读《RT-Thread设备驱动开发指南》---第一篇

xiaolinen

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读《RT-Thread设备驱动开发指南》---  I/O设备框架

前言：

        首先，作为一个正在工作中学习和使用RT-Thread的开发者，非常感谢论坛和RT-Thread提供这么一个机会，让自己拿到这本书，从而进行进一步的学习，也祝平台和RT-Thread的发展更上一层楼！！！此外，帖子只是自己的学习笔记，不足之处，请多多指教。

 

第一部分：I/O设备模型认知

           I/O设备框架是什么：设备框架就是针对某一类外设，抽象出来一套统一的操作方法以及接入标准。注：所说的I/O设备指的是输入/输出设备，不是GPIO（不要问为什么在这里写这么一句，因为我有一个朋友曾经就有这样的疑惑）。

 

        I/O设备框架有什么：I/O设备框架位于硬件和应用层之间，总共分为三层，从上到下分别是I/O设备管理层，设备驱动框架层，设备驱动层。具体如下如所示：

        图中提到的应用层：也就是我们自己的业务逻辑程序，比如：众所周知的main.c文件。在这里，我们通过调用I/O设备管理层的函数接口，实现我们想要的功能，比如：点个灯。

        图中提到的I/O设备管理层：在这一层，RT-Thread实现对设备驱动程序的封装，对应着工程中的device.c文件。实现对上为应用层提供统一的函数接口，使得设备驱动程序升级时，不会对应用层产生影响；对下通过设备驱动框架层操作硬件的动作。此外，在这一层包含rt_device_find,open,read,write,close,register等管理接口！

        图中提到的设备驱动框架：在这一层进行对同类硬件设备驱动的抽象，将不同厂家的同类硬件设备驱动中相同的部分抽取出来，将不同部分留出接口，由驱动程序实现，也就是求同存异，最大力度的统一格式再使用！！！比如：serial.c，adc.c等文件。

        图中提到出的设备驱动层：在这一层通过程序，实现对硬件设备的访问功能。负责I/O设备的创建和注册功能；比如：drv_gpio.c，drv_adc.c，drv_usart.c等文件。

        这部分的注册功能有两种实现方式：

        1）使用I/O设备管理接口直接注册，通过rt_device_register()接口实现；流程如下图所示：

 

        2）通过设备驱动框架层提供的注册函数进行注册，注册函数名一般为rt_hw_xxx_register()，其后，设备驱动框架层的注册函数调用rt_device_register()接口，实现注册功能；流程如下图所示：

 

        图中提到出的硬件：比如：单片机自带的外设，外接的传感器，FLASH芯片等等。

 

        I/O设备框架的优势是什么：

        一开始自己也认为在裸机程序中，直接调用驱动程序，多么直接，多么干脆，为什么要费劲巴拉的使用实时系统呢？为什么还要了解这个I/O设备框架呢？但是，经历了这几年的换芯潮之后，现在已经转变了自己的想法，不得不说有一个统一的框架确实香！RT-Thread实时系统降低了代码的耦合性，复杂性，提高了系统的可靠性，易维护性，在这其中呢，因为有I/O设备框架的存在，不管使用哪一款MCU，只要应用层调用的对设备操作的函数保持不变，那么开发人员就只需要修改驱动代码，从而节省一部分时间，去做其他有意义的事情。

 

第二部分：I/O设备模型使用准备

        I/O设备管理接口：

        1）创建设备：

rt_device_t rt_device_create(int type, int attach_size);

        2)销毁设备：

 

void rt_device_destroy(rt_device_t device);

        3）注册设备：

 

rt_err_t rt_device_register(rt_device_t dev, const char* name, rt_uint8_t flags);

        4）注销设备：

 

rt_err_t rt_device_unregister(rt_device_t dev);

        5）查找设备：

 

rt_device_t rt_device_find(const char* name);

        6）初始化设备：

 

rt_err_t rt_device_init(rt_device_t dev);

        7）打开设备：

 

rt_err_t rt_device_open(rt_device_t dev, rt_uint16_t oflags);

        8）关闭设备：

 

rt_err_t rt_device_close(rt_device_t dev);

        9）控制设备：

 

rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, rt_uint8_t cmd, void* arg);

        10）读设备：

 

rt_size_t rt_device_read(rt_device_t dev, rt_off_t pos,void* buffer, rt_size_t size);

        11）写设备：

 

rt_size_t rt_device_write(rt_device_t dev, rt_off_t pos,const void* buffer, rt_size_t size);

        12）数据发送回调函数：

 

rt_err_t rt_device_set_tx_complete(rt_device_t dev, rt_err_t (*tx_done)(rt_device_t dev,void *buffer));

        13）数据接收回调函数：

 

rt_err_t rt_device_set_rx_indicate(rt_device_t dev, rt_err_t (*rx_ind)(rt_device_t dev,rt_size_t size));

