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[文章]鸿蒙系统的启动流程v3.0: 基于Hi3861平台+LiteOS_M内核

久醉不醒
2022-04-06 10:36:42
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鸿蒙系统Hi3861内核
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文章转载自：liangkz

声明：
升级文档到v2.0后可以声明是原创的了。这是上了朱有鹏老师的免费课《想读懂鸿蒙2.0源码，也许你需要先懂这些》之后，做的一些总结。

课程时间一个半小时，内容也很多，学习过程中我发现朱老师的ppt上部分代码/文件，在我本地的鸿蒙系统代码上找不到，或者路径不相同，所以我就做了一些整理。
这里仅摘取课程中的鸿蒙系统在HI3516DV300平台上的启动流程部分（从30:00开始讲解启动过程）进行汇总和整理，如有错误，请朱老师和各位同学指正。后继在学习过程中会继续对本文当作修正升级。

v1.0/2.0版本都是基于Hi3516平台+LiteOS_A内核的启动流程分析，即Part 1【鸿蒙系统的启动流程v2.0】
v3.0 版本开始增加基于Hi3861平台+LiteOS_M内核的启动流程分析，即Part 2。

更新记录：
2021.04.11
v1.0初始版本，有不少理解不到位或错误的地方，详见第一版文档《鸿蒙系统的启动流程v1.0》的附件pdf 文档。(Link:https://bbs.elecfans.com/jishu_2272471_1_1.html )
2021.04.15v2.0重新整理了第四阶段：鸿蒙系统框架层的启动：增加了新的理解内容，修改错误。增加了框架层的启动细节部分概述。(Link: https://bbs.elecfans.com/jishu_2272487_1_1.html)
2021.04.16v3.0v1.0/2.0版本都是基于Hi3516平台+LiteOS_A内核的启动流程分析。v3.0增加了Part 2，基于Hi3861平台+LiteOS_M内核的启动流程分析。

Part 2: 基于Hi3861平台+LiteOS_M内核
说明：
1. 我本地的OpenHarmony 1.1.0 LTS（2021-04-01）代码根目录OHOS1_1_0LTS，如Part 1前文所述。
2. 我有Hi3861_Wifiiot开发板和开发环境，如下：

2.1 在Linux环境下的DecEco IDE下创建新工程“Test_Wifiiot”，在“HPM”标签下找到“@ohos/wifi_iot”，  点击“Install to project”选择“Test_Wifiiot”项目，开始下载并安装组件到项目里。如下图：
2.2 打开工程，可以一键build，也可以在终端输入“python build.py wifiiot”指令进行build。

2.3 在Window主机下，打开DevEco IDE，做好相关配置，连接好Hi3861开发板，烧录上面编好的软件，也可以用HiBurn工具进行烧录。

2.4 烧录完成后，重启开发板，抓取log分析。

3. 网上找到的信息，Hi3861平台的LiteOS_M内核是固化在板子ROM上的，官方文档对Hi3861开发板的说明并没 有提到这一点，见【Hi3861开发板介绍】。

也就是说上面的烧录过程，其实并不会烧录内核部分的代码。

甚至在上面的Test_Wifiiot项目中都不会编译 LiteOS_M的内核代码，可以查看build脚本和build log:
Test_Wifiiotvendorhisihi3861hi3861uilduild_tmplogsuild_kernel.log
进行分析确认。

实际上我是这样确认的：
修改 Test_Wifiiotkernelliteos_mkernellos_init.c (或者子目录的los_xxx.c文件)，添加log，故意写入错误的语法，希望触发编译错误。实际编译OK，说明其实没有编译到这部分代码。烧录软件后，添加的log，一个都没打印出来。

4. Test_Wifiiotkernelliteos_m目录下的kernel 虽然没有编译，但是components是有编译的，因为这下面是非常 重要的KAL组件。

KAL(Kernel Abstract Layer，内核抽象层)，是鸿蒙系统框架层(Framework)与内核(LiteOS_M、LiteOS_A、Linux内核) 之间的接口，鸿蒙系统框架层与内核层是通过KAL接口进行隔离和解耦的。

