RT-Thread操作系统的I/O 设备模型框架接口示例与驱动分析_rt_device_write

目录

摘要

注册I/O设备程序调用流程：

I/O 设备模型框架接口操作IO示例与分析

示例

分析

直接调用硬件层API

示例

总结

参考文献

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摘要

        在RT-Thread实时操作系统环境下使用STM32F1XX的GPIO资源有两种方式——I/O 设备模型框架接口和调用硬件API。本文分别给出这两种方式的示例程序，并分析它们的实现机制、比较了它们的异同之处。

注册I/O设备程序调用流程：

int $Sub$$main(void)；

rtthread_startup();

rt_hw_board_init();

rt_hw_pin_init();

rt_device_pin_register("pin", &_stm32_pin_ops, RT_NULL);

rt_device_register(&_hw_pin.parent, name, RT_DEVICE_FLAG_RDWR);

        下面代码为PIN设备的注册示例。如图1所示，先调用rt_device_pin_register()接口后，

图1

        设备通过 rt_device_register() 接口被注册到 I/O 设备管理器中，如图2所示。设备管理器中就会存在名为“pin”的设备。

图2

I/O 设备模型框架接口操作IO示例与分析

示例

#include <rtthread.h>
 
#include <rtdevice.h>
 
#include <board.h>
 
#include "drv_gpio.h"
 
#define LED0_PIN    GET_PIN(C, 0)
 
int main()
 
{
 
struct rt_device_pin_mode mypinMode;                
 
struct rt_device_pin_value value1;
 
struct rt_device_pin_value value0;
 
value1.pin=LED0_PIN;
 
value1.value=PIN_HIGH;
 
value0.pin=LED0_PIN;
 
value0.value=PIN_LOW;
 
mypinMode.pin =LED0_PIN;
 
mypinMode.mode = PIN_MODE_OUTPUT; 
 
rt_device_t pin= RT_NULL;/* pin设备句柄 */
 
pin = rt_device_find("pin");
 
rt_device_open(pin, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
 
rt_device_control(pin,0,&mypinMode);//等价与rt_pin_mode(LED0_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);
 
while(1)
 
{
 
rt_device_write(pin,0,&value1,sizeof(value1));
 
rt_thread_mdelay(1000);
 
rt_device_write(pin,0,&value0,sizeof(value0));
 
rt_thread_mdelay(1000);                
 
}
 
return 0;
 
}

        使用RTT的I/O 设备模型框架接口完全屏蔽底层硬件，具有代码移植性好的显著特点。

分析

        查找设备rt_device_find、开启设备rt_device_open操作必不可少。下面分析rt_device_control的实现细节，函数原型为

rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, int cmd, void *arg)
 
{
 
    /* parameter check */
 
    RT_ASSERT(dev != RT_NULL);
 
    RT_ASSERT(rt_object_get_type(&dev->parent) == RT_Object_Class_Device);
 
    /* call device_write interface */
 
    if (dev->control != RT_NULL)
 
    {
 
        return dev->control(dev, cmd, arg);
 
    }
 
    return -RT_ENOSYS;
 
}

又，rt_device的指针rt_device_t有control等成员

struct rt_device
 
{
 
    struct rt_object          parent;                   /**< inherit from rt_object */
 
#ifdef RT_USING_DM
 
    struct rt_driver *drv;
 
    void *dtb_node;
 
#endif
 
    enum rt_device_class_type type;                     /**< device type */
 
    rt_uint16_t               flag;                     /**< device flag */
 
    rt_uint16_t               open_flag;                /**< device open flag */
 
    rt_uint8_t                ref_count;                /**< reference count */
 
    rt_uint8_t                device_id;                /**< 0 - 255 */
 
 
    /* device call back */
 
    rt_err_t (*rx_indicate)(rt_device_t dev, rt_size_t size);
 
    rt_err_t (*tx_complete)(rt_device_t dev, void *buffer);
 
 
 
#ifdef RT_USING_DEVICE_OPS
 
    const struct rt_device_ops *ops;
 
#else
 
    /* common device interface */
 
    rt_err_t  (*init)   (rt_device_t dev);
 
    rt_err_t  (*open)   (rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag);
 
    rt_err_t  (*close)  (rt_device_t dev);
 
    rt_ssize_t (*read)  (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void *buffer, rt_size_t size);
 
    rt_ssize_t (*write) (rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void *buffer, rt_size_t size);
 
    rt_err_t  (*control)(rt_device_t dev, int cmd, void *args);
 
#endif /* RT_USING_DEVICE_OPS */
 
 
 
#ifdef RT_USING_POSIX_DEVIO
 
    const struct dfs_file_ops *fops;
 
    struct rt_wqueue wait_queue;
 
#endif /* RT_USING_POSIX_DEVIO */
 
    void                     *user_data;                /**< device private data */
 
};

图3

        因为作者已经定义了_hw_pin是struct rt_device_pin

{

    struct rt_device parent;

    const struct rt_pin_ops *ops;

}类型。

此处的_hw_pin.parent对应的是结构体rt_device。由图3可知，那么_hw_pin.parent.control函数指针指向的是函数_pin_control.它在pin.c中实现如下：

static rt_err_t _pin_control(rt_device_t dev, int cmd, void *args)

{

    struct rt_device_pin_mode *mode;

    struct rt_device_pin *pin = (struct rt_device_pin *)dev;

