一、I/O設備控制塊 1、I/O設備控制塊 struct rt_device {struct rt_object parent;/* 設備類型 */enum rt_device_class_type type;/* 設備參數及打開參數 */rt_uint16_t flag, open_flag;/* 提供給上層應用的回調函數 */rt_err_t (*rx_indicate)(rt_device_t dev, rt_size_t size);rt_err_t (*tx_complete)(rt_device_t dev, void* buffer);/* 公共的設備接口(由驅動程序提供) */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_size_t (*read) (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void* buffer, rt_size_t size);rt_size_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, rt_uint8_t cmd, void *args);/* 用于支持電源管理的函數接口 */ #ifdef RT_USING_DEVICE_SUSPENDrt_err_t (*suspend) (rt_device_t dev);rt_err_t (*resumed) (rt_device_t dev); #endif /* 設備的私有數據 */void* user_data; };typedef struct rt_device* rt_device_t;當前RT-Thread支持的設備類型包括： enum rt_device_class_type {RT_Device_Class_Char = 0, /* 字符設備 */RT_Device_Class_Block, /* 塊設備 */RT_Device_Class_NetIf, /* 網絡接口 */RT_Device_Class_MTD, /* 內存設備 */RT_Device_Class_CAN, /* CAN設備 */RT_Device_Class_RTC, /* RTC設備 */RT_Device_Class_Sound, /* 聲音設備 */RT_Device_Class_Display, /* 顯示設備 */RT_Device_Class_Unknown /* 未知設備 */ };注：uspend、resume回調函數只會在RT_USING_DEVICE_SUSPEND宏使能的情況下才 會有效。 從設備控制塊，我們可以看到，每個設備對象都會在內核中維護一個設備控制塊結構， 這種結構是使設備對象繼承rt_object基類，然后形成rt_device設備類型。2、注冊設備 一個設備能夠被上層應用訪問前，需要先把這個設備注冊到系統中，并添加一些相應的 一些屬性。這些注冊的設備均可以通過設備名，采用“查找設備接口”的方式從系統中查找 到，從而獲得該設備控制塊（或設備句柄）。注冊設備的函數接口如下： rt_err_t rt_device_register(rt_device_t dev, const char* name, rt_uint8_t flags);函數參數： dev 設備句柄； name 設備名稱； flag 設備模式標志： flags參數支持下列參數(可以采用或的方式支持多種參數)：#define RT_DEVICE_FLAG_DEACTIVATE 0x000 /* 未初始化設備 */ #define RT_DEVICE_FLAG_RDONLY 0x001 /* 只讀設備 */ #define RT_DEVICE_FLAG_WRONLY 0x002 /* 只寫設備 */ #define RT_DEVICE_FLAG_RDWR 0x003 /* 讀寫設備 */ #define RT_DEVICE_FLAG_REMOVABLE 0x004 /* 可移除設備 */ #define RT_DEVICE_FLAG_STANDALONE 0x008 /* 獨立設備 */ #define RT_DEVICE_FLAG_ACTIVATED 0x010 /* 已激活設備 */ #define RT_DEVICE_FLAG_SUSPENDED 0x020 /* 掛起設備 */ #define RT_DEVICE_FLAG_STREAM 0x040 /* 設備處于流模式 */ #define RT_DEVICE_FLAG_INT_RX 0x100 /* 設備處于中斷接收模式*/ #define RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX 0x200 /* 設備處于DMA接收模式 */ #define RT_DEVICE_FLAG_INT_TX 0x400 /* 設備處于中斷發送模式*/ #define RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX 0x800 /* 設備處于DMA發送模式 */設備流模式RT_DEVICE_FLAG_STREAM參數用于向串口終端輸出字符串：當輸出的字符 是“\n”時，自動在前面補一個“\r”做分行。 函數返回 返回RT_EOK 警告：應當避免重復注冊已經注冊的設備，以及注冊相同名字的設備。3、移除設備 將設備從設備系統中移除，被卸載的設備將不能再通過“查找設備接口”被查找到。卸 載設備的函數接口如下所示： rt_err_t rt_device_unregister(rt_device_t dev)函數參數 參數 描述 dev 設備句柄； 函數返回 返回RT_EOK 注：卸載設備并不會釋放設備控制塊所占用的內存4、初始化所有設備 初始化所有注冊到設備對象管理器中的未初始化的設備，可以通過如下函數接口完成：rt_err_t rt_device_init_all(void)函數參數 無 函數返回 返回RT_EO ? 