KAL可以按照cmsis标准或者posix标准来实现Framework和kernel的对接，目前代码看到的是按cmsis-rtos v2 标准来实现的，详情见components 目录下的代码，可以在里面加log，跑起来可以打印log。

这个components就非常重要了，例如，在helloworld上创建线程时，需要在BUILD.gn中include "//kernel/liteos_m/components/cmsis/2.0" 路径，代码中#include "cmsis_os2.h"头文件，否则会编译失败。

5. 因为上面3的原因，我们无法抓取LiteOS_M内核的log进行分析，只能直接看OHOS1_1_0LTS中的LiteOS_M内核代码进行分析了。

1. 第一阶段：U-Boot启动
无log。
OHOS1_1_0LTSkernelliteos_mtargets
这个目录下是目前liteos-m官方已经支持的目标平台软硬件环境，我们目前拿到的官方Hi3861开发平台，应该 就是cortex-m7_nucleo_f767zi_gcc 这一个。
注意，Test_Wifiiotkernelliteos_m目录下，并没有targets目录。

tagets目录下的STM32F767ZITx_FLASH.ld 就是bootloader引导程序，见该文件头部“Abstract”的描述。
  1. /* Entry Point */
  2. ENTRY(Reset_Handler)
复制代码

2. 第二阶段：汇编代码引导LiteOS-M内核
OHOS1_1_0LTSkernelliteos_m        agets目录下的startup_stm32f767xx.s 就是汇编代码引导程序。
  1. * @Brief  This is the code that gets called when the processor first
  2. *          starts execution following a reset event. Only the absolutely
  3. *          necessary set is performed, after which the application
  4. *          supplied main() routine is called.
复制代码

代码入口在：
Reset_Handler:  

跑到到下面：
  1. /* Call the clock system initialization function.*/
  2.   bl  SystemInit
  3. /* Call static constructors */
  4.   bl __libc_init_array
  5. /* Call the application's entry point.*/
  6.   bl  main
  7.   bx  lr   
复制代码

SystemInit代码在：
  1. OHOS1_1_0LTSkernelliteos_m        argetscortex-m7_nucleo_f767zi_gccCoreSrcsystem_stm32f7xx.c
  2.   * @brief  Setup the microcontroller system
  3.   *         Initialize the Embedded Flash Interface, the PLL and update the
  4.   *         SystemFrequency variable.
复制代码

main则是进入内核LiteOS-M启动的C语言阶段的入口。

3. 第三阶段：内核LiteOS-M的C语言启动阶段
上面汇编阶段调用的main函数，位于：
OHOS1_1_0LTSkernelliteos_m        argetscortex-m7_nucleo_f767zi_gccCoreSrcmain.c

Line95的调用的RunTaskSample(); 见同目录下的 task_sample.c
  1. VOID RunTaskSample(VOID)
  2. {
  3.     UINT32 ret;
  4.     ret = LOS_KernelInit();
  5.     if (ret == LOS_OK) {
  6.         TaskSample();
  7.         LOS_Start();
  8.     }
  9. }
复制代码

1. LOS_KernelInit()
位于OHOS1_1_0LTSkernelliteos_mkernelsrclos_init.c
System kernel initialization function, configure all system modules

开始初始化liteos_m系统内核

2. TaskSample()
同在task_sample.c文件内定义，上面初始化系统内核成功后，创建两个sample task。

3. LOS_Start()
位于OHOS1_1_0LTSkernelliteos_mkernelsrclos_init.c
开始任务调度

4. 第四阶段：鸿蒙系统框架层的启动
以上三个阶段，都是在完整的鸿蒙系统代码OHOS1_1_0LTS工程下查看和分析的，从这里开始就需要切换回到Test_Wifiiot工程上去阅读、修改、编译代码，烧录bin，抓log分析了。

LiteOS-M的内核源代码我没怎么看，具体怎么切换到鸿蒙系统框架层去运行，我还不大清楚。

从Hi3861开发板上抓取的log，第一行就是“ready to OS start”，表明LiteOS-M内核已经启动OK了。

接下来就进入到鸿蒙系统的框架层的启动，这一部分与 Part 1 的第4节Hi3516平台上的鸿蒙系统的框架层的启动有一些差别。

这个入口，并不是"/bin/init"，而是app_main.c文件的app_main()函数。

Test_Wifiiotvendorhisihi3861hi3861appwifiiot_appsrcapp_main.c
  1. hi_void app_main(hi_void)
  2. {
  3.     printf("#########################################################
  4. ");
  5.     printf("[app_main] LiteOS-M Kernel(ROM) inited.
  6. ");

