三方库移植之NAPI开发[1]—Hello OpenHarmony NAPI

本文通过一个Hello OpenHarmony NAPI样例讲述了NPAI接口开发基础知识。开发基于最新的OpenHarmony3.2Beta3版本及其对应SDK。标准系统开发板为润和软件dayu200。

将C/C++ 三方库移植到OpenHarmony标准系统后，需要通过NAPI框架将其C/C++ 接口转换成JS/ETS接口给应用层调用。

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通过本文您将熟悉：

• 如何注册NAPI模块及接口。
• 如何在ArkUI eTS代码中调用扩展的NAPI接口。
• full-SDK的替换。

什么是NAPI

• NAPI（Native API）组件是一套对外接口基于Node.js N-API规范开发的原生模块扩展开发框架。

::: hljs-center

NAPI组件架构图

:::

• OpenHarmony 标准系统应用开发基于ArkUI框架，开发语言使用JS/eTS。部分业务场景依赖使用现有的C/C++ 库，或为了获取更高的性能。OpenHarmony提供NAPI机制，用于规范封装IO、CPU密集型、OS底层等能力并对外暴露JS接口，通过NAPI实现JS和C/C++代码的互相访问.

  • 例如： 钟禄平和林嘉诚老师在如何在OpenHarmony上使用SeetaFace2人脸识别库？一文中，重点讲解了NAPI接口如何实现OpenCV以及SeetaFace的调用。一句话概括就是，钟禄平和林嘉诚老师讲述了移植了三方库后通过NAPI将库的C/C++接口变成JS/ETS接口给应用层调用。

• OpenHarmony 中的 N-API 定义了由 JS/ETS 语言编写的代码和 native 代码（使用 C/C++ 编写）交互的方式，由 Node.js N-API 框架扩展而来。

  • N-API：Native Application Programming Interface（本地应用程序接接口）
  • 什么是Node.js N-API 框架
    Node.js N-API为开发者提供了一套C/C++ API用于开发Node.js的Native扩展模块。从Node.js 8.0.0开始，N-API以实验性特性作为Node.js本身的一部分被引入，并且从Node.js 10.0.0开始正式全面支持N-API。

添加OpenHarmony自定义子系统、组件、模块

• 这部分内容涉及三方库移植，为便于本篇NAPI基础的学习。笔者在此自定义一个子系统用于开发NAPI。如在已存在的子系统组件中添加扩展NAPI，则跳过此步。

• 需要准备好OpenHarmonyBeta3源码和编译环境

  • 笔者的编译环境为WSL2+Ubuntu18.04+vscode,搭建笔者一样的编译环境搭建可以参考 https://ost.51cto.com/posts/1...

添加子系统、组件

直接在OpenHarmony源码根目录创建子系统文件夹，取名mysubsys。并在目录下添加子系统的构建配置文件ohos.build
完整内容如下：

{
  "subsystem": "mysubsys",
  "parts": {
    "hello": {
      "module_list": [
        "//mysubsys/hello/hellonapi:hellonapi"
      ],
      "inner_kits": [
      ],
      "system_kits": [
      ],
      "test_list": [
      ]
    }
  }
}

• 另外ohos.build里面不支持加注释，后面编译的时候会莫名其妙报错。别问，问就是笔者踩过坑了。（好像也没必要加注释）
  
  需要明白以下知识点：

  "subsystem": "mysubsys",

• subsystem后面的mysubsy是子系统的名称。

  "parts": {
    "hello": {
   }
  }

• hello是组件名称，被mysubsys子系统包含

  "module_list": [
        "//mysubsys/hello/hellonapi:hellonapi"

• hellonapi是模块名，被hello组件包含。

接着将子系统配置到源码下build\subsystem_config.json文件，在该文件中插入如下内容。

  "mysubsys": {
    "project": "hmf/mysubsys",
    "path": "mysubsys",
    "name": "mysubsys",
    "dir": ""
  }

• OpenHarmony系统架构中，子系统是一个逻辑概念，它具体由对应的组件构成。组件是对子系统的进一步拆分，可复用的软件单元，它包含源码、配置文件、资源文件和编译脚本；能独立构建，以二进制方式集成，具备独立验证能力的二进制单元。

本示例按子系统system > 组件part > 组件module 创建了3级目录

mysubsys                    -- 子系统目录
├── hello                   -- 组件目录
│   └── hellonapi           
│       ├── BUILD.gn        -- 组件module目录 
│       └── hellonapi.cpp   
└── ohos.build

源码实现

最后在组件目录下中创建代码文件hellonapi.cpp

完整内容如下：

#include 
#include "napi/native_node_api.h"
#include "napi/native_api.h"


