OpenHarmony开发实战:HDF驱动开发实例

发布于:2024-06-29 ⋅ 阅读:(7) ⋅ 点赞:(0)

场景

关于驱动的开发我们主要目的是实现驱动代码的编写,但是驱动开发过程中需要服务管理、消息机制管理,才能使驱动在代码编译过程中进行加载。以下开发步骤中介绍了驱动开发、驱动消息机制管理开发、驱动服务管理开发的步骤。

驱动开发实例

基于HDF框架的驱动开发主要分为三个部分:驱动实现、驱动编译脚本编写和驱动配置。详细开发流程如下所示:

驱动实现

驱动实现包含驱动业务代码实现和驱动入口注册,具体写法如下:

  • 驱动业务代码

    #include "hdf_device_desc.h"          // HDF框架对驱动开发相关能力接口的头文件
    #include "hdf_log.h"                  // HDF框架提供的日志接口头文件
    
    #define HDF_LOG_TAG sample_driver     // 打印日志所包含的标签,如果不定义则用默认定义的HDF_TAG标签。
    
    // 将驱动对外提供的服务能力接口绑定到HDF框架。
    int32_t HdfSampleDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
    {
        HDF_LOGD("Sample driver bind success");
        return HDF_SUCCESS;
    }
    
    // 驱动自身业务初始化的接口
    int32_t HdfSampleDriverInit(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
    {
        HDF_LOGD("Sample driver Init success");
        return HDF_SUCCESS;
    }
    
    // 驱动资源释放的接口
    void HdfSampleDriverRelease(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
    {
        HDF_LOGD("Sample driver release success");
        return;
    }
  • 驱动入口注册到HDF框架

    // 定义驱动入口的对象,必须为HdfDriverEntry(在hdf_device_desc.h中定义)类型的全局变量。
    struct HdfDriverEntry g_sampleDriverEntry = {
        .moduleVersion = 1,
        .moduleName = "sample_driver",
        .Bind = HdfSampleDriverBind,
        .Init = HdfSampleDriverInit,
        .Release = HdfSampleDriverRelease,
    };

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    // 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中。在加载驱动时HDF框架会先调用Bind函数,再调用Init函数加载该驱动;当Init调用异常时,HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。
    HDF_INIT(g_sampleDriverEntry);
驱动编译脚本编写
  • LiteOS

    涉及Makefile和BUILD.gn修改:

    • Makefile部分:

      驱动代码的编译必须要使用HDF框架提供的Makefile模板进行编译。

      include $(LITEOSTOPDIR)/../../drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos/lite.mk # 【必需】导入hdf预定义内容
      MODULE_NAME :=        #生成的结果文件
      LOCAL_INCLUDE :=      #本驱动的头文件目录
      LOCAL_SRCS :=         #本驱动的源代码文件
      LOCAL_CFLAGS :=      #自定义的编译选项
      include $(HDF_DRIVER) #导入Makefile模板完成编译

      编译结果文件链接到内核镜像,添加到drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos目录下的hdf_lite.mk里面,示例如下:

      LITEOS_BASELIB +=  -lxxx  #链接生成的静态库
      LIB_SUBDIRS    +=         #驱动代码Makefile的目录
    • BUILD.gn部分:

      添加模块BUILD.gn,可参考如下示例:

      import("//build/lite/config/component/lite_component.gni")
      import("//drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos/hdf.gni")
      module_switch = defined(LOSCFG_DRIVERS_HDF_xxx)
      module_name = "xxx"
      hdf_driver(module_name) {
          sources = [
              "xxx/xxx/xxx.c",           #模块要编译的源码文件
          ]
          public_configs = [ ":public" ] #使用依赖的头文件配置
      }
      config("public") {                 #定义依赖的头文件配置
          include_dirs = [
              "xxx/xxx/xxx",             #依赖的头文件目录
          ]
      }

      把新增模块的BUILD.gn所在的目录添加到**/drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos/BUILD.gn**里面:

      group("liteos") {
          public_deps = [ ":$module_name" ]
          deps = [
              "xxx/xxx",#新增模块BUILD.gn所在的目录,/drivers/hdf_core/adapter/khdf/liteos
          ]
      }
  • Linux

