【OpenHarmony】MSDP设备状态感知模块架构

MSDP设备状态感知模块架构

1. 模块概述

MSDP设备状态感知框架能够识别出目前设备的状态并传递给订阅者，整个框架是基于MSDP算法库和系统SensorHDI组件组成的，将其接收到的感知事件传递给订阅者。

源码：https://gitee.com/openharmony/msdp_device_status

1.1 功能与目标

主要功能：

• 绝对静止感知：利用加速度、陀螺仪等传感器信息识别设备处于绝对静止状态
• 水平/垂直姿态感知：基于传感器数据识别设备的水平或垂直姿态
• 皮套开合事件感知：基于霍尔传感器识别皮套的开合状态
• 拖拽交互管理：提供跨设备拖拽和协作功能
• 运动状态感知：支持多种运动场景的状态识别
• 屏幕协作：支持多设备间的屏幕协作和鼠标指针跨屏移动

目标：

• 为OpenHarmony系统提供智能设备状态感知能力
• 支持多模态交互和跨设备协作
• 提供高精度的传感器数据处理和状态识别
• 实现流畅的用户交互体验

使用场景：

• 智能设备状态监控和自动调节
• 跨设备拖拽和文件传输
• 多设备协作办公
• 运动健康监测
• 智能家居控制

1.2 系统位置

MSDP设备状态感知模块是OpenHarmonyOS系统中的核心感知服务模块，属于MSDP（Multi-Sensor Data Processing）子系统的重要组成部分。

系统位置：

• 位于系统服务层，为上层应用提供设备状态感知能力
• 作为MSDP子系统的核心模块，负责多传感器数据处理
• 与传感器管理、输入管理、窗口管理等系统模块紧密协作

模块关系：

• 依赖传感器管理模块获取传感器数据
• 依赖输入管理模块处理用户交互
• 依赖窗口管理模块实现跨屏协作
• 为上层应用框架提供设备状态感知接口

1.3 设计思路与模式

设计思路：

• 采用分层架构设计，将算法层、服务层、接口层分离
• 基于MSDP算法库实现高精度传感器数据处理
• 支持多种设备状态类型的统一管理和扩展
• 实现异步事件驱动和回调机制

设计模式：

• 单例模式：DeviceStatusClient、StationaryManager等核心管理器采用单例模式
• 观察者模式：设备状态变化通过回调机制通知订阅者
• 策略模式：不同设备状态类型采用不同的算法策略
• 代理模式：通过代理对象封装远程服务调用
• 工厂模式：算法管理器和数据管理器的创建

2. 模块结构

2.1 源文件与头文件

主要头文件：

• devicestatus_client.h - 设备状态客户端接口
• stationary_manager.h - 静止状态管理器
• stationary_data.h - 设备状态数据结构定义
• interaction_manager.h - 交互管理器
• drag_data.h - 拖拽数据结构
• i_devicestatus.h - 设备状态服务接口
• devicestatus_service.h - 设备状态服务实现
• devicestatus_manager.h - 设备状态管理器

主要源文件：

• devicestatus_service.cpp - 设备状态服务实现
• devicestatus_manager.cpp - 设备状态管理器实现
• drag_manager.cpp - 拖拽管理器实现
• algo_absolute_still.cpp - 绝对静止算法实现
• algo_horizontal.cpp - 水平姿态算法实现
• algo_vertical.cpp - 垂直姿态算法实现
• sensor_data_callback.cpp - 传感器数据回调处理

2.2 类、结构体、函数与方法

核心类：

DeviceStatusService类

class DeviceStatusService final : public IContext,public StreamServer,public SystemAbility,public DeviceStatusSrvStub {
public:void OnStart() override;void OnStop() override;void Subscribe(Type type, ActivityEvent event, ReportLatencyNs latency,sptr<IRemoteDevStaCallback> callback) override;void Unsubscribe(Type type, ActivityEvent event, sptr<IRemoteDevStaCallback> callback) override;Data GetCache(const Type &type) override;int32_t AllocSocketFd(const std::string &programName, int32_t moduleType,int32_t &socketFd, int32_t &tokenType) override;
private:std::shared_ptr<DeviceStatusManager> devicestatusManager_;DragManager dragMgr_;SocketSessionManager socketSessionMgr_;std::unique_ptr<IDDMAdapter> ddm_;std::unique_ptr<IInputAdapter> input_;
};

