超级终端与图形渲染系统创新

本文将带你理解以人为中心的超级终端设计理念，以及 OpenHarmony 统一渲染架构相对于 AOSP 独立渲染的优势。

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1. 以人为中心的设计理念

HarmonyOS 的核心理念是以人为中心，将用户周边的多个智能设备抽象成一个"超级终端"，通过分布式软总线进行统一调度和管理。

用户体验层面 —— 如同使用一个超级设备：

• 手机拍照可以使用智能摄像头
• 手机播放视频可以投屏到电视
• 平板输入可以使用蓝牙键盘
• 手表查看导航可以显示在车机屏幕

应用开发者层面 —— 基于抽象的超级终端开发：

• 声明需要的能力（如摄像头、屏幕、GPS）
• 调用分布式 API
• 系统自动选择最佳的设备提供能力

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2. 虚拟资源与虚拟外设

图：虚拟资源与虚拟外设

2.1 分布式任务调度

分布式任务调度智能分配任务到最佳设备，考虑因素包括：

评估维度	说明
计算能力	选择算力匹配的设备执行任务
电量状态	避免在低电量设备执行重任务
网络状况	根据网络质量选择通信策略
用户偏好	尊重用户的设备使用习惯

2.2 安全与隐私保障

超级终端的安全架构包含多层保障：

安全层	功能
设备认证	确保只有可信设备加入超级终端
数据加密	端到端加密，防止数据泄露
权限管理	细粒度控制设备间的能力访问
隐私保护	敏感数据不离开本地设备

2.3 架构层级详解

分布式 API 层: 提供跨设备调用的统一接口

• 虚拟资源抽象（计算、存储、网络）
• 虚拟外设抽象（Camera、Display、Speaker 等）

安全与隐私层: 确保设备间通信的安全性

• 设备身份认证（基于分布式安全标识）
• 传输加密（TLS/DTLS）
• 访问权限验证

分布式任务调度: 智能分配任务到最佳设备

• 设备能力评估、负载均衡、故障转移

分布式数据管理: 实现数据的跨设备同步

• 分布式数据库、分布式文件系统、数据订阅与推送

分布式软总线: 底层的设备连接和通信基础设施

• 设备发现（CoAP/mDNS）、连接建立（TCP/UDP/BLE）、数据传输、QoS 保证

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3. 图形渲染系统创新

3.1 AOSP 图形架构局限

AOSP 采用应用独立渲染架构，存在以下问题：

1. 渲染进程无法获得其他应用渲染信息

   • 无法做应用间的"空间动效"
   • 应用窗口存在遮挡时会重复渲染

2. 受 HWC 层数限制

   • HWC（Hardware Composer）硬件合成器通常限制 ≤6 层
   • 无法很好支持 PC、车机、投屏等多窗口场景

3.2 OpenHarmony 统一渲染架构

OpenHarmony 摒弃了 AOSP 的多窗口独立渲染架构，采用业界领先的后端统一渲染架构：

图：后端统一渲染架构

3.3 DDGR 引擎 + Vulkan

OpenHarmony 的图形系统采用全新技术栈：

组件	说明
DDGR 引擎	全新 2D 渲染引擎，优化多线程渲染
Vulkan	低开销图形 API，充分发挥 GPU 算力
脏区域渲染	只渲染变化的区域，大幅减少 GPU 开销
Draw OP 合并	合并绘制操作，减少 GPU 状态切换

3.4 渲染管线流程

Render (渲染后端并行化)
    ↓
Dirty Regions (脏区域检测)
    ↓
Draw OP 合并 (绘制操作优化)
    ↓
DDGR Render Engine (高性能 2D 引擎)
    ↓
脏区域渲染优化 (减少不必要渲染)

3.5 性能对比数据

对比项	AOSP	OpenHarmony
渲染架构	应用独立渲染	后端统一渲染
跨应用动效	不支持	支持
窗口层数限制	HWC 限制（通常≤6层）	无限制
重复渲染问题	存在遮挡重复渲染	遮挡剔除算法优化
多屏多窗口	性能受限	GPU 算力充分发挥
渲染引擎	Skia	DDGR + Vulkan
适用场景	手机、平板	手机、平板、PC、车机、投屏

根据 OSDI'24 论文的性能测试：

指标	HongMeng 表现	对比 Linux
帧丢失次数	减少 10%	-
帧丢失标准差	降低 20%	更稳定
视频中断延迟	减少 10%	-
音频中断延迟	减少 65%	-

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下篇预告

下一篇文章将详解一次开发多端部署的能力以及完整的性能数据与实证分析，为本系列画上圆满句号。

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本文是「HarmonyOS 系统架构深度解析」系列第 6 篇。