    如果需要定义模块控制宏,需要在模块目录xxx里面添加Kconfig文件,并把Kconfig文件路径添加到drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/Kconfig里面:

    source "drivers/hdf/khdf/xxx/Kconfig" #目录为hdf模块软链接到kernel里面的目录

    添加模块目录到drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/Makefile

    obj-$(CONFIG_DRIVERS_HDF)  += xxx/

    在模块目录xxx里面添加Makefile文件,在Makefile文件里面添加模块代码编译规则:

    obj-y  += xxx.o

驱动配置

HDF使用HCS作为配置描述源码

驱动配置包含两部分,HDF框架定义的驱动设备描述和驱动的私有配置信息,具体写法如下:

  • 驱动设备描述(必选)

    HDF框架加载驱动所需要的信息来源于HDF框架定义的驱动设备描述,因此基于HDF框架开发的驱动必须要在HDF框架定义的device_info.hcs配置文件中添加对应的设备描述。驱动的设备描述填写如下所示:

    root {
        device_info {
            match_attr = "hdf_manager";
            template host {       // host模板,继承该模板的节点(如下sample_host)如果使用模板中的默认值,则节点字段可以缺省。
                hostName = "";
                priority = 100;
                uid = "";         // 用户态进程uid,缺省为空,会被配置为hostName的定义值,即普通用户。
                gid = "";         // 用户态进程gid,缺省为空,会被配置为hostName的定义值,即普通用户组。
                caps = [""];      // 用户态进程Linux capabilities配置,缺省为空,需要业务模块按照业务需要进行配置。
                template device {
                    template deviceNode {
                        policy = 0;
                        priority = 100;
                        preload = 0;
                        permission = 0664;
                        moduleName = "";
                        serviceName = "";
                        deviceMatchAttr = "";
                    }
                }
            }
            sample_host :: host{
                hostName = "host0";    // host名称,host节点是用来存放某一类驱动的容器。
                priority = 100;        // host启动优先级(0-200),值越大优先级越低,建议默认配100,优先级相同则不保证host的加载顺序。
                caps = ["DAC_OVERRIDE", "DAC_READ_SEARCH"];   // 用户态进程Linux capabilities配置。
                device_sample :: device {        // sample设备节点
                    device0 :: deviceNode {      // sample驱动的DeviceNode节点
                        policy = 1;              // policy字段是驱动服务发布的策略,在驱动服务管理章节有详细介绍。
                        priority = 100;          // 驱动启动优先级(0-200),值越大优先级越低,建议默认配100,优先级相同则不保证device的加载顺序。
                        preload = 0;             // 驱动按需加载字段。
                        permission = 0664;       // 驱动创建设备节点权限
                        moduleName = "sample_driver";      // 驱动名称,该字段的值必须和驱动入口结构的moduleName值一致。
                        serviceName = "sample_service";    // 驱动对外发布服务的名称,必须唯一。
                        deviceMatchAttr = "sample_config"; // 驱动私有数据匹配的关键字,必须和驱动私有数据配置表中的match_attr值相等。
                    }
                }
            }
        }
    }

    说明:

    • uid、gid、caps等配置项是用户态驱动的启动配置,内核态不用配置。
    • 根据进程权限最小化设计原则,业务模块uid、gid不用配置,如上面的sample_host,使用普通用户权限,即uid和gid被定义为hostName的定义值。
    • 如果普通用户权限不能满足业务要求,需要把uid、gid定义为system或者root权限时,请找安全专家进行评审。
    • 进程的uid在文件base/startup/init/services/etc/passwd中配置,进程的gid在文件base/startup/init/services/etc/group中配置
    • caps值:格式为caps = ["xxx"],如果要配置CAP_DAC_OVERRIDE,此处需要填写caps = ["DAC_OVERRIDE"],不能填写为caps = ["CAP_DAC_OVERRIDE"]。
    • preload:驱动按需加载字段。
  • 驱动私有配置信息(可选)