  8.     printf("[app_main] app_main:: Begin:
  9. ");
  10.    .
  11.    .  //中间做了一大堆硬件初始化，调用的接口都被封装了的。
  12.    .
  13.     printf("[app_main] ::HOS_SystemInit():
  14. ");
  15.     HOS_SystemInit();

  17.     printf("[app_main] app_main End!
  18. ");
  19.     printf("#########################################################
  20. ");
  21. }
复制代码

接下来我将贴上一段伪代码，加上我写的log，通过在Hi3861开发平台上抓取log来做对应的分析以便理解其启动流程。

log的格式一般来说是“[c文件名] 函数名 打印信息”，如：
“[cmsis_liteos2] osThreadNew: TaskName[HmosTask] TaskID[9]”
表示这句log在 cmsis_liteos2.c 文件内的osThreadNew()函数里打印“TaskName[HmosTask] TaskID[9]”信息。
code@ 标记函数所在代码文件路径

伪代码段开始：
  1. code@vendorhisihi3861hi3861appwifiiot_appsrcapp_main.c
  2. app_main
  3. {
  4.     printf("#########################################################
  5. ");
  6.     printf("[app_main] LiteOS-M Kernel(ROM) inited.
  7. ");
  8.     printf("[app_main] app_main:: Begin:
  9. ");
  10.     .
  11.    .  //中间做了一大堆硬件初始化，调用的接口都被封装了的。
  12.    .
  13.     printf("[app_main] ::HOS_SystemInit():
  14. ");
  15.     code@asestartupservicesootstrap_litesourcesystem_init.c
  16.     HOS_SystemInit();
  17.    {  
  18.   #bootstrap_lite: bootstrap启动引导组件，提供了各服务和功能的【启动入口标识】。
  19.   #在SAMGR启动时，会调用boostrap标识的入口函数，并启动系统服务。

