基于銀河銳華終端操作系統(tǒng)的C++適配層研究

王 千，麥秀青，陸 平

(中國電子科技集團公司第三十二研究所基礎(chǔ)軟件部，上海 201808)

0 引言

近年來，我國與歐美一些國家之間以操作系統(tǒng)為核心的技術(shù)生態(tài)體系競爭日益顯現(xiàn)[1-2]。Android 從移動設(shè)備、穿戴設(shè)備、智能家居全方位打造的生態(tài)圈已經(jīng)相當(dāng)成熟[3]，在我國的移動終端市場占有極大的比例，甚至一些安全要求高的專用領(lǐng)域也在使用Android系統(tǒng)，如北斗導(dǎo)航、警用搜救、軍用作戰(zhàn)等[4-5]，這無疑在安全性、知識產(chǎn)權(quán)等多方面都存在巨大風(fēng)險[6]。在此背景下，銀河銳華終端操作系統(tǒng)（YROS）就成為了很好的國產(chǎn)化替代方案。

銀河銳華終端操作系統(tǒng)是國防科技大學(xué)與中國電子科技集團第三十二研究所自主研發(fā)的智能移動終端操作系統(tǒng)，使用Linux+HTML5 的實現(xiàn)方案，適用于智能手持、平板、可穿戴等移動終端設(shè)備[7]。

銀河銳華終端操作系統(tǒng)應(yīng)用是使用HTML5+JavaScript+CSS 的模式開發(fā)的，這種開發(fā)模式具有界面適配靈活、可移植性強的特點[8-10]，但是用于開發(fā)移動終端應(yīng)用也存在較多問題，諸如運行效率較低、可調(diào)試性差、對底層的操控性差等[11]。此外，由于一些專用領(lǐng)域已在使用基于Android開發(fā)的軟件，這些Android應(yīng)用多為Java+Native 模式開發(fā)，即有很多對性能要求較高的核心功能是通過JNI 的方式在Native 層實現(xiàn)的[12-13]，而將這部分代碼通過JavaScript 的方式移植到銀河銳華終端操作系統(tǒng)上往往是不現(xiàn)實的。若能夠提供一種切實可行的移植方案，則能加快國產(chǎn)化移動操作系統(tǒng)的普及以及生態(tài)的建立。

綜上所述，在銀河銳華終端操作系統(tǒng)上實現(xiàn)應(yīng)用的C++/JavaScrip 混合開發(fā)是非常有必要的?；诖耍疚倪M行基于銀河銳華終端操作系統(tǒng)的C++適配層研究，通過對系統(tǒng)框架層與系統(tǒng)接口進行擴展，實現(xiàn)C++與JavaScript的交互調(diào)用。

1 C++適配層框架

基于銀河銳華終端操作系統(tǒng)的C++適配層通過插件的方式，動態(tài)加載按照特定方式實現(xiàn)的功能性C++插件庫文件，并以系統(tǒng)接口的形式實現(xiàn)JavaScript 與C++插件庫之間的交互調(diào)用。

在銀河銳華終端操作系統(tǒng)的框架層拓展插件庫模塊管理器與插件庫對象管理器。其中插件庫模塊管理器對所有的C++插件庫以模塊的形式進行動態(tài)管理；而插件庫對象管理器則隸屬于每一個應(yīng)用進程，用于JavaScript對C++插件庫的具體調(diào)用。

C++適配層的架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 C++適配層架構(gòu)圖

1.1 C++插件庫

C++插件庫需要按照特定的方式進行開發(fā)。

C++適配層提供了一個插件庫的基類，C++插件庫應(yīng)繼承該基類根據(jù)具體功能需求實現(xiàn)一個橋接類，該橋接類將作為C++插件庫接收JavaScrip 調(diào)用指令的入口。橋接類的主要功能包括插件的初始化與插件的方法調(diào)用。繼承插件庫基類實現(xiàn)橋接類的關(guān)鍵在于調(diào)用方法的重載實現(xiàn)，調(diào)用方法接收JavaScrip 傳遞的操作指令以及指令參數(shù)，根據(jù)指令進行相應(yīng)操作決策，并將執(zhí)行的最終結(jié)果返回到JavaScrip。由于指令參數(shù)在數(shù)量以及類型上均存在不確定性，因此在C++插件庫基類聲明了一個字符串作為指令參數(shù)，應(yīng)用開發(fā)時，可以根據(jù)實際情況在傳入時對參數(shù)列表進行編碼，并在C++適配層中進行相應(yīng)的解碼工作，以保證參數(shù)的正確傳遞。

C++插件庫需要按照約定聲明一個全局插件實例，該實例將在C++插件庫加載時被初始化，該實例的指針將向外提供，用于對插件庫中的方法進行調(diào)用。

此外，C++適配層還為C++插件庫提供一個接口用于其對JavaScript的回調(diào)。在該回調(diào)方法中，將通過回調(diào)ID惟一標示每一次回調(diào)過程。

1.2 插件庫模塊管理器

插件庫模塊管理器將每個C++插件庫作為一個模塊進行動態(tài)管理，插件模塊中保存有系統(tǒng)調(diào)用該C++插件庫時所需的信息，具體如下：

插件庫句柄：用于保存C++插件庫的句柄。

插件庫橋接類實例指針：用于保存橋接類的實例。

回調(diào)方法指針：用于保存C++插件庫發(fā)起對JavaScript調(diào)用的入口方法。

注冊回調(diào)指針方法：用于系統(tǒng)向插件庫中進行回調(diào)方法的注冊。

刪除回調(diào)指針方法：用于系統(tǒng)移出插件庫中的回調(diào)方法。

調(diào)用方法：用于系統(tǒng)發(fā)起對C++插件庫的調(diào)用。

每當(dāng)應(yīng)用使用JavaScript 發(fā)起加載一個C++插件庫的請求時，系統(tǒng)為該插件庫動態(tài)生成插件模塊進行保存；當(dāng)JavaScript 進行C++插件庫功能調(diào)用時，插件庫模塊管理器將通過C++插件庫的句柄進行方法調(diào)用；若C++插件庫需要進行回調(diào)，需要JavaScript 首先向插件庫中注冊回調(diào)方法指針進行保存，插件庫通過插件模塊中保存的回調(diào)方法指針進行回調(diào)。