    如果驱动有私有配置,则可以添加一个驱动的配置文件,用来填写一些驱动的默认配置信息。HDF框架在加载驱动的时候,会将对应的配置信息获取并保存在HdfDeviceObject中的property里面,通过Bind和Init(参考驱动实现驱动实现驱动实现)传递给驱动。驱动的配置信息示例如下:

    root {
        SampleDriverConfig {
            sample_version = 1;
            sample_bus = "I2C_0";
            match_attr = "sample_config";   // 该字段的值必须和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
        }
    }

    配置信息定义之后,需要将该配置文件添加到板级配置入口文件hdf.hcs,示例如下:

    #include "device_info/device_info.hcs"
    #include "sample/sample_config.hcs"

驱动消息机制管理开发

  1. 将驱动配置信息中服务策略policy字段设置为2(SERVICE_POLICY_CAPACITY,policy定义policy定义policy定义)。

    device_sample :: Device {
        policy = 2;
        ...
    }
  2. 配置驱动信息中的服务设备节点权限(permission字段)是框架给驱动创建设备节点的权限,默认是0666,驱动开发者根据驱动的实际使用场景配置驱动设备节点的权限。

  3. 在服务实现过程中,实现服务基类成员IDeviceIoService中的Dispatch方法。

    // Dispatch是用来处理用户态发下来的消息
    int32_t SampleDriverDispatch(struct HdfDeviceIoClient *device, int cmdCode, struct HdfSBuf *data, struct HdfSBuf *reply)
    {
        HDF_LOGI("sample driver lite A dispatch");
        return HDF_SUCCESS;
    }
    int32_t SampleDriverBind(struct HdfDeviceObject *device)
    {
        HDF_LOGI("test for lite os sample driver A Open!");
        if (device == NULL) {
            HDF_LOGE("test for lite os sample driver A Open failed!");
            return HDF_FAILURE;
        }
        static struct ISampleDriverService sampleDriverA = {
            .ioService.Dispatch = SampleDriverDispatch,
            .ServiceA = SampleDriverServiceA,
            .ServiceB = SampleDriverServiceB,
        };
        device->service = (struct IDeviceIoService *)(&sampleDriverA);
        return HDF_SUCCESS;
    }
  4. 驱动定义消息处理函数中的cmd类型。

    #define SAMPLE_WRITE_READ 1    // 读写操作码1
  5. 用户态获取服务接口并发送消息到驱动。

    int SendMsg(const char *testMsg)
    {
        if (testMsg == NULL) {
            HDF_LOGE("test msg is null");
            return HDF_FAILURE;
        }
        struct HdfIoService *serv = HdfIoServiceBind("sample_driver");
        if (serv == NULL) {
            HDF_LOGE("fail to get service");
            return HDF_FAILURE;
        }
        struct HdfSBuf *data = HdfSbufObtainDefaultSize();
        if (data == NULL) {
            HDF_LOGE("fail to obtain sbuf data");
            return HDF_FAILURE;
        }
        struct HdfSBuf *reply = HdfSbufObtainDefaultSize();
        if (reply == NULL) {
            HDF_LOGE("fail to obtain sbuf reply");
            ret = HDF_DEV_ERR_NO_MEMORY;
            goto out;
        }
        if (!HdfSbufWriteString(data, testMsg)) {
            HDF_LOGE("fail to write sbuf");
            ret = HDF_FAILURE;
            goto out;
        }
        int ret = serv->dispatcher->Dispatch(&serv->object, SAMPLE_WRITE_READ, data, reply);
        if (ret != HDF_SUCCESS) {
            HDF_LOGE("fail to send service call");
            goto out;
        }
    out:
        HdfSbufRecycle(data);
        HdfSbbufRecycle(reply);
        HdfIoServiceRecycle(serv);
        return ret;
    }
  6. 用户态接收该驱动上报的消息。