注：此函數將逐漸廢棄，不推薦在應用程序中調用。當一個設備初始化完成后它 的flags域中的RT_DEVICE_FLAG_ACTIVATED應該被置位。如果設備的flags域已經是 RT_DEVICE_FLAG_ACTIVATED，調用這個接口將不再重復做初始化。5、查找設備 根據指定的設備名稱查找設備，可以通過如下接口完成：rt_device_t rt_device_find(const char* name)使用這個函數接口時，系統會在設備對象類型所對應的對象容器中遍歷尋找設備對象， 然后返回該設備的句柄，如果沒有找到相應的設備對象，則返回RT_NULL。 函數參數 參數 描述 name 設備名稱。 函數返回 查找到對應設備將返回相應的設備句柄；否則返回RT_NULL。6、打開設備 根據設備控制塊來打開設備，可以通過如下函數接口完成：rt_err_t rt_device_open (rt_device_t dev, rt_uint16_t oflags);函數參數 參數 描述 dev 設備句柄； oflags 訪問模式。其中oflags支持以下列表中的參數：#define RT_DEVICE_OFLAG_CLOSE 0x000 /* 設備已經關閉（內部使用） */ #define RT_DEVICE_OFLAG_RDONLY 0x001 /* 以只讀方式打開設備 */ #define RT_DEVICE_OFLAG_WRONLY 0x002 /* 以只寫方式打開設備 */ #define RT_DEVICE_OFLAG_RDWR 0x003 /* 以讀寫方式打開設備 */ #define RT_DEVICE_OFLAG_OPEN 0x008 /* 設備已經打開（內部使用） */函數返回 返回驅動的open函數返回值 注：如果設備注冊時指定的參數中包括RT_DEVICE_FLAG_STANDALONE參數，此設備將 不允許重復打開，返回-RT_EBUSY。7、關閉設備 根據設備控制塊來關閉設備，可以通過如下函數接口完成：rt_err_t rt_device_close(rt_device_t dev)函數參數 參數 描述 dev 設備句柄；函數返回 返回驅動的close函數返回值8、讀設備 從設備中讀取，或獲得數據，可以通過如下函數接口完成：rt_size_t rt_device_read (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void* buffer, rt_size_t size)調用這個函數，會從設備dev中獲得數據，并存放在buffer緩沖區中。這個緩沖區的最 大長度是size。pos根據不同的設備類別存在不同的意義。 函數參數 參數 描述 dev 設備句柄； pos 讀取數據偏移量； buffer 內存緩沖區指針，讀取的數據將會被保存在緩沖區中； size 讀取數據的大小。 函數返回返回讀到數據的實際大小（如果是字符設備，返回大小以字節為單位；如果是塊設備， 返回的大小以塊為單位）；如果返回0，則需要讀取當前線程的errno來判斷錯誤狀態。9、寫設備 向設備中寫入數據，可以通過如下函數接口完成：rt_size_t rt_device_write(rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void* buffer, rt_size_t size)調用這個函數，會把緩沖區buffer中的數據寫入到設備dev中。寫入數據的最大長度是 size。pos根據不同的設備類別存在不同的意義。 函數參數參數 描述 dev 設備句柄； pos 讀取數據偏移量； buffer 內存緩沖區指針，放置要寫入的數據； size 寫入數據的大小。函數返回 返回寫入數據的實際大小(如果是字符設備，返回大小以字節為單位；如果是塊設備， 返回的大小以塊為單位)；如果返回0，則需要讀取當前線程的errno來判斷錯誤狀態 ? 注：在RT-Thread的塊設備中，從1.0.0版本開始， rt_device_read()/rt_device_write()接 口的pos、size參數按照以塊為單位。0.3.x以前的版本則按字節為單位。10、控制設備 根據設備控制塊來控制設備，可以通過下面的函數接口完成：rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, rt_uint8_t cmd, void* arg);函數參數 參數 描述 dev 設備句柄； cmd 命令控制字，這個參數通常與設備驅動程序相關； arg 控制的參數函數返回 返回驅動控制接口的返回值。11、設置數據接收指示 設置一個回調函數，當硬件設備收到數據時回調以通知用程序有數據到達。可以通過如 下函數接口完成設置接收指示： 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));在調用這個函數時，回調函數rx_ind由調用者提供。當硬件設備接收到數據時，會回調 這個函數并把收到的數據長度放在size參數中傳遞給上層應用。上層應用線程應在收到指示 后，立刻從設備中讀取數據。 函數參數 參數 描述 dev 設備句柄； rx_ind 接收回調函數。函數返回 返回RT_EOK12、設置發送完成指示 在上層應用調用rt_device_write寫入數據時，如果底層硬件能夠支持自動發送，那么上層應用可以設置一個回調函數。這個回調函數會在底層硬件給出的發送完成后(例如DMA傳送完成或FIFO已經寫入完畢產生完成中斷時)被調用。