  21.   printf("[system_init] HOS_SystemInit begin: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  22. ");
  23.   printf("[system_init] MODULE_INIT(bsp)=============================
  24. ");
  25.   MODULE_INIT(bsp);
  26.   printf("[system_init] MODULE_INIT(device)==========================
  27. ");
  28.   MODULE_INIT(device);
  29.   printf("[system_init] MODULE_INIT(core)============================
  30. ");
  31.   MODULE_INIT(core);
  32.   {
  33.    code@asehiviewdfxframeworkshilog_liteminihiview_log.c
  34.    #第二个参数是priority， range is [0, 4]，Default priority is 2
  35.    printf("[hiview_log] HiLogInit. CORE_INIT_PRI(HiLogInit, 0)
  36. ");  //priority is 0
  37.    #log系统
  38.    
  39.    code@vendorhisihi3861hi3861_adapterhalscommunicationwifi_litewifiservicesourcewifi_device_util.c
  40.    printf("[wifi_device_util] InitWifiGlobalLock. CORE_INIT(InitWifiGlobalLock)
  41. ");  
  42.    #Wifi模块
  43.   }
  44.   
  45.   printf("[system_init] SYS_INIT(service)============================
  46. ");
  47.   SYS_INIT(service);
  48.   {
  49.    -----------------------------------------------------
  50.    code@asestartupservicesootstrap_litesourceootstrap_service.c
  51.    printf("[bootstrap_service] SYS_SERVICE_INIT(Init).
  52. ");
  53.    #bootstrap_lite: bootstrap启动引导组件，提供了各服务和功能的【启动入口标识】。
  54.    #在SAMGR启动时，会调用boostrap标识的入口函数，并启动系统服务。   
  55.    #这一步会SAMGR_GetInstance，导致
  56.    {
  57.     #系统服务框架 system ability (SA) framework
  58.     code@foundationdistributedscheduleservicessamgr_litesamgrsourcesamgr_lite.c
  59.     printf("[samgr_lite] Init.
  60. ");
  61.     static void Init(void)
  62.     #这个没有SYS_SERVICE_INIT括住，但是 g_samgrImpl 是一个全局对象，
  63.     #SAMGR_GetInstance()->RegisterService((Service *)&bootstrap); 时会首先 init g_samgrImpl，
  64.     #然后向全局对象 g_samgrImpl 注册服务：name: Bootstrap
  65.    }
  66.    -----------------------------------------------------
  67.    code@foundationdistributedscheduleservicessamgr_litecommunicationroadcastsourceroadcast_service.c
  68.    #M核和A核进程内事件的广播服务
  69.    printf("[broadcast_service] SYS_SERVICE_INIT(Init).
  70. ");
  71.    {
  72.     #同上，会在 SAMGR_GetInstance()->RegisterService((Service *)&g_broadcastService);
  73.     #向全局对象 g_samgrImpl 注册服务：name: Broadcast
  74.    }
  75.    -----------------------------------------------------
  76.    code@asehiviewdfxserviceshiview_litehiview_service.c
  77.    #提供DFX子系统整体的初始化功能，控制各组件按需启动
  78.    printf("[hiview_service] SYS_SERVICE_INIT(Init).
  79. ");
  80.    {
  81.     #同上，会在 SAMGR_GetInstance()->RegisterService((Service *)&g_hiviewService);
  82.     #向全局对象 g_samgrImpl 注册服务：name: hiview
  83.    }
  84.    -----------------------------------------------------
  85.    code@foundationdistributedscheduleservicessamgr_litesamgr_serversourcesamgr_server.c
  86.    #进程间服务调用的IPC地址管理和访问控制
  87.    printf("[samgr_service] InitializeRegistry. SYS_SERVICE_INIT(InitializeRegistry)
  88. ");
  89.    SYS_SERVICE_INIT(InitializeRegistry);
  90.    #总共搜到4个“SYS_SERVICE_INIT”，但最后一个samgr_service的log没见打印出来！！！！
  91.    #难道是samgr_service不需要启动，只用 samgr_lite 来管理 g_samgrImpl 就可以了？？
  92.    -----------------------------------------------------
  93.   }
  94.   
  95.   printf("[system_init] SYS_INIT(feature)============================
  96. ");
  97.   SYS_INIT(feature);
  98.   {
  99.    code@foundationdistributedscheduleservicessamgr_litecommunicationroadcastsourcepub_sub_feature.c
  100.    printf("[pub_sub_feature] Init. SYS_FEATURE_INIT(Init)
  101. ");
  102.   }
  103.   
  104.   printf("[system_init] MODULE_INIT(run)=============================
  105. ");
  106.   //.zinitcall.run2.init 代码段里面的函数指针指向 SYS_RUN(APP)指向的APP, Default priority is 2，所以是 run2
  107.   MODULE_INIT(run);
  108.   {
  109.    code@applicationssamplewifi-iotapphelloworldhelloworld.c
  110.    printf("[helloworld] SYS_RUN(helloworld).
  111. ");   //Default priority is 2
  112.    
  113.    code@applicationssamplewifi-iotappiothardwareled.c
  114.    printf("[led] SYS_RUN(LedEntry)
  115. ");    //Default priority is 2
  116.   }
  117.   
  118.   #系统服务框架子系统 [system ability (SA) framework]
  119.   #系统服务框架基于面向服务的架构，提供了服务开发、服务的子功能开发、对外接口的开发、以及
  120.   #多服务共进程、进程间服务调用等开发能力。其中：
  121.   #M核：包含服务开发、服务的子功能开发、对外接口的开发以及多服务共进程的开发框架。
  122.   #A核：在M核能力基础之上，包含了进程间服务调用、进程间服务调用权限控制、进程间服务接口的开发等能力。   
  123.   #M核：系统依赖上bootstrap服务，在系统启动函数中调用OHOS_SystemInit()函数。
  124.   #A核：系统依赖samgr库，在main函数中调用SAMGR_Bootstrap()函数。
复制代码
  1.   code@foundationdistributedscheduleservicessamgr_lite
  2.   printf("[system_init] SAMGR_Bootstrap()=============================
  3. ");
  4.   SAMGR_Bootstrap();  
  5.   {
  6.    printf("[samgr_lite] SAMGR_Bootstrap. Begin:         size=%d
  7. ",size);
  8.    printf("        InitializeAllServices: size=%d
  9. ",size);
  10.     Init service:Bootstrap TaskPool:0xfa408
  11.     Init service:Broadcast TaskPool:0xfaa78
  12.     Init service:hiview    TaskPool:0xfac38