    1. 用户态编写驱动上报消息的处理函数。

      static int OnDevEventReceived(void *priv,  uint32_t id, struct HdfSBuf *data)
      {
          OsalTimespec time;
          OsalGetTime(&time);
          HDF_LOGI("%{public}s received event at %{public}llu.%{public}llu", (char *)priv, time.sec, time.usec);
      
          const char *string = HdfSbufReadString(data);
          if (string == NULL) {
              HDF_LOGE("fail to read string in event data");
              return HDF_FAILURE;
          }
          HDF_LOGI("%{public}s: dev event received: %{public}d %{public}s",  (char *)priv, id, string);
          return HDF_SUCCESS;
      }
    2. 用户态注册接收驱动上报消息的操作方法。

      int RegisterListen()
      {
          struct HdfIoService *serv = HdfIoServiceBind("sample_driver");
          if (serv == NULL) {
              HDF_LOGE("fail to get service");
              return HDF_FAILURE;
          }
          static struct HdfDevEventlistener listener = {
              .callBack = OnDevEventReceived,
              .priv ="Service0"
          };
          if (HdfDeviceRegisterEventListener(serv, &listener) != 0) {
              HDF_LOGE("fail to register event listener");
              return HDF_FAILURE;
          }
          ......
          HdfDeviceUnregisterEventListener(serv, &listener);
          HdfIoServiceRecycle(serv);
          return HDF_SUCCESS;
      }
    3. 驱动上报事件。

      int32_t SampleDriverDispatch(HdfDeviceIoClient *client, int cmdCode, struct HdfSBuf *data, struct HdfSBuf *reply)
      {
          ... // process api call here
          return HdfDeviceSendEvent(client->device, cmdCode, data);
      }

驱动服务管理开发

驱动服务管理的开发包括驱动服务的编写、绑定、获取或者订阅,详细步骤如下。

驱动服务编写
// 驱动服务结构的定义
struct ISampleDriverService {
    struct IDeviceIoService ioService;       // 服务结构的首个成员必须是IDeviceIoService类型的成员。
    int32_t (*ServiceA)(void);               // 驱动的第一个服务接口。
    int32_t (*ServiceB)(uint32_t inputCode); // 驱动的第二个服务接口,有多个可以依次往下累加。
};

// 驱动服务接口的实现
int32_t SampleDriverServiceA(void)
{
    // 驱动开发者实现业务逻辑
    return HDF_SUCCESS;
}

int32_t SampleDriverServiceB(uint32_t inputCode)
{
    // 驱动开发者实现业务逻辑
    return HDF_SUCCESS;
}
驱动服务绑定

开发者实现HdfDriverEntry中的Bind指针函数,如下的SampleDriverBind,把驱动服务绑定到HDF框架中。

int32_t SampleDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
{
    // deviceObject为HDF框架给每一个驱动创建的设备对象,用来保存设备相关的私有数据和服务接口。
    if (deviceObject == NULL) {
        HDF_LOGE("Sample device object is null!");
        return HDF_FAILURE;
    }
    static struct ISampleDriverService sampleDriverA = {
        .ServiceA = SampleDriverServiceA,
        .ServiceB = SampleDriverServiceB,
    };
    deviceObject->service = &sampleDriverA.ioService;
    return HDF_SUCCESS;
}
驱动服务获取

应用程序开发者获取驱动服务有两种方式:通过HDF接口直接获取和通过HDF提供的订阅机制获取。

通过HDF接口直接获取

当驱动服务获取者明确驱动已经加载完成时,获取该驱动的服务可以通过HDF框架提供的能力接口直接获取,如下所示:

const struct ISampleDriverService *sampleService =
        (const struct ISampleDriverService *)DevSvcManagerClntGetService("sample_driver");
if (sampleService == NULL) {
    return HDF_FAILURE;
}
sampleService->ServiceA();
sampleService->ServiceB(5);
通过HDF提供的订阅机制获取

当内核态驱动服务获取者对驱动(同一个host)加载的时机不感知时,可以通过HDF框架提供的订阅机制来订阅该驱动服务。当该驱动加载完成时,HDF框架会将被订阅的驱动服务发布给订阅者(驱动服务获取者),实现方式如下所示:

