HARMONYOS物联网开发基础

2020年，华为终端有限公司正式发布了鸿蒙HarmonyOS 1.0。2021年，先后正式发布了HarmonyOS 2.0、HarmonyOS 3.0和HarmonyOS 3.1 Beta。HarmonyOS系统是面向万物互联的全场景分布式操作系统，支持智能手机、平板电脑、智能穿戴设备、智慧屏和车机等多种终端设备。为不同设备的智能化、互联和协同提供了统一的语言，带来简洁、流畅、安全、连续、安全可靠的全场景交互体验。HarmonyOS源代码在发布时同时开源，开源版本称为OpenHarmony，由开放原子开源基金会(Open Atom Foundation)孵化及运营。

相对于Android、嵌入式Linux等系统，HarmonyOS不仅是一个手机或某一设备的单一系统，而是一个可将所有设备串联在一起的通用性系统。同时，HarmonyOS通过SDK、源代码、开发板/模组和开发工具等共同构成了完备的开发平台与工具链。这些特性使得HarmonyOS在物联网系统中具有强大的优势。

自HarmonyOS 1.0发布以后，笔者在所承担的物联网相关课程中引入了在ARM架构CPU上运行的Harmony微内核系统LiteOS和JavaScript开发运行于智能手表用户界面（UI）等相关知识内容，受到学生的欢迎。在教学过程中遇到的问题非常多，其中之一是难以找到适合的参考书籍。虽然在华为的开发者社区网站、HiHope开发者社区网站、51CTO等网站存在诸多的文档和代码，但是这些资料仍旧需要重新整理，以适应教学和学习的需要。

希望本书在HarmonyOS物联网开发技术方面能为初学者提供必要的支持。因此，本书内容涵盖了微内核、设备开发和应用开发的基础内容。通过这些内容读者可以学习LiteOS内核、轻量级系统设备开发、应用开发的UI开发等基础技术。本书有4篇共16章，第1篇(第1章)对物联网操作系统和交叉开发环境做了概述； 第2篇(第2~8章)对微内核的基本功能做了介绍； 第3篇(第9~11章)为轻量级系统的设备开发篇； 第4篇(第12~16章)为应用开发的UI开发篇。另外，本书在操作系统原理、涉及的CPU传感器等硬件、前端开发技术和WebSocket、MQTT等网络协议方面也有所涉及。

读者可以根据自己的实际情况对书中内容进行取舍。如对LiteOS微内核有兴趣，可阅读第2篇； 如对物联网设备开发感兴趣，可阅读第3篇； 如对智能手机、智慧屏的UI应用开发有兴趣，可阅读第4篇。阅读第2篇需要具有一定的C程序设计、数据结构以及计算机体系结构的知识，阅读第3篇需要具有单片机原理、C程序设计、嵌入式系统和网络协议等知识，阅读第4篇仅需要编程基础知识。

本书适合作为各类高校物联网专业或计算机专业本科生的教材，也可以作为对HarmonyOS感兴趣的开发人员、广大科技工作者和研究人员的参考用书。

在本书的编写过程中得到产学合作协同育人项目、华中师范大学华为“智能基座”产教融合协同育人基地、华为技术有限公司和武汉科云信息技术有限公司的大力支持，在此表示衷心的感谢。

由于水平有限，书中不当之处在所难免，欢迎广大同行和读者批评指正。

葛非2023年1月

本书内容丰富，涵盖了HarmonyOS物联网开发技术方面的基础知识，包括LiteOS微内核基础功能、轻量系统设备开发和UI应用开发，涉及物联网操作系统原理、海思RISC-V CPU和传感器应用等硬件技术、WiFi网络应用、WebSocket和MQTT等网络协议、JavaScript和eTS等Web前端开发技术和手机App开发技术的内容。 本书分为4篇共16章，第1篇(第1章)对物联网操作系统和交叉开发环境做了概述，第2篇(第2~8章)介绍LiteOS微内核的基本功能，第3篇(第9~11章)讲解轻量级系统设备开发中的GPIO、I2C、PWM、WiFi和MQTT客户端开发技术，第4篇(第12~16章)包含HarmonyOS系统应用UI开发技术和应用JavaScript与eTS等语言开发App等。 本书适合作为广大高校物联网专业或计算机专业的本科生教材，也可以作为对HarmonyOS进行物联网开发感兴趣的开发人员、广大科技工作者和研究人员的参考用书。