        注：上面只是记录了函数接口，参数和详细说明，请移步RT-Thread官网：https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/device/device

 

第三部分：I/O设备模型实操（UART）

        使用流程：注册-》查找-》打开-》读取或发送

        1）注册串口设备：

        注：串口的参数配置保存在uart_obj数组中；INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_usart_init)为自动初始化（关于RT-Thread自动初始化机制更多了解，请移步：https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/basic/basic?id=rt-thread-%E8%87%AA%E5%8A%A8%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%9C%BA%E5%88%B6）；

/*
功能：设置所需串口的参数，注册串口
*/
int rt_hw_usart_init(void)
{
    struct serial_configure config = RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;
    rt_err_t result = 0;

    stm32_uart_get_dma_config();

    for (rt_size_t i = 0; i < sizeof(uart_obj) / sizeof(struct stm32_uart); i++)
    {
        /* init UART object */
        uart_obj[i].config = &uart_config[i];
        uart_obj[i].serial.ops    = &stm32_uart_ops;
        uart_obj[i].serial.config = config;

        /* register UART device */
        result = rt_hw_serial_register(&uart_obj[i].serial, uart_obj[i].config->name,
                                       RT_DEVICE_FLAG_RDWR
                                       | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX
                                       | RT_DEVICE_FLAG_INT_TX
                                       | uart_obj[i].uart_dma_flag
                                       , NULL);
        RT_ASSERT(result == RT_EOK);
    }
    return result;
}

INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_usart_init);

        2）查找设备：

#define PRO_SENSOR_UART	"uart1"

/*
功能：查找传感器串口
*/
rt_device_t device = rt_device_find(PRO_SENSOR_UART);
if (!device){
    LOG_E("find %s failed!\n", PRO_SENSOR_UART);
    return RT_ERROR;
}

        3)打开设备

/*
功能：以RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX方式打开串口
*/
if (rt_device_open(device, RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX) != RT_EOK){
    LOG_E(" %s device open error,please check ...", PRO_SENSOR_UART);
}

        4)设置数据接收回调函数：

/*
功能：传感器串口的接受回调函数
*/
static rt_err_t sensor_uart_recv_callfunc(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
    if(size > 0){
       rt_sem_release(&rx_sem);
    }
    return RT_EOK;
}

/*
功能：设置串口的回调函数
*/
if(rt_device_set_rx_indicate(device, sensor_uart_recv_callfunc) != RT_EOK){
    LOG_E("uart_recv callfunc set error ,please check ...");
    return false;
}

        5）接收数据解析函数：

        注：因为传感器部分使用到了软件包Agile Modbus，所以串口接收到数据后，调用了下面的函数进行解析：

bool pro_sensormcu_mosbus_prase(rt_uint8_t *inbuf,rt_uint16_t length) 
{
    rt_uint16_t hold_register[HOLD_REGISTER_NUM];
	
    ctx->read_bufsz = length;
	rt_memcpy(ctx->read_buf,inbuf,ctx->read_bufsz);

    int rc = agile_modbus_deserialize_read_registers(ctx, ctx->read_bufsz, hold_register);
    if (rc < 0) {
        LOG_W("Receive failed.");

        if (rc != -1)
            LOG_W("Error code:%d", -128 - rc);	 
            LOG_I("Hold Registers:");
        
        for (int i = 0; i < HOLD_REGISTER_NUM; i++){
		    LOG_I("Register [%d]: 0x%04X", i, hold_register[i]);
	    }
        return false;  
    }

    LOG_I("Receive success Hold Registers:");
    for (int i = 0; i < HOLD_REGISTER_NUM; i++){
		LOG_I("Register [%d]: 0x%04X", i, hold_register[i]);
	}
	return true;
}

        6）采集到的数据记录：

ph_sensortwomcu1: Receive success Hold Registers:
ph_sensortwomcu1: Register [0]: 0x026C
ph_sensortwomcu1: Register [1]: 0x011A

ph_sensortwomcu1: Receive success Hold Registers:
ph_sensortwomcu1: Register [0]: 0x026B
ph_sensortwomcu1: Register [1]: 0x0119

ph_sensortwomcu1: Receive success Hold Registers:
ph_sensortwomcu1: Register [0]: 0x0268
ph_sensortwomcu1: Register [1]: 0x0118

ph_sensortwomcu1: Receive success Hold Registers:
ph_sensortwomcu1: Register [0]: 0x0249
ph_sensortwomcu1: Register [1]: 0x0118

ph_sensortwomcu1: Receive success Hold Registers:
ph_sensortwomcu1: Register [0]: 0x024A
ph_sensortwomcu1: Register [1]: 0x0117

        结束语：

        这是阅读《RT_Thread设备驱动开发指南》的第一篇笔记，结合外接的温湿度传感器，进行了一个小实验，不足之处，还请大家多多指正！

 

 

 

 

damiaa

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https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/programming-manual/device/device