  14.    static void InitializeAllServices(Vector *services)

  16.    printf("[samgr_lite] SAMGR_Bootstrap. End.
  17. ");
  18.   }  
  19.   printf("[system_init] HOS_SystemInit end. %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  20. ");
  21. }
  22. printf("[app_main] app_main End!
  23. ");
  24.     printf("#########################################################
  25. ");
  26. }
复制代码
伪代码段结束。

编译、烧录、上电、抓log，log基本上就能说明启动流程了，这里就不再进一步分析了，各位跑一遍代码就清楚了。

log段开始：
  1. ready to OS start
  2. #########################################################
  3. [app_main] LiteOS-M Kernel(ROM) inited.
  4. [app_main] app_main:: Begin:
  5. [app_main] ::sdk ver:Hi3861V100R001C00SPC025 2020-09-03 18:10:00
  6. peripheral_init.
  7. hi_flash_init.   
  8. hi_uart_init.   
  9. app_io_init: uart0&uart1, other io NEED to open MACRO
  10.         io:uart0
  11.         io:uart1
  12.         io:PWM
  13. hi_pwm_init.
  14. [app_main] ::hi_fs_init.
  15. formatting spiffs...   
  16. FileSystem mount ok.   
  17. [app_main] ::hi_at_init.
  18. [app_main] ::tcpip init.
  19. [app_main] ::wifi init success!

  21. [app_main] ::HOS_SystemInit():
  22. [system_init] HOS_SystemInit begin: %%%%%%%%%%%
  23. [system_init] MODULE_INIT(bsp)=============================
  24. [system_init] MODULE_INIT(device)==========================

  26. [system_init] MODULE_INIT(core)============================
  27. [hiview_log] HiLogInit. CORE_INIT_PRI(HiLogInit, 0)
  28. [wifi_device_util] InitWifiGlobalLock. CORE_INIT(InitWifiGlobalLock)

  30. [system_init] SYS_INIT(service)============================
  31. [bootstrap_service] SYS_SERVICE_INIT(Init).
  32. [samgr_lite] Init.
  33. [samgr_lite] RegisterService(name: Bootstrap)

  35. [broadcast_service] SYS_SERVICE_INIT(Init).
  36. [samgr_lite] RegisterService(name: Broadcast)

  38. [hiview_service] SYS_SERVICE_INIT(Init).
  39. [samgr_lite] RegisterService(name: hiview)
  40. [hiview_service] Init.InitHiviewComponent.

  42. [system_init] SYS_INIT(feature)============================
  43. [pub_sub_feature] Init. SYS_FEATURE_INIT(Init)

  45. [system_init] MODULE_INIT(run)=============================
  46. [helloworld] SYS_RUN(helloworld).
  47. [helloworld] Hello World. creating a HmosTask
  48. [cmsis_liteos2] osThreadNew: TaskName[HmosTask] TaskID[9]

  50. [led] SYS_RUN(LedEntry)
  51. [led] LedEntry. creating a LedTask
  52. [cmsis_liteos2] osThreadNew: TaskName[LedTask] TaskID[8]

  54. [system_init] SAMGR_Bootstrap()=============================
  55. [samgr_lite] SAMGR_Bootstrap. Begin:    size=3
  56.         InitializeAllServices: size=3
  57.         Add service:Bootstrap    to TaskPool:0xfa448...
  58.         Add service:Broadcast    to TaskPool:0xfaab8...
  59.         Add service:hiview       to TaskPool:0xfac78...

  61. [task_manager] SAMGR_StartTaskPool:
  62. [cmsis_liteos2] osThreadNew: TaskName[Bootstrap] TaskID[10]
  63.         CreateTask[Bootstrap, 2048, 25]-OK!
  64. [task_manager] SAMGR_StartTaskPool:
  65. [cmsis_liteos2] osThreadNew: TaskName[Broadcast] TaskID[11]
  66.         CreateTask[Broadcast, 2048, 32]-OK!
  67. [task_manager] SAMGR_StartTaskPool:
  68. [cmsis_liteos2] osThreadNew: TaskName[hiview] TaskID[12]
  69.         CreateTask[hiview, 2048, 24]-OK!

