• 【RT-Thread笔记】IO设备模型及GPIO设备


    RTT内核对象——设备

    RT-Thread有多种内核对象,其中设备device就是其中一种。

    内核继承关系图如下:

    设备继承关系图如下:

    device对象对应的结构体如下:

    其中,设备类型type有如下几类:

    设备的操作方法结构体:

    I/O设备模型框架

    RT-Thread 提供了一套简单的 I/O 设备模型框架 :

    应用程序通过 I/O 设备管理接口获得正确的设备驱动,然后通过这个设备驱动与底层 I/O 硬件设备进行数据(或控制)交互。

    I/O 设备管理层:实现了对设备驱动程序的封装。 设备驱动程序的升级、更替不会对上层应用产生影响, 从而降低了代码的耦合性、复杂性,提高了系统的可靠性。

    设备驱动框架层: 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。

    设备驱动层: 是一组驱使硬件设备工作的程序,实现访问硬件设备的功能。 这一层是与硬件有关的,不同的芯片的同种外设驱动是不同的,STM32的GPIO驱动与NXP的GPIO驱动是不同的。这一层负责创建与注册I/O设备,对于操作逻辑简单的设备,可以不经过设备驱动框架层。

    设备的两种注册方式

    1、 对于操作逻辑简单的设备,可以不经过设备驱动框架层,直接将设备注册到 I/O 设备管理器中:

    2、 对于另一些设备,如看门狗等,则会将创建的设备实例先注册到对应的设备驱动框架中,再由设备驱动框架向 I/O 设备管理器进行注册 :

    I/O设备接口

    1、创建及注册I/O设备

    设备创建:

    设备注册:

    2、访问I/O设备

    应用程序通过 I/O 设备管理接口来访问硬件设备,当设备驱动实现后,应用程序就可以访问该硬件。
    I/O 设备管理接口与 I/O 设备的操作方法的映射关系下图所示:

    查找设备:

    初始化设备:

    打开和关闭设备:

    控制设备:

    读写设备:

    数据收发回调:

    GPIO(PIN)设备模型

    上面说的设备驱动层有两种注册设备的方式,对应的应用程序也有两种访问设备的方式。一种是通过设备操作接口访问,另一种是通过通用的设备驱动来访问。这里我们使用通用的GPIO设备驱动(对应源码:pin.c)来访问GPIO设备。其中通用的设备驱动在RT-Thread代码中作为一个组件,对应的路径为:

    rt-threadcomponentsdrivers
    

    这个文件夹下有很多驱动框架:

    我们用的GPIO(PIN)设备驱动pin.c存在于文件夹misc下。

    GPIO输入输出实验(按键点灯):

    创建一个pin线程:

    按键按下LED被点亮,按键松开LED熄灭。

    static void pin_thread_entry(void *parameter)
    {
    	unsigned int count = 1;
    	
    	/* 设置LED引脚为输出模式 */
        rt_pin_mode(PIN_LED_R, PIN_MODE_OUTPUT);
    	
        /* 设置KEY0引脚为输入模式 */
        rt_pin_mode(PIN_KEY0, PIN_MODE_INPUT);
    	
    	while (count > 0)
    	{
            /* 读取KEY0引脚状态 */
            if (rt_pin_read(PIN_KEY0) == PIN_LOW)
            {
                rt_thread_mdelay(50);
                if (rt_pin_read(PIN_KEY0) == PIN_LOW)
                {
    				count++;
                    rt_kprintf("KEY0 pressed!  LED ON! count = %d
    ", count);
                    rt_pin_write(PIN_LED_R, PIN_LOW);
                }
            }
            else
            {
                rt_pin_write(PIN_LED_R, PIN_HIGH);
            }
            rt_thread_mdelay(10);
    	}
    }
    
    int main(void)
    {
    	/* 线程句柄定义 */
    	rt_thread_t tid;  
    	
    	/* 创建动态pin线程 :优先级 25 ,时间片 5个系统滴答,线程栈512字节 */
    	tid = rt_thread_create("pin_thread",
    							pin_thread_entry,
    							RT_NULL,
    							STACK_SIZE,
    							THREAD_PRIORITY,
    							TIMESLICE);
    	
    	/* 创建成功则启动动态线程 */
    	if (tid != RT_NULL)
    	{
    		rt_thread_startup(tid);
    	} 
    
        return 0;
    }
    

    下载程序,在终端输入list_device命令:

    可以看到device是pin,类型是Miscellaneous Device,说明我们正在使用通用的GPIO设备驱动。这个实验中有三个文件值得关注,分别是

    device.c:设备管理层
    pin.c:设备驱动框架层
    drv_gpio.c:设备驱动层
    

    其中device.cpin.c属于RT-Thread的范畴,drv_gpio.c与具体的硬件有关,这个文件里操控的就是与硬件有关的东西,如:

    程序中用到的rt_pin_modert_pin_write等都是PIN设备管理接口。PIN设备管理有如下几个接口:

    设置引脚模式:

    RT-Thread 提供的引脚编号需要和芯片的引脚号区分开来,它们并不是同一个概念,引脚编号由 PIN设备驱动程序定义,和具体的芯片相关。

    设置引脚电平:

    读取引脚电平:

    绑定引脚中断回调函数:

    使能引脚中断:

    脱离引脚中断回调函数:

    以上就是本次的笔记,如有错误,欢迎指出。


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