// 接口业务实现C/C++代码
// std::string 需要引入string头文件，#include 
// 该napi_module对外具体的提供的API接口是 getHelloString
static napi_value getHelloString(napi_env env, napi_callback_info info) {
  napi_value result;
  std::string words = "Hello OpenHarmony NAPI";
  NAPI_CALL(env, napi_create_string_utf8(env, words.c_str(), words.length(), &result));
  return result;
}


// 注册对外接口的处理函数napi_addon_register_func
// 2.指定NAPI模块注册对外接口的处理函数，具体扩展的接口在该函数中声明
// 模块对外接口注册函数为registerFunc
static napi_value registerFunc(napi_env env, napi_value exports)
{
    static napi_property_descriptor desc[] = {

        // 声明该napi_module对外具体的提供的API为getHelloString
        DECLARE_NAPI_FUNCTION("getHelloString", getHelloString),

    };
    NAPI_CALL(env, napi_define_properties(env, exports, sizeof(desc) / sizeof(desc[0]), desc));
    return exports;
}


// 注册NAPI模块
// 1.先定义NAPI模块，指定当前NAPI模块对应的模块名
// 以及模块注册对外接口的处理函数，具体扩展的接口在该函数中声明
// nm_modname: NAPI模块名称，对应eTS代码为import nm_modname from '@ohos.ohos_shared_library_name'
// 示例对应hap应用中eTS代码需要包含import hellonapi from '@ohos.hellonapi'
// 以下的出现的hellonapi都为注册的NAPI模块名
static napi_module hellonapiModule = {
    .nm_version = 1,
    .nm_flags = 0,
    .nm_filename = nullptr,

    // registerFunc是NAPI模块对外接口注册函数
    .nm_register_func = registerFunc, 

    .nm_modname = "hellonapi",  
    .nm_priv = ((void*)0),
    .reserved = { 0 },
};


// 3.NAPI模块定义好后，调用NAPI提供的模块注册函数napi_module_register(napi_module* mod)函数注册到系统中。
// register module，设备启动时自动调用此constructor函数，把定义的模块注册到OpenHarmony中。
// 以下出现的hellonapi都是注册的NAPI模块名
extern "C" __attribute__((constructor)) void hellonapiModuleRegister()
{
    // napi_module_register是ohos的NAPI组件提供的模块注册函数
    napi_module_register(&hellonapiModule);
}

代码解析如下：

接口业务实现C/C++代码

// 接口业务实现C/C++代码
// std::string 需要引入string头文件，#include 
// 该napi_module对外具体的提供的API接口是 getHelloString
static napi_value getHelloString(napi_env env, napi_callback_info info) {
  napi_value result;
  std::string words = "Hello OpenHarmony NAPI";
  NAPI_CALL(env, napi_create_string_utf8(env, words.c_str(), words.length(), &result));
  return result;
}

添加NAPI接口头文件

NAPI提供了提供了一系列接口函数，声明包含如下2个头文件中，先添加这2个头文件到hellonapi.cpp

#include "napi/native_api.h"
#include "napi/native_node_api.h"

• native_api.h和native_node_api.h这两个头文件

  • 在OpenHarmony3.1release源码中在//foundation/ace/napi/interfaces/kits目录下
  • 在OpenHarmony3.2beta3源码中分别在//foundation/arkui/napi/interfaces/kits和//foundation/arkui/napi/interfaces/inner_api目录下了。

注册NAPI模块、添加接口声明

定义的hellonapi模块，其对应结构体为napi_module。

• 指定当前NAPI模块对应的模块名
• 模块注册对外接口的处理函数，具体扩展的接口在该函数中声明。

// 注册对外接口的处理函数napi_addon_register_func
// 2.指定NAPI模块注册对外接口的处理函数，具体扩展的接口在该函数中声明
// 模块对外接口注册函数为registerFunc
static napi_value registerFunc(napi_env env, napi_value exports)
{
    static napi_property_descriptor desc[] = {

        // 声明该napi_module对外具体的提供的API为getHelloString
        DECLARE_NAPI_FUNCTION("getHelloString", getHelloString),

    };
    NAPI_CALL(env, napi_define_properties(env, exports, sizeof(desc) / sizeof(desc[0]), desc));
    return exports;
}


// 注册NAPI模块
// 1.先定义NAPI模块，指定当前NAPI模块对应的模块名
// 以及模块注册对外接口的处理函数，具体扩展的接口在该函数中声明
// nm_modname: NAPI模块名称，对应eTS代码为import nm_modname from '@ohos.ohos_shared_library_name'
// 示例对应hap应用中eTS代码需要包含import hellonapi from '@ohos.hellonapi'
// 以下的出现的hellonapi都为注册的NAPI模块名
static napi_module hellonapiModule = {
    .nm_version = 1,
    .nm_flags = 0,
    .nm_filename = nullptr,