1.3 插件庫對象管理器

每個應(yīng)用將獨立擁有一個專屬于自己的插件庫對象管理器，插件庫對象管理器向應(yīng)用提供用于與C++插件庫進行交互的系統(tǒng)接口，這些接口主要包括：

C++插件庫初始化接口（init）：用于動態(tài)加載指定C++插件庫，創(chuàng)建該庫的模塊實例；

C++插件庫調(diào)用接口（exec）：用于調(diào)用C++插件庫中的指定功能；

注冊回調(diào)方法接口（addListener）：用于注冊接收并處理C++插件庫回調(diào)事件的方法；

移除回調(diào)方法接口（removeListener）：用于停止接收C++插件庫中的回調(diào)事件；

檢測庫是否加載接口（isloadedlibrary）：用于檢測某指定C++插件庫是否被成功加載；

卸載C++插件庫接口（unloadlibrary）：用于卸載指定的C++插件庫。

1.4 應(yīng)用與C++插件庫的交互調(diào)用

C++適配層通過拓展系統(tǒng)JavaScript 接口向應(yīng)用提供與C++插件庫的交互調(diào)用功能。

首先應(yīng)用通過初始化接口（init）加載指定路徑的C++插件庫，并為該C++插件庫指定一個惟一的標示符；再通過調(diào)用接口（exec）指定操作字段，調(diào)用C++插件庫的指定功能；應(yīng)用注冊回調(diào)事件處理方法（addListener），用于接收處理C++插件庫的回調(diào)事件，回調(diào)事件中包括用于標示每個回調(diào)的惟一ID，以及傳遞的參數(shù)，回調(diào)事件處理方法通過識別不同的回調(diào)ID來進行不同的處理；當(dāng)應(yīng)用與C++插件庫的交互調(diào)用結(jié)束時，通過調(diào)用移除回調(diào)方法接口（removeListener）結(jié)束對C++插件庫回調(diào)的監(jiān)聽，并最后通過調(diào)用卸載庫接口卸載指定C++插件庫。應(yīng)用與C++插件庫的交互流程圖如圖2所示。

圖2 應(yīng)用與C++插件庫交互調(diào)用流程圖

2 應(yīng)用C++/JavaScript混合開發(fā)實現(xiàn)

在銀河銳華終端操作系統(tǒng)中增加C++適配層框架后，便能夠?qū)︺y河銳華終端操作系統(tǒng)應(yīng)用進行C++/JavaScript 開發(fā)。本章節(jié)將使用該模式進行一個簡單加減法計算應(yīng)用的開發(fā)，其中加減法的運算邏輯功能在C++插件庫中設(shè)置，而應(yīng)用通過JavaScript使用系統(tǒng)接口實現(xiàn)對C++插件庫的功能調(diào)用。

2.1 C++插件庫的實現(xiàn)

應(yīng)用通過繼承C++適配層提供的基類按照功能需求實現(xiàn)自己的C++插件庫。該插件類的實現(xiàn)關(guān)鍵在于對方法Execute的重載實現(xiàn)，該方法的核心在于通過對指令參數(shù)的解析來選擇需要執(zhí)行的處理流程，并解析傳入?yún)?shù)進行相應(yīng)的處理。

在該實現(xiàn)過程中，使用“ADD”、“MIN 作為操作指令，并將參數(shù)列表按照JSON 格式進行解析；在進行相應(yīng)的功能操作后將結(jié)果同樣進行JSON封裝后返回。

Calculator.h實現(xiàn)的偽代碼如“代碼1”所示。

2.2 應(yīng)用與C++插件庫交互調(diào)用的實現(xiàn)

應(yīng)用通過插件庫對象管理器加載C++插件庫，并對C++插件庫進行調(diào)用，添加回調(diào)監(jiān)聽器來監(jiān)聽并處理C++插件庫中的回調(diào)事件。

一個簡單的對上述加、減運算C++插件庫的交互JavaScript 示例如代碼3 所示。首先應(yīng)用需要實例化一個插件庫對象管理器，并調(diào)用初始化接口對C++插件庫進行初始化；然后通過注冊回調(diào)方法接口注冊一個回調(diào)方法；最后將參數(shù)進行JSON 格式封裝后通過C++插件庫調(diào)用接口進行具體功能的調(diào)用。

3 結(jié)束語

基于銀河銳華終端操作系統(tǒng)的C++適配層通過擴展系統(tǒng)框架與系統(tǒng)接口，實現(xiàn)JavaScript與C++的交互調(diào)用，從而使銀河銳華終端操作系統(tǒng)應(yīng)用的開發(fā)能夠使用C++/JavaScript 混合進行。這就使銀河銳華終端操作系統(tǒng)應(yīng)用的開發(fā)更加靈活與便捷；也使更多的Android 應(yīng)用能夠更方便地移植到銀河銳華終端操作系統(tǒng)上。這無疑能大大加快專用領(lǐng)域的移動操作系統(tǒng)國產(chǎn)化進程。