可以通過如下函數接口設置設備發送完成指示： rt_err_t rt_device_set_tx_complete(rt_device_t dev, rt_err_t (*tx_done)(rt_device_t dev,void *buffer)) 調用這個函數時，回調函數tx_done參數由調用者提供，當硬件設備發送完數據時，由驅動程序回調這個函數并把發送完成的數據塊地址buffer做為參數傳遞給上層應用。上層應用（線程）在收到指示時應根據發送buffer的情況，釋放buffer內存塊或將其做為下一個寫數據的緩存。 函數參數 參數 描述 dev 設備句柄； tx_done 發送回調函數。函數返回 返回RT_EOK二、設備驅動設備驅動必須實現的接口 在10.1節中提及了RT-Thread設備接口類，我們著重看看其中包含的一套公共設備接口 (類似上節說的設備訪問接口，但面向的層次已經不一樣，這里是面向底層驅動)：/* 公共的設備接口(由驅動程序提供) */ 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_size_t (*read) (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void* buffer, rt_size_t size); rt_size_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, rt_uint8_t cmd, void *args);/* 用于支持電源管理的函數接口 */#ifdef RT_USING_DEVICE_SUSPENDrt_err_t (*suspend) (rt_device_t dev);rt_err_t (*resumed) (rt_device_t dev); #endif這些接口也是上層應用通過RT-Thread設備接口進行訪問的實際底層接口（如設備操作接口與設備驅動程序接口的映射 ）：即這些驅動實現的底層接口是上層應用最終訪問的落腳點，例如上層應用調用rt_device_read接口進行設備讀取數據操作，上層應先調用rt_device_find獲得相對應的設備句柄，而在調用rt_device_read時，就是使用這個設備句柄所對應驅動的driver_read。上述的接口是一一對應關系。 I/O設備模塊提供的這六個接口（rt_device_init/open/read/write/control），對應到設備驅動程序的六個接口（driver_init/open/read/write/control等），可以認為是底層設備驅動必須提供的接口：1、init 設備的初始化。設備初始化完成后，設備控制塊的flag會被置 成已激活狀態(RT_DEVICE_FLAG_ACTIVATED)。如果設備控制塊 的flag 不是已激活狀態，那么在設備框架調用 rt_device_init_all接口時將調用此設備驅動的init接口進行 設備初始化；如果設備控制塊中的flag標志已經設置成激活狀 態，那么再運行初始化接口時，會立刻返回，而不會重新進行 初始化。 2、open 打開設備。有些設備并不是系統一啟動就已經打開開始運行； 或者設備需要進行數據接收，但如果上層應用還未準備好，設 備也 不應默認已經使能并開始接收數據。所以建議在寫底層驅 動程序時，應在調用open接口時才使能設備。3、close 關閉設備。建議在打開設備時，設備驅動自行維護一個打開計數，在打開設備時進行+1操作，在關閉設備時進行-1操作， 當計數 器變為0時，進行真正的關閉操作。4、read 從設備中讀取數據。參數pos指出讀取數據的偏移量，但是有些 設備并不一定需要指定偏移量，例如串口設備，設備驅動應忽 略這 個參數。而對于塊設備來說，pos以及size都是以塊設備的 數據塊大小做為單位的。例如塊設備的數據塊大小是512，而參 數中pos= 10, size = 2，那么驅動應該返回設備中第10個塊 （從第0個塊做為起始），共計2個塊的數據。這個接口返回的 類型rt_size_t，即讀到的字節數或塊數目。正常情況下應 該會返回參數中size的數值，如果返回零請設置對應的errno值。 5、write 向設備中寫入數據。參數pos指出寫入數據的偏移量。與讀操作 類似，對于塊設備來說，pos以及size都是以塊設備的數據塊 大小做 為單位的。這個接口返回的類型是rt_size_t，即真實寫 入數據的字節數或塊數目。正常情況下應該會返回參數中size 的數值，如果返回零請設置對應的errno值。6、control 根據不同的cmd命令控制設備。命令往往是由底層各類設備驅 動自定義實現。例如參數RT_DEVICE_CTRL_BLK_GETGEOME，意思 是獲取塊設備的大小信息。三、設備驅動實現的步驟在實現一個RT-Thread設備時，可以按照如下的步驟進行（對于一些復雜的設備驅動，例如以太網接口驅動、圖形設備驅動，請參看網絡組件、GUI部分章節）： ? 按照RT-Thread的對象模型，擴展一個對象有兩種方式： ? 定義自己的私有數據結構，然后賦值到RT-Thread設備控制塊的user_data指針上； ? 從struct rt_device結構中進行派生。 ? 實現RT-Thread I/O設備模塊中定義的6個公共設備接口，開始可以是空函數(返回類型是rt_err_t的可默認返回RT_EOK)； ? 根據自己的設備類型定義自己的私有數據域。特別是在可能有多個相類似設備的情況下（例如串口1、2），設備接口可以共用同一套接口，不同的只是各自 的數據域(例如寄存器基地址)； ? 根據設備的類型，注冊到RT-Thread設備框架中。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的RT-Thread的I/O设备模块及其驱动实现步骤的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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