HarmonyOS之分布式软总线

HarmonyOS的亮点之一是分布式软总线。什么是分布式软总线？为什么要提出分布式软总线？在这里我们对它做简要的介绍。

什么是总线？

在介绍分布式软总线之前，有必要先简单介绍下总线的概念。总线(Bus)是嵌入式系统和计算机系统的重要基础技术，通过它，多个不同的设备可以互相连接和通讯。

比如常见的总线有如下几种：

PCI(Peripheral Component Interconnect)总线，将网卡、显卡、数据采集卡等不同的外设连接到计算机主板；

CAN(Controller Area Network)总线，将汽车上不同的传感器、控制器连接在一起；

MIPI(Mobile Industry Processor Interface)总线，将智能手机的显示、基带、射频、天线等相关器件连接在一起；

IIC(Inter-Integrated Circuit)总线，将智能手机的各传感器连接在一起；

上面只是列举了几个常见的总线，在各个领域还有其他各种不同用途的总线技术。上面所说的每一个总线技术都有各自详细的协议规范，在这里不对协议做详细的介绍。总之，总线可以把一些不同的设备，通过约定的协议连接在一起。总线协议会给每个设备分配相应的地址，并且协调调度各设备对总线资源的访问。在总线协议基础上，应用开发不需要关心设备之间的连接，只需要按照协议所分配的地址进行应用数据的发送和接收。

什么是分布式软总线？

在介绍分布式软总线之前，先了解下华为所提出的1+8+N概念：1指的是手机，8指的是车机、音箱、耳机、手表/手环、平板、大屏、PC、AR/VR，N指的是其他IOT设备。软总线就是在这个大的框架下所提出的，就是为了解决所有1+8+N设备之间的互联问题。

下面是HarmonyOS分布式软总线的架构示意图：

分布式软总线架构示意图，图片来源于https://developer.harmonyos.com/

框架图可以看到，分布式软总线最主要的几大功能是：发现、连接、组网/拓扑管理、任务总线、数据总线；

其中，”发现”指的是搜索周围是否有相关设备；”连接”指的是与所发现的设备建立连接；”组网/拓扑管理”指的是对所有发现的设备进行网络拓扑管理，比如组成星状网络拓扑，或者是组成Mesh网络拓扑。”任务总线”指的是在所建立的网络拓扑基础上，用于传输小数据量信息的通路。”数据总线”指的是用于传输较大数据量信息的通路。

为什么需要分布式软总线

以往手机外围设备比较少的时候，用户通过手动操作的方式进行设备之间的连接。比如，手机连接蓝牙耳机。随着外围设备越来越多，手动操作的方式不方便，甚至会影响用户的体验。而且，有的外围设备之间还不支持直接连接。HarmonyOS的分布式总线技术是为了能够让所有的设备之间能够方便、高效的互联。

分布式软总线关键技术之“发现”与”组网”

分布式软总线技术可以自动发现周围的其它设备，并且将他们连接形成网络。下图显示的是自动发现设备之后形成的Mesh网络的示意图。发现与组网是分布式软总线的核心术，目前没有开到公开的细节信息。

图片来源于2021华为开发者大会HDC

分布式软总线关键技术之“软时钟”

把众多外围设备连接形成网络后，有一个问题需要解决。就是各个设备存在硬件、软件性能各方面的差异，导致时间上的不同步。比如，iot设备由于成本方面的原因，晶振的质量比较差，会存在相对较大的频飘。不同设备之间多方面的差异，如果没有时钟同步，他们之间的通信将无法展开。下面是分布式软总线关键技术之一的软时钟介绍，它通过时钟同步算法，将不同设备原本不同步的时钟做到统一的同步时钟。

图片来源于2021华为开发者大会HDC

分布式软总线关键技术之”调度”

所有被组成MESH网络的设备在软时钟算法的同步下，就可以进行资源的调度。软总线技术中提出了LaneHub的概念，可以理解为调度管理各通信通路的模块。比如，不同的设备有不同的连接方式，手机有BLE、wifi、NFC三种连接方式，PAD有wifi、UWB两种连接方式，PC有USB、wifi两种连接方式。通过软总线的LaneHub可以对这三个连接的设备进行统一的资源调度。比如，手机与PAD通过BLE连接、手机与PC通过wifi连接，软总线协议调度他们的通信时间、频谱，达到减少干扰、提升速率的目的。

 图片来源于2021华为开发者大会HDC

分布式软总线应用场景

下面是HarmonyOS开发者网站所介绍的两个典型应用场景：

智能家居场景：烹饪时，手机可以通过碰一碰与烤箱连接，并将自动按照菜谱设置烹调参数，控制烤箱来制作菜肴。设备之间即连即用，无需繁琐的配置。

多屏联动课堂：老师通过智慧屏授课，与学生开展互动，营造课堂氛围；学生通过平板完成课程学习和随堂问答。统一、全连接的网络确保了传输通道的高带宽、低时延、高可靠。

超级终端

在分布式软总线的基础上，华为提出了”超级终端”的概念。也就是通过分布式软总线技术将手机外围的其他相关设备连接在一起，形成了所谓的”超级终端”，由个体终端变成了群体终端。

参考：

2021华为开发者大会HarmonyOS架构演进与关键技术视频，详细可观看

https://www.bilibili.com/video/BV16b4y1h75z?spm_id_from=333.999.0.0