解码，就能得到所需的信号数组。这个数组就可以直接传递给IR驱动进行发送。解码后得到的数组如下所示：

 

[8967,4499,598,598,598,598,598,598,598,598,598,……]

 

我们在OpenHarmony的JS Engine中添加了一个JS 接口：AC_Control，在这个接口里，我们接收上层JS应用的命令，使用irext的解码算法和码库文件，将命令转换为信号数组，然后将这个数组发送给IR驱动，从而触发红外信号的产生。

应用程序开发

1、界面设计

在开始北向应用程序开发之前，我们要先把整个页面的UI布局以及样式先起一个大概的草稿，因为这样在写界面的时候效率会翻倍。根据南向的驱动想好功能及交互，设计好UI布局后，下一步就是寻找或者制作符合产品风格的图标。这两步做完后，我们就可以正式开始码代码了。

最终呈现出如下图效果：

图9 APP 界面

2、交互逻辑设计

在了解了南向的具体驱动功能之后，我们再根据界面样式设计交互逻辑，比如监听用户点击温度升高，接着调用注册号的JS驱动接口，将调节温度命令发送给南向接口。其他比如开关，制冷等交互逻辑都是类似的处理逻辑。

理清楚交互逻辑之后，然后就将南向驱动自定义的JS接口在@system.app.d.ts中进行注册，注册完之后在js页面导入该文件，然后我们就可以开始编写业务逻辑了，其中有很多重复的接口逻辑，可以进行封装，使代码简洁明了，可读性也比较强。

图10 APP *** 作演示

项目收获

通过本项目初期的学习和实践，我们由浅入深地学习了OpenHarmony的应用以及HDF驱动开发，特别是对OpenHarmony的整个系统架构，包括内核、驱动框架、系统服务以及应用程序框架有了一个清晰的认识。也让我们更深刻地理解了OpenHarmony的分层设计、一次开发多端部署、分布式系统这些概念，使我们对OpenHarmony的未来发展充满兴趣与期望。

未来展望

目前我们只实现了红外遥控的应用，对于物联网来说这远远不够，接下来我们还需要考虑如何与其他OpenHarmony设备组网的问题。

当前小熊派团队正在移植OpenHarmony软总线，所以我们未能实现组网的功能。未来软总线能实现的话，就可以其他OpenHarmony设备进行组网，到时候OpenHarmony的万物互联的技术优势将得到充分的体现，OpenHarmony正在发展中，我们需要耐心以及积极地参与。

除了软总线，我们还有Plan B，例如可以选择MQTT等传统的物联网协议，来实现设备与手机之间的通信。　　

      审核编辑：彭静