// 订阅回调函数的编写,当被订阅的驱动加载完成后,HDF框架会将被订阅驱动的服务发布给订阅者,通过这个回调函数给订阅者使用。
// object为订阅者的私有数据,service为被订阅的服务对象。
int32_t TestDriverSubCallBack(struct HdfDeviceObject *deviceObject, const struct HdfObject *service)
{
    const struct ISampleDriverService *sampleService =
        (const struct ISampleDriverService *)service;
    if (sampleService == NULL) {
        return HDF_FAILURE;
    }
    sampleService->ServiceA();
    sampleService->ServiceB(5);
}
// 订阅过程的实现
int32_t TestDriverInit(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
{
    if (deviceObject == NULL) {
        HDF_LOGE("Test driver init failed, deviceObject is null!");
        return HDF_FAILURE;
    }
    struct SubscriberCallback callBack;
    callBack.deviceObject = deviceObject;
    callBack.OnServiceConnected = TestDriverSubCallBack;
    int32_t ret = HdfDeviceSubscribeService(deviceObject, "sample_driver", callBack);
    if (ret != HDF_SUCCESS) {
        HDF_LOGE("Test driver subscribe sample driver failed!");
    }
    return ret;
}

HDF开发实例

下面基于HDF框架,提供一个完整的样例,包含配置文件的添加,驱动代码的实现以及用户态程序和驱动交互的流程。

添加配置

在HDF框架的配置文件(例如vendor/hisilicon/xxx/hdf_config/device_info)中添加该驱动的配置信息,如下所示:

root {
    device_info {
        match_attr = "hdf_manager";
        template host {
            hostName = "";
            priority = 100;
            template device {
                template deviceNode {
                    policy = 0;
                    priority = 100;
                    preload = 0;
                    permission = 0664;
                    moduleName = "";
                    serviceName = "";
                    deviceMatchAttr = "";
                }
            }
        }
        sample_host :: host {
            hostName = "sample_host";
            sample_device :: device {
                device0 :: deviceNode {
                    policy = 2;
                    priority = 100;
                    preload = 1;
                    permission = 0664;
                    moduleName = "sample_driver";
                    serviceName = "sample_service";
                }
            }
        }
    }
}

编写驱动代码

基于HDF框架编写的sample驱动代码如下:

#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "hdf_log.h"
#include "hdf_base.h"
#include "hdf_device_desc.h"

#define HDF_LOG_TAG sample_driver

#define SAMPLE_WRITE_READ 123

static int32_t HdfSampleDriverDispatch(
    struct HdfDeviceIoClient *client, int id, struct HdfSBuf *data, struct HdfSBuf *reply)
{
    HDF_LOGI("%{public}s: received cmd %{public}d", __func__, id);
    if (id == SAMPLE_WRITE_READ) {
        const char *readData = HdfSbufReadString(data);
        if (readData != NULL) {
            HDF_LOGE("%{public}s: read data is: %{public}s", __func__, readData);
        }
        if (!HdfSbufWriteInt32(reply, INT32_MAX)) {
            HDF_LOGE("%{public}s: reply int32 fail", __func__);
        }
        return HdfDeviceSendEvent(client->device, id, data);
    }
    return HDF_FAILURE;
}

static void HdfSampleDriverRelease(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
{
    // release resources here
    return;
}

static int HdfSampleDriverBind(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
{
    if (deviceObject == NULL) {
        return HDF_FAILURE;
    }
    static struct IDeviceIoService testService = {
        .Dispatch = HdfSampleDriverDispatch,
    };
    deviceObject->service = &testService;
    return HDF_SUCCESS;
}

static int HdfSampleDriverInit(struct HdfDeviceObject *deviceObject)
{
    if (deviceObject == NULL) {
        HDF_LOGE("%{public}s::ptr is null!", __func__);
        return HDF_FAILURE;
    }
    HDF_LOGI("Sample driver Init success");
    return HDF_SUCCESS;
}

static struct HdfDriverEntry g_sampleDriverEntry = {
    .moduleVersion = 1,
    .moduleName = "sample_driver",
    .Bind = HdfSampleDriverBind,
    .Init = HdfSampleDriverInit,
    .Release = HdfSampleDriverRelease,
};