  71. [samgr_lite] SAMGR_Bootstrap. End.
  72. [system_init] HOS_SystemInit end. %%%%%%%%%%%%%
  73. [app_main] app_main End!
  74. #########################################################
  75. [samgr_lite] HandleInitRequest. to Init service:id[1][Broadcast]
  76. [broadcast_service] Initialize.
  77. [samgr_lite] HandleInitRequest. to Init service:id[0][Bootstrap]
  78. [bootstrap_service] Initialize.
  79. [samgr_lite] HandleInitRequest. to Init service:id[2][hiview]
  80. [hiview_service] Initialize.

  82. [samgr_lite] InitCompleted: manager->status[1]
  83. [samgr_lite] InitCompleted[1->2]: SendBootRequest[BOOT_SYS_COMPLETED]: Initialized all core system services!
  84. [samgr_lite] SAMGR_Bootstrap. Begin:    size=3
  85. [samgr_lite] InitCompleted: manager->status[3]
  86. [samgr_lite] InitCompleted[3->4]: SendBootRequest[BOOT_APP_COMPLETED]: Initialized all system and application services!

  88. [samgr_lite] SAMGR_Bootstrap. End.
  89. [samgr_lite] SAMGR_Bootstrap. Begin:    size=3
  90. [samgr_lite] InitCompleted: manager->status[5]
  91. [samgr_lite] SAMGR_Bootstrap. End.

  93. 00 00:00:00 0 196 D 0/HIVIEW: hilog init success.
  94. 00 00:00:00 0 196 D 0/HIVIEW: log limit init success.
  95. 00 00:00:00 0 196 I 1/SAMGR: Bootstrap core services(count:3).
  96. 00 00:00:00 0 196 I 1/SAMGR: Init service:0x4af12c TaskPool:0xfa448
  97. 00 00:00:00 0 196 I 1/SAMGR: Init service:0x4af468 TaskPool:0xfaab8
  98. 00 00:00:00 0 196 I 1/SAMGR: Init service:0x4af6c4 TaskPool:0xfac78
  99. 00 00:00:00 0  72 I 1/SAMGR: Init service [0x4af468] <time: 140ms> success!
  100. 00 00:00:00 0 228 I 1/SAMGR: Init service [0x4af12c] <time: 140ms> success!
  101. 00 00:00:00 0 172 D 0/HIVIEW: hiview Initialize success.
  102. 00 00:00:00 0 172 I 1/SAMGR: Init service [0x4af6c4] <time: 140ms> success!
  103. 00 00:00:00 0 172 I 1/SAMGR: Initialized all core system services!
  104. 00 00:00:00 0 228 I 1/SAMGR: Bootstrap system and application services(count:0).
  105. 00 00:00:00 0 228 I 1/SAMGR: Initialized all system and application services!
  106. 00 00:00:00 0 228 I 1/SAMGR: Bootstrap dynamic registered services(count:0).

  108. [helloworld] Hello HarmonyOS! awake[3]!
  109. [helloworld] Hello HarmonyOS! awake[2]!
  110. [helloworld] Hello HarmonyOS! awake[1]!
  111. [helloworld] HelloTask terminated!
复制代码
log段结束。

5. 鸿蒙应用(APP)的启动
我在Test_Wifiiotapplicationssamplewifi-iotapp目录下放置了两个应用，BUILD.gn文件如下：
  1. lite_component("app") {
  2.     features = [
  3.         "startup",
  4.         "helloworld:helloworld",
  5.         "iothardware:led",
  6.     ]
  7. }
复制代码
两个应用的入口函数分别是：
  1. SYS_RUN(helloworld);
  2. SYS_RUN(LedEntry);
复制代码
这两个应用都在上面伪代码段中的MODULE_INIT(run);的时候被调用启动了。


鸿蒙系统的启动流程v3.0-2021.04.16.pdf
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伪代码+log.rar
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