    // registerFunc是该自定义的NAPI模块对外接口注册函数
    .nm_register_func = registerFunc, 

    .nm_modname = "hellonapi",  
    .nm_priv = ((void*)0),
    .reserved = { 0 },
};


// 3.NAPI模块定义好后，调用ohos的NAPI组件提供的模块注册函数napi_module_register(napi_module* mod)函数注册到系统中。
// register module，设备启动时自动调用constructor函数，把定义的模块注册到OpenHarmony中。
// 以下出现的hellonapi都是注册的NAPI模块名
extern "C" __attribute__((constructor)) void hellonapiModuleRegister()
{
    // napi_module_register(napi_module* mod)是ohos的NAPI组件提供的模块注册函数
    napi_module_register(&hellonapiModule);
}

• napi_module_register(napi_module* mod)是ohos的NAPI组件提供的模块注册函数。

  • 该函数在源码目录下foundation/arkui/napi/native_engine/native_node.cpp

注册NAPI模块总结

自定义子系统构建

hellonapi编译gn化,新增gn工程构建脚本。

在模块hellonapi目录下新建BUILD.gn文件，内容如下：

gn文件支持注释，以#开头

import("//build/ohos.gni")

#ohos_shared_library（）中的hellonapi决定了生成动态库的名称，增量编译阶段生成动态库libhellonapi.z.so 

ohos_shared_library("hellonapi") {   

   include_dirs = [

   #NAPI头文件目录
   "//foundation/arkui/napi/interfaces/kits", 
   "//foundation/arkui/napi/interfaces/inner_api", 

   #根据增量编译阶段报错添加的头文件目录
   "//third_party/node/src"                       
  ]

   #根据增量编译时clang编译器报警，添加的cflag
  cflags_cc = [ 
   #编译时报错提示"-Werror"，则加上"-Wno-error"
          "-Wno-error", 
   #编译时报错提示"-Wunused-function"，则加上"-Wno-unused-function"
          "-Wno-unused-function", 
  ]
   
  #编译需要的源文件
  sources = [
    "hellonapi.cpp"
  ]

  #指定编译依赖libace_napi.z.so动态库
  deps = [ "//foundation/arkui/napi:ace_napi" ] 

  #指定库生成的路径
  #libhellonapi.z.so会安装在rk3568开发板的system/lib/module目录下
  relative_install_dir = "module"
  
  #子系统名称是mysubsys
  subsystem_name = "mysubsys"
  
  #组件名称是hello
  part_name = "hello"
}

修改产品配置

将组件添加到需要的产品配置文件,源码目录下的productdefine/common/products/ohos-arm64.json。

• 插入位置任意，但要注意行尾的逗号，确保格式json文件格式正确。

  "parts":{
    ...
    "mysubsys:hello":{},
    ...
  }

• mysubsys是本示例自定义的子系统名称
• hello是自定义子系统下的组件名称

• parts格式如下：

    "parts":{
        "部件所属子系统名:部件名":{}
    }

修改build/subsystem_config.json

新增子系统定义。

• subsystem_config.json文件定义了有哪些子系统以及这些子系统所在文件夹路径，添加子系统时需要说明子系统path与name，分别表示子系统路径和子系统名。

注意json文件也不支持注释！！！

  "mysubsys": {
    "project": "hmf/mysubsys",
    "path": "mysubsys",
    "name": "mysubsys"
}

• "path": "mysubsys",表示子系统路径
• "name": "mysubsys"表示子系统名称

修改vendor/hihope/rk3568/config.json文件

将mysubsys子系统添加至rk3568开发板，在vendor目录下新增产品的定义。

    {
      "subsystem": "mysubsys",
      "components": [
        {
          "component": "hello",
          "features": []
        }
      ]
    }

• "subsystem": "mysubsys",表示添加的子系统是mysubsys
• "component": "hello",表示添加的子系统中包含的组件名称是hello

编译烧录

关于这部分的内容可以参考笔者三方库移植系列文章 https://ost.51cto.com/posts/1...