HDF_INIT(g_sampleDriverEntry);

编写用户程序和驱动交互代码

基于HDF框架编写的用户态程序和驱动交互的代码如下(代码可以放在目录drivers/hdf_core/adapter/uhdf下面编译,BUILD.gn可以参考drivers/hdf_core/framework/sample/platform/uart/dev/BUILD.gn):

#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include "hdf_log.h"
#include "hdf_sbuf.h"
#include "hdf_io_service_if.h"

#define HDF_LOG_TAG sample_test
#define SAMPLE_SERVICE_NAME "sample_service"

#define SAMPLE_WRITE_READ 123

int g_replyFlag = 0;

static int OnDevEventReceived(void *priv,  uint32_t id, struct HdfSBuf *data)
{
    const char *string = HdfSbufReadString(data);
    if (string == NULL) {
        HDF_LOGE("fail to read string in event data");
        g_replyFlag = 1;
        return HDF_FAILURE;
    }
    HDF_LOGI("%{public}s: dev event received: %{public}u %{public}s",  (char *)priv, id, string);
    g_replyFlag = 1;
    return HDF_SUCCESS;
}

static int SendEvent(struct HdfIoService *serv, char *eventData)
{
    int ret = 0;
    struct HdfSBuf *data = HdfSbufObtainDefaultSize();
    if (data == NULL) {
        HDF_LOGE("fail to obtain sbuf data");
        return 1;
    }

    struct HdfSBuf *reply = HdfSbufObtainDefaultSize();
    if (reply == NULL) {
        HDF_LOGE("fail to obtain sbuf reply");
        ret = HDF_DEV_ERR_NO_MEMORY;
        goto out;
    }

    if (!HdfSbufWriteString(data, eventData)) {
        HDF_LOGE("fail to write sbuf");
        ret = HDF_FAILURE;
        goto out;
    }

    ret = serv->dispatcher->Dispatch(&serv->object, SAMPLE_WRITE_READ, data, reply);
    if (ret != HDF_SUCCESS) {
        HDF_LOGE("fail to send service call");
        goto out;
    }

    int replyData = 0;
    if (!HdfSbufReadInt32(reply, &replyData)) {
        HDF_LOGE("fail to get service call reply");
        ret = HDF_ERR_INVALID_OBJECT;
        goto out;
    }
    HDF_LOGI("Get reply is: %{public}d", replyData);
out:
    HdfSbufRecycle(data);
    HdfSbufRecycle(reply);
    return ret;
}

int main()
{
    char *sendData = "default event info";
    struct HdfIoService *serv = HdfIoServiceBind(SAMPLE_SERVICE_NAME);
    if (serv == NULL) {
        HDF_LOGE("fail to get service %s", SAMPLE_SERVICE_NAME);
        return HDF_FAILURE;
    }

    static struct HdfDevEventlistener listener = {
        .callBack = OnDevEventReceived,
        .priv ="Service0"
    };

    if (HdfDeviceRegisterEventListener(serv, &listener) != HDF_SUCCESS) {
        HDF_LOGE("fail to register event listener");
        return HDF_FAILURE;
    }
    if (SendEvent(serv, sendData)) {
        HDF_LOGE("fail to send event");
        return HDF_FAILURE;
    }

    while (g_replyFlag == 0) {
        sleep(1);
    }

    if (HdfDeviceUnregisterEventListener(serv, &listener)) {
        HDF_LOGE("fail to  unregister listener");
        return HDF_FAILURE;
    }

    HdfIoServiceRecycle(serv);
    return HDF_SUCCESS;
}

说明: 用户态应用程序使用了HDF框架中的消息发送接口,因此在编译用户态程序的过程中需要依赖HDF框架对外提供的hdf_core和osal的动态库,在gn编译文件中添加如下依赖项:

deps = [

​ "//drivers/hdf_core/adapter/uhdf/manager:hdf_core",

​ "//drivers/hdf_core/adapter/uhdf/posix:hdf_posix_osal",

]


最后

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《鸿蒙进阶实战》

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五、鸿蒙南向开发技术

六、鸿蒙APP开发必备

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总结
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