    /* check parameters */

    RT_ASSERT(pin != RT_NULL);

    mode = (struct rt_device_pin_mode *)args;

    if (mode == RT_NULL)

        return -RT_ERROR;

    pin->ops->pin_mode(dev, (rt_base_t)mode->pin, (rt_base_t)mode->mode);

    return 0;

}

        用户传入参数rt_device_control(pin,0,&mypinMode);先传参给“dev->control(dev, cmd, arg);”再传参给“_pin_control(rt_device_t dev, int cmd, void *args)”。由“mode = (struct rt_device_pin_mode *)args;”我们才将mypinMode定义为struct rt_device_pin_mode类型，包含mode->pin和mode->mode两个成员，以符合调用函数接口类型匹配。另，参数cmd在PIN控制函数中没有用到，可以给0值。

        在pin.h中，声明struct rt_pin_ops，如下图4所示。

图4

        在drv_gpio.c中，定义_stm32_pin_ops，如下图5所示。

图5

        最后由“pin->ops->pin_mode(dev, (rt_base_t)mode->pin, (rt_base_t)mode->mode);”调用用户函数stm32_pin_mode（）函数实现引脚配置。

        接下来在分析函数rt_device_write(pin,0,&value1,sizeof(value1))的实现机制。

在device.c中函数原型实现如下：

rt_ssize_t rt_device_write(rt_device_t dev,

                          rt_off_t    pos,

                          const void *buffer,

                          rt_size_t   size)

{

    /* parameter check */

    RT_ASSERT(dev != RT_NULL);

    RT_ASSERT(rt_object_get_type(&dev->parent) == RT_Object_Class_Device);

    if (dev->ref_count == 0)

    {

        rt_set_errno(-RT_ERROR);

        return 0;

    }

    /* call device_write interface */

    if (dev->write != RT_NULL)

    {

        return dev->write(dev, pos, buffer, size);

    }

    /* set error code */

    rt_set_errno(-RT_ENOSYS);

    return 0;

}

同理，用户传入参数rt_device_write(pin,0,&value1,sizeof(value1))；先传参给“dev->write(dev, pos, buffer, size);”再传参给“_pin_write(rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void *buffer, rt_size_t size)”。它在pin.c中实现如下：

static rt_ssize_t _pin_write(rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void *buffer, rt_size_t size)

{

    struct rt_device_pin_value *value;

    struct rt_device_pin *pin = (struct rt_device_pin *)dev;

    /* check parameters */

    RT_ASSERT(pin != RT_NULL);

    value = (struct rt_device_pin_value *)buffer;

    if (value == RT_NULL || size != sizeof(*value))

        return 0;

    pin->ops->pin_write(dev, (rt_base_t)value->pin, (rt_base_t)value->value);

    return size;

}

        由“value = (struct rt_device_pin_value *)buffer;”我才将value1和value0定义为struct rt_device_pin_value类型，包含value->pin和value->value两个成员，以符合调用函数接口类型匹配。另，参数pos在PIN控制函数中没有用到，可以给0值。最后由“pin->ops->pin_mode(dev, (rt_base_t)mode->pin, (rt_base_t)mode->mode);”调用用户函数stm32_pin_write（）函数实现引脚操作。注意参数size虽然在_pin_write（）中没有具体用途而是直接“return size;”。但是在rt_device_write（）中的“return dev->write(dev, pos, buffer, size);”返回值是来自_pin_write（），当rt_device_write（）的返回值（表征错误类型，RTT在rtdef.h中定义rt_ssize_t类型）不正确时，程序不会正常运行。因此必须传入sizeof(value0)或者sizeof(value1)，而不能随便传入一个值。

        上例子中只操作一只引脚，为这一只引脚分配了引脚模式和引脚值，即一只管脚就被视为一个设备。若使用多个引脚，那么应该为每个引脚一一分配设备句柄及分配引脚模式和引脚值。

直接调用硬件层API

示例

#include <rtthread.h>

#include <rtdevice.h>

#include <board.h>

#include "drv_gpio.h"

#define LED0_PIN    GET_PIN(C, 0)

int main()

{

    rt_pin_mode(LED0_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);

    while (1)

    {

        rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_HIGH);

        rt_thread_mdelay(500);

        rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_LOW);

        rt_thread_mdelay(500);

    }

return 0;

}

        此方法和直接使用标准库较为类似，没有体现操作系统面向设备对象的编程思想。在官方例程中多以这种方式出现读者眼中。

总结

        针对在RTT环境下操作STM32的IO不同实现方式的分析比较，本质上调用函数没有区别。但是在编程思想上，它们明显不同。具体使用哪种方式，取决于您的项目复杂度和开发人员关系。假设驱动和使用驱动的应用开发人员为同一人，他完全可以直接调用封装好的接口，诸如rt_pin_mode（）、rt_pin_write（）、rt_pin_read（）等等。

图6

        若使用驱动的应用开发者和驱动开发者不是同一人，应用开发者不会再花时间去学习了解驱动的接口时如何使用的，他只会使用RTT的标准接口。例如图6所示的rt_device_find（）、rt_device_open（）、rt_device_control（）、rt_device_read/write（）等。

参考文献

I/O 设备模型

STM32F103 德飞莱开发板 BSP 说明

Keil 模拟器 STM32F103 上手指南