先进行增量编译出子系统的动态库，增量编译没有报错后。再全量编译出镜像，将其烧录到开发板上。

• 增量编译命令

   ./build.sh --product-name rk3568 --ccache --build-target=hellonapi --target-cpu arm64

• 全量编译和烧录
  这部分的内容不重复叙述，大家可以参考社区文章 https://ost.51cto.com/posts/1...
  镜像文件在源码目录下位置如下：
  

调用接口

full-SDK替换（可选）

从OpenHarmony 3.2 Beta2起，SDK会同时提供Public SDK和Full SDK。通过DevEco Studio默认获取的SDK为Public SDK。
两者差异如下：

• Public SDK

  • 面向应用开发者提供，不包含需要使用系统权限的系统接口。通过DevEco Studio默认获取的SDK为Public SDK。

• Full SDK

  • 面向OEM厂商提供，包含了需要使用系统权限的系统接口。使用Full SDK时需要手动从镜像站点获取，并在DevEco Studio中替换

笔者使用的DevEco Studio版本为3.0.0.993，即DevEco Studio 3.0。API为API9。

full-SDK替换请参考官方文档： full-SDK替换指南

若提示找不到npm，需要配置一下环境变量，将以下路径添加到环境变量中即可

D:\DevEco Studio\ohos\sdk\ets\build-tools\ets-loader

创建OpenHarmony标准应用

新建项目，选择OpenHarmony。

compile sdk选择9，其他保持默认即可。

插一句题外话，3.1release版本发布的时候。华为是把DevEco Studio分成了OpenHarmony和HarmonyOS两个版本的，现在又合并到一起了。感兴趣的读者可以查阅笔者文章 https://ost.51cto.com/posts/1...

调用接口

第一步：调用方式和ArkUI框架提供的API一样，先import引入扩展的NAPI模块，后直接调用。

index.ets内容如下：

import prompt from '@system.prompt'

// 引入扩展的NAPI模块 
// 在hellonapi.cpp文件中定义nm_modname（模块名称）为hellonapi
// 在BUILD.gn文件中定义ohos_shared_library结构体名称为hellonapi
// 所以是import hellonapi from '@ohos.hellonapi'
import hellonapi from '@ohos.hellonapi'


@Entry
@Component
struct HelloNAPI {
  build() {
    Flex({ direction: FlexDirection.Column, alignItems: ItemAlign.Center, justifyContent: FlexAlign.Center }) {
      Button("NAPI: hellonapi.getHelloString()").margin(10).fontSize(24).onClick(() => {

        // hellonapi.cpp对外具体的提供的API是getHelloString
        let strFromNAPI = hellonapi.getHelloString()

        prompt.showToast({ message: strFromNAPI })
      })
    }
    .width('100%')
    .height('100%')
  }
}

第二步（可选）：参考其他模块的.d.ts创建扩展模块@ohos.hellonapi.d.ts定义文件，放到IDE安装OpenHarmony SDK的目录路径ohos\sdk\ets\3.2.7.5\api下。

• .d.ts文件的命名为@ohos.ohos_shared_library_name.d.ts，ohos_shared_library为BUID.gn文件中定义的动态库名称

@ohos.hellonapi.d.ts内容如下：

declare namespace hellonapi {
    function getHelloString(): string;
    /**
     * 
     *
     * @since 9
     * @syscap SystemCapability.Ability.AbilityRuntime.AbilityCore
     */

}
export default hellonapi;

• @since 9表示API的版本为9
• @syscap SystemCapability.Ability.AbilityRuntime.AbilityCore语句在.d.ts文件中一定要添加，否则IDE还是会报错找不到该文件。
• declare namespace hellonapi和export default hellonapi的hellonapi是BUILD.gn中的定义的ohos_shared_library_name。
• function getHelloString(): string;中的getHelloString()是hellonapi.cpp文件中指定的模块注册对外接口的处理函数

则IDE扫描如下：

标准应用编译不是强依赖OpenHarmony SDK，所以可忽略IDE中告警，直接编译打包hap。但是有的时候IDE会提示找不到@ohos.hellonapi.d.ts，然后有小概率的机会无法安装hap。这个时候就要参考ohos\sdk\ets\3.2.7.5\api下的.d.ts文件编写@ohos.hellonapi.d.ts了。
如果不新建@ohos.hellonapi.d.ts放在sdk\ets\3.2.7.5\api，则IDE会报错

第三步：选择自动签名

第四步：将应用安装到dayu200开发板上

运行效果如下：

知识点附送

Native API中支持的标准库

表1 OpenHarmony支持的标准库

名称	简介
标准C库	libc、libm、libdl组合实现C11标准C库。
标准C++库	libc++ 是C++标准库的一种实现。
OpenSL ES	OpenSL ES是一个嵌入式跨平台的音频处理库。
zlib	Zlib是基于C/C++语言实现的一个通用的数据压缩库。
EGL	EGL是渲染API与底层原生窗口系统之间的一种标准的软件接口。
OpenGL ES	OpenGL ES是一个嵌入式跨平台的为 3D 图形处理硬件指定标准的软件接口。

学习资料

OpenHarmony 源码解析之NAPI框架内部实现分析

编译时模块配置规则

编译时部件配置规则

编译时子系统配置规则

编译时产品配置规则