DeviceStatusManager类

class DeviceStatusManager {
public:bool Init();bool Enable(Type type);bool Disable(Type type);void Subscribe(Type type, ActivityEvent event, ReportLatencyNs latency, sptr<IRemoteDevStaCallback> callback);void Unsubscribe(Type type, ActivityEvent event, sptr<IRemoteDevStaCallback> callback);Data GetLatestDeviceStatusData(Type type);int32_t NotifyDeviceStatusChange(const Data &devicestatusData);int32_t LoadAlgorithm();int32_t UnloadAlgorithm();
private:std::shared_ptr<DeviceStatusMsdpClientImpl> msdpImpl_;std::map<Type, OnChangedValue> msdpData_;std::map<Type, std::set<const sptr<IRemoteDevStaCallback>, classcomp>> listeners_;
};

StationaryManager类

class StationaryManager {
public:static StationaryManager& GetInstance();int32_t SubscribeCallback(Type type, ActivityEvent event, ReportLatencyNs latency,sptr<IRemoteDevStaCallback> callback);int32_t UnsubscribeCallback(Type type, ActivityEvent event, sptr<IRemoteDevStaCallback> callback);Data GetDeviceStatusData(const Type type);int32_t GetDevicePostureDataSync(DevicePostureData &data);
private:DISALLOW_COPY_AND_MOVE(StationaryManager);
};

InteractionManager类

class InteractionManager {
public:static std::shared_ptr<InteractionManager> GetInstance();int32_t RegisterCoordinationListener(std::shared_ptr<ICoordinationListener> listener);int32_t UnregisterCoordinationListener(std::shared_ptr<ICoordinationListener> listener);int32_t StartDrag(const DragData &dragData, std::shared_ptr<IStartDragListener> listener);int32_t StopDrag(const DragDropResult &dropResult);int32_t UpdateDragStyle(DragCursorStyle style, int32_t eventId = -1);int32_t SetDragWindowVisible(bool visible, bool isForce = false);int32_t GetDragData(DragData &dragData);
private:static std::shared_ptr<InteractionManager> instance_;static std::mutex mutex_;
};

核心结构体：

Data结构体

struct Data {Type type { TYPE_INVALID };           // 设备状态类型OnChangedValue value { VALUE_INVALID }; // 状态值Status status { STATUS_INVALID };     // 状态Action action { ACTION_INVALID };     // 动作double movement { 0.0 };              // 运动量bool operator !=(const Data &r) const;
};

DevicePostureData结构体

struct DevicePostureData {float rollRad = 0.0F;    // 横滚角（弧度）float pitchRad = 0.0F;   // 俯仰角（弧度）float yawRad = 0.0F;     // 偏航角（弧度）
};

DragData结构体

struct DragData {std::string extraInfo;           // 额外信息std::string summary;             // 数据摘要int32_t dragNum;                // 拖拽编号uint64_t displayId;             // 显示IDMMI::PointerEvent::SourceType sourceType; // 输入源类型std::map<std::string, int64_t> summarys; // 详细摘要
};

算法基类：

AlgoBase类

class AlgoBase {
public:virtual bool Init(Type type) = 0;virtual bool StartAlgorithm(int32_t sensorTypeId, AccelData* sensorData) = 0;virtual void ExecuteOperation() = 0;void RegisterCallback(const std::shared_ptr<IMsdp::MsdpAlgoCallback> callback);void UpdateStateAndReport(OnChangedValue value, int32_t state, Type type);
protected:bool SetData(int32_t sensorTypeId, AccelData* sensorData);void Unsubscribe(int32_t sensorTypeId);
private:std::shared_ptr<IMsdp::MsdpAlgoCallback> callback_;SensorCallback algoCallback_;AlgoPara algoPara_;int32_t state_ { UNSTILL };int32_t counter_ { COUNTER_THRESHOLD };Data reportInfo_;
};

2.3 继承与多态

继承关系：

• DeviceStatusService 继承自 SystemAbility 和 DeviceStatusSrvStub
• AlgoAbsoluteStill、AlgoHorizontal、AlgoVertical 继承自 AlgoBase
• 各种回调类继承自相应的接口基类