第1篇绪论

第1章概述

1.1物联网操作系统

1.1.1实时系统

1.1.2嵌入式系统

1.1.3物联网操作系统

1.1.4LiteOS系统简介

1.1.5OpenHarmony系统简介

1.2交叉开发环境

第2篇LiteOS内核

第2章任务管理

2.1基本概念

2.1.1进程与线程

2.1.2任务

2.2任务管理概述

2.2.1任务状态

2.2.2任务控制块

2.2.3任务管理模块

2.3任务运行

2.4任务调度

2.4.1先进先出调度

2.4.2短进程优先调度

2.4.3轮转调度

2.4.4优先级调度

2.4.5多级反馈队列调度

2.4.6Linux调度器

2.4.7LiteOS任务切换

2.4.8任务调度性能评价

第3章内存管理

3.1概述

3.2动态内存管理

3.2.1bestfit内存管理

3.2.2bestfit_little内存管理

3.2.3LiteOS内存管理模块

3.3动态内存管理开发流程

3.4静态内存管理

第4章中断、异常管理

4.1概述

4.2中断管理模块

4.3异常接管

4.4错误处理

第5章系统时钟和软件定时器

5.1系统时钟

5.2软件定时器

第6章任务间通信

6.1消息队列

6.1.1消息队列控制块

6.1.2消息队列管理模块

6.2事件

6.3信号量

6.4互斥锁

6.5自旋锁

第7章Shell命令

7.1概述

7.2task命令

7.3queue命令

7.4dlock命令

7.5调度统计

7.6CPU利用率

第8章内核抽象层

第3篇设 备 开 发

第9章设备开发概述

9.1OpenHarmony概览

9.1.1OpenHarmony 1.0

9.1.2OpenHarmony 2.0

9.1.3OpenHarmony 3.0

9.2Hi3861 WLAN模组

9.3温湿度传感器AHT20

9.4Hi3516 IP摄像机SOC

9.5Hi3518 Camera SOC

第10章轻量级系统设备开发

10.1概述

10.2GPIO

10.2.1GPIO相关API

10.2.2GPIO输出

10.2.3查询方式GPIO输入

10.2.4中断方式GPIO输入

10.3PWM

10.3.1PWM简介

10.3.2PWM相关API

10.3.3PWM输出

10.4I2C

10.4.1I2C概述

10.4.2I2C相关API

10.4.3I2C温湿度传感器

10.5WiFi

10.5.1WiFi概述

10.5.2station模式API

10.5.3AP模式API

10.5.4WiFi应用

10.6MQTT

10.6.1MQTT协议

10.6.2MQTT典型控制包

10.6.3MQTT API

10.6.4MQTT客户端应用

10.7集成第三方SDK

10.7.1编译业务库libs

10.7.2适配代码编写

10.7.3编写应用代码

第11章HDF驱动框架

11.1系统调用

11.2HDF驱动框架

11.3驱动开发

11.3.1驱动程序实现

11.3.2驱动程序编译

11.4驱动程序服务管理

11.5驱动程序消息机制

11.6驱动程序配置

11.7HDF驱动程序示例

11.7.1驱动程序实现

11.7.2驱动程序配置

11.7.3驱动程序消息

11.7.4用户态程序

第4篇应用UI开发

第12章应用UI开发基础

12.1应用的配置

12.2应用的资源

12.3方舟开发框架

第13章语言基础

13.1HTML和HML

13.2CSS

13.3DOM

13.4JavaScript

13.4.1JavaScript基础

13.4.2HarmonyOS JS语法

13.5JSON

13.6TypeScript

13.6.1数据类型

13.6.2函数

13.6.3接口

13.6.4类和对象

13.6.5装饰器

13.6.6eTS语法糖

第14章JS类Web开发

14.1组件

14.1.1界面布局

14.1.2交互

14.1.3路由和调用

14.2低代码开发

第15章eTS声明式UI开发

15.1体验

15.2资源访问

15.3组件

第16章WebSocket应用

16.1WebSocket协议

16.2WebSocket模块

16.2.1HarmonyOS的WebSocket

16.2.2浏览器WebSocket

16.2.3MQTT客户端

后记

本书紧跟前沿技术，全面讲解HarmonyOS物联网开发技术方面的基础知识，同时注重实用性，理论与实践相结合，帮助读者加深理解。