多态设计：

• 通过算法基类实现不同状态识别算法的统一管理
• 回调机制支持多种事件类型的统一处理
• 策略模式实现不同设备状态类型的动态切换

3. 模块间交互

3.1 交互描述

与系统模块的交互：

• 传感器管理：通过Sensor HDI获取加速度、陀螺仪、霍尔传感器数据
• 输入管理：通过InputManager处理鼠标、触摸等输入事件
• 窗口管理：通过WindowManager实现跨屏协作和窗口管理
• 设备管理：通过DeviceManager管理多设备连接
• 权限管理：通过AccessToken验证应用权限

外部库依赖：

• MSDP算法库：核心传感器数据处理算法
• 系统服务：SAMGR、SAFWK等系统框架
• 第三方库：cJSON、OpenSSL、jsoncpp等

异步处理机制：

• 使用epoll机制处理异步事件
• 通过回调机制处理传感器数据
• 支持多线程并发处理多个状态识别任务

3.2 事件驱动机制

事件类型：

• 传感器数据变化事件
• 设备状态变化事件
• 拖拽交互事件
• 跨设备协作事件
• 窗口状态变化事件

事件处理流程：

1. 注册事件监听器
2. 接收传感器或系统事件
3. 算法处理和数据融合
4. 状态判断和更新
5. 通知相关回调

4. 状态机转换图

4.1 状态机模型

设备状态感知模块的状态机包含以下主要状态：

服务状态：

• STATE_NOT_START - 服务未启动
• STATE_RUNNING - 服务运行中
• STATE_EXIT - 服务退出

设备状态：

• TYPE_ABSOLUTE_STILL - 绝对静止
• TYPE_HORIZONTAL_POSITION - 水平姿态
• TYPE_VERTICAL_POSITION - 垂直姿态
• TYPE_STILL - 静止状态
• TYPE_RELATIVE_STILL - 相对静止
• TYPE_CAR_BLUETOOTH - 车载蓝牙
• TYPE_LID_OPEN - 皮套开启

拖拽状态：

• DragState::STOP - 停止状态
• DragState::START - 开始状态
• DragState::MOTION_DRAGGING - 拖拽中
• DragState::FINISH - 完成状态

4.2 状态切换规则

服务启动流程：

1. 系统启动时，服务处于STATE_NOT_START状态
2. 收到启动事件后，进入STATE_RUNNING状态
3. 初始化各个子模块和算法管理器
4. 注册到系统能力管理器

设备状态转换：

1. 传感器数据输入触发算法处理
2. 算法判断设备状态类型
3. 状态变化时触发回调通知
4. 更新内部状态缓存

拖拽状态转换：

1. 收到拖拽开始事件，进入START状态
2. 拖拽过程中，进入MOTION_DRAGGING状态
3. 拖拽结束，进入FINISH状态
4. 清理资源后，回到STOP状态

事件触发条件：

• 传感器数据变化
• 用户交互事件
• 跨设备连接状态变化
• 窗口状态变化
• 系统配置更新

5. 接口设计

5.1 公共接口

设备状态管理接口：

订阅设备状态变化

int32_t SubscribeCallback(Type type, ActivityEvent event, ReportLatencyNs latency,sptr<IRemoteDevStaCallback> callback);

• 功能：订阅指定类型的设备状态变化
• 参数：
  • type - 设备状态类型
  • event - 事件类型（进入、退出、进入退出）
  • latency - 报告延迟
  • callback - 回调接口
• 返回值：操作结果码
• 异常处理：参数无效时返回错误码

取消订阅

int32_t UnsubscribeCallback(Type type, ActivityEvent event, sptr<IRemoteDevStaCallback> callback);

• 功能：取消设备状态变化订阅
• 参数：与订阅接口相同
• 返回值：操作结果码

获取设备状态数据

Data GetDeviceStatusData(const Type type);

• 功能：获取指定类型的设备状态数据
• 参数：type - 设备状态类型
• 返回值：设备状态数据

拖拽交互接口：

开始拖拽

int32_t StartDrag(const DragData &dragData, std::shared_ptr<IStartDragListener> listener);

• 功能：开始拖拽操作
• 参数：
  • dragData - 拖拽数据
  • listener - 拖拽监听器
• 返回值：操作结果码

停止拖拽

int32_t StopDrag(const DragDropResult &dropResult);

• 功能：停止拖拽操作
• 参数：dropResult - 拖拽结果
• 返回值：操作结果码

更新拖拽样式

int32_t UpdateDragStyle(DragCursorStyle style, int32_t eventId = -1);

• 功能：更新拖拽时的鼠标样式
• 参数：
  • style - 鼠标样式
  • eventId - 事件ID
• 返回值：操作结果码

跨设备协作接口：

注册协作监听器

int32_t RegisterCoordinationListener(std::shared_ptr<ICoordinationListener> listener);

• 功能：注册跨设备协作监听器
• 参数：listener - 协作监听器
• 返回值：操作结果码

激活协作

int32_t ActivateCoordination(const std::string &remoteNetworkId, int32_t startDeviceId,std::function<void(const std::string&, const CoordinationMsgInfo&)> callback);

• 功能：激活跨设备协作
• 参数：
  • remoteNetworkId - 远程设备网络ID
  • startDeviceId - 起始设备ID
  • callback - 结果回调
• 返回值：操作结果码

5.2 数据交换接口

设备状态数据结构：

enum Type {TYPE_INVALID = -1,TYPE_ABSOLUTE_STILL,      // 绝对静止TYPE_HORIZONTAL_POSITION, // 水平姿态TYPE_VERTICAL_POSITION,   // 垂直姿态TYPE_STILL,               // 静止TYPE_RELATIVE_STILL,      // 相对静止TYPE_CAR_BLUETOOTH,       // 车载蓝牙TYPE_LID_OPEN,            // 皮套开启TYPE_MAX
};enum ActivityEvent {EVENT_INVALID = 0,ENTER = 1,        // 进入状态EXIT = 2,         // 退出状态ENTER_EXIT = 3    // 进入退出
};enum ReportLatencyNs {Latency_INVALID = -1,SHORT = 1,        // 短延迟MIDDLE = 2,       // 中等延迟LONG = 3          // 长延迟
};

拖拽数据结构：

enum DragState {STOP = 0,           // 停止START = 1,          // 开始MOTION_DRAGGING = 2, // 拖拽中FINISH = 3          // 完成
};enum DragCursorStyle {DEFAULT = 0,        // 默认样式CROSSHAIR = 1,      // 十字线HAND = 2,           // 手型FORBIDDEN = 3       // 禁止
};

回调接口定义：

class IRemoteDevStaCallback : public IRemoteBroker {
public:virtual void OnDeviceStatusChanged(const Data& data) = 0;DECLARE_INTERFACE_DESCRIPTOR(u"ohos.msdp.IRemoteDevStaCallback");
};class IStartDragListener {
public:virtual void OnDragStart() = 0;virtual void OnDragEnd(int32_t result) = 0;virtual void OnDragMove(float deltaX, float deltaY) = 0;
};

6. 系统架构图

6.1 整体系统架构

6.2 模块内部架构

6.3 类关系图

6.4 状态机转换图

6.5 接口调用时序图

7. 总结

MSDP设备状态感知模块是OpenHarmony系统中的核心感知服务，采用分层架构设计，支持多种设备状态识别和跨设备交互功能。模块通过MSDP算法库实现高精度传感器数据处理，为上层应用提供智能设备状态感知能力。

主要特点：

1. 多传感器融合：支持加速度、陀螺仪、霍尔等多种传感器
2. 智能状态识别：基于算法库实现高精度状态识别
3. 跨设备协作：支持多设备间的拖拽和协作功能
4. 异步事件驱动：基于epoll的异步事件处理机制
5. 模块化设计：清晰的分层架构，易于维护和扩展

技术亮点：

• 采用单例模式管理核心组件
• 通过观察者模式实现事件通知
• 使用策略模式支持多种算法
• 基于代理模式封装远程调用
• 完善的错误处理和异常管理机制

应用场景：

• 智能设备状态监控
• 跨设备文件传输
• 多设备协作办公
• 运动健康监测
• 智能家居控制