RT-Thread-I/O设备模型基本函数整理RT-Thread问答社区

I/O设备模型基本函数整理

发布于 2020-03-17 11:29:22 浏览：1191 订阅该版

[tocm]

#### 设备与驱动
1. I/O设备模型
基本函数整理

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。它负责创建和注册 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，直接将设备注册到 I/O 设备管理器中，使用序列图如下图所示，主要有以下 2 点：
设备驱动根据设备模型定义，创建出具备硬件访问能力的设备实例，将该设备通过 rt_device_register() 接口注册到 I/O 设备管理器中。
应用程序通过 rt_device_find() 接口查找到设备，然后使用 I/O 设备管理接口来访问硬件。

![enter description here](./images/1584409633442.png)
 
 设备对象定义
``` c
 struct rt_device
{
    struct rt_object          parent;        /* 内核对象基类 */
    enum rt_device_class_type type;          /* 设备类型 */
    rt_uint16_t               flag;          /* 设备参数 */
    rt_uint16_t               open_flag;     /* 设备打开标志 */
    rt_uint8_t                ref_count;     /* 设备被引用次数 */
    rt_uint8_t                device_id;     /* 设备 ID,0 - 255 */

/* 数据收发回调函数 */
    rt_err_t (*rx_indicate)(rt_device_t dev, rt_size_t size);
    rt_err_t (*tx_complete)(rt_device_t dev, void *buffer);

const struct rt_device_ops *ops;    /* 设备操作方法 */

/* 设备的私有数据 */
    void *user_data;
};
typedef struct rt_device *rt_device_t;
```
rt_device_class_type所支持的I/O设备
```c
RT_Device_Class_Char             /* 字符设备       */
RT_Device_Class_Block            /* 块设备         */
RT_Device_Class_NetIf            /* 网络接口设备    */
RT_Device_Class_MTD              /* 内存设备       */
RT_Device_Class_RTC              /* RTC 设备        */
RT_Device_Class_Sound            /* 声音设备        */
RT_Device_Class_Graphic          /* 图形设备        */
RT_Device_Class_I2CBUS           /* I2C 总线设备     */
RT_Device_Class_USBDevice        /* USB device 设备  */
RT_Device_Class_USBHost          /* USB host 设备   */
RT_Device_Class_SPIBUS           /* SPI 总线设备     */
RT_Device_Class_SPIDevice        /* SPI 设备        */
RT_Device_Class_SDIO             /* SDIO 设备       */
RT_Device_Class_Miscellaneous    /* 杂类设备        */
```
其中字符设备、块设备是常用的设备类型，它们的分类依据是设备数据与系统之间的传输处理方式。
字符模式设备允许非结构的数据传输，即通常数据传输采用*串行的形式*，每次一个字节。字符设备通常是一些简单设备，如串口、按键。
块设备每次传输一个数据块，例如每次传输 512 个字节数据。这个数据块是硬件强制性的，数据块可能使用某类数据接口或某些强制性的传输协议，否则就可能发生错误。因此，有时块设备驱动程序对读或写操作必须执行附加的工作。而在实际过程中，最后一部分数据尺寸有可能小于正常的设备块尺寸。如上图中每个块使用单独的写请求写入到设备中，头 3 个直接进行写操作。但最后一个数据块尺寸小于设备块尺寸，设备驱动程序必须使用不同于前 3 个块的方式处理最后的数据块。通常情况下，设备驱动程序需要首先执行相对应的设备块的读操作，然后把写入数据覆盖到读出数据上，然后再把这个 “合成” 的数据块作为一整个块写回到设备中。

驱动层负责创建设备实例，并注册到 I/O 设备管理器中，动态创建方式：
rt_device_t rt_device_create(int type, int attach_size);

```c
struct rt_device_ops
{//设备操作方法
    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, int cmd, void *args);
};
```
当一个动态创建的设备不再需要使用时可以通过如下函数来销毁：
void rt_device_destroy(rt_device_t device);

设备被创建后，需要注册到 I/O 设备管理器中，应用程序才能够访问，注册设备的函数如下所示：
rt_err_t rt_device_register(rt_device_t dev, const char* name, rt_uint8_t flags);
flags所支持的宏
```c
#define RT_DEVICE_FLAG_RDONLY       0x001 /* 只读 */
#define RT_DEVICE_FLAG_WRONLY       0x002 /* 只写  */
#define RT_DEVICE_FLAG_RDWR         0x003 /* 读写  */
#define RT_DEVICE_FLAG_REMOVABLE    0x004 /* 可移除  */
#define RT_DEVICE_FLAG_STANDALONE   0x008 /* 独立   */
#define RT_DEVICE_FLAG_SUSPENDED    0x020 /* 挂起  */
#define RT_DEVICE_FLAG_STREAM       0x040 /* 流模式  */
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_RX       0x100 /* 中断接收 */
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX       0x200 /* DMA 接收 */
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_TX       0x400 /* 中断发送 */
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX       0x800 /* DMA 发送 */
```
当设备注销后的，设备将从设备管理器中移除，也就不能再通过设备查找搜索到该设备。注销设备不会释放设备控制块占用的内存。注销设备的函数如下所示：
rt_err_t rt_device_unregister(rt_device_t dev);
查找设备:
rt_device_t rt_device_find(const char* name);

初始化设备:（当一个设备已经初始化成功后，调用这个接口将不再重复做初始化 0。）
rt_err_t rt_device_init(rt_device_t dev);
打开和关闭
rt_err_t rt_device_open(rt_device_t dev, rt_uint16_t oflags);
```c
//打开模式标志
#define RT_DEVICE_OFLAG_CLOSE 0x000   /* 设备已经关闭（内部使用）*/
#define RT_DEVICE_OFLAG_RDONLY 0x001  /* 以只读方式打开设备 */
#define RT_DEVICE_OFLAG_WRONLY 0x002  /* 以只写方式打开设备 */
#define RT_DEVICE_OFLAG_RDWR 0x003    /* 以读写方式打开设备 */
#define RT_DEVICE_OFLAG_OPEN 0x008    /* 设备已经打开（内部使用）*/
#define RT_DEVICE_FLAG_STREAM 0x040   /* 设备以流模式打开 */
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_RX 0x100   /* 设备以中断接收模式打开 */
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX 0x200   /* 设备以 DMA 接收模式打开 */
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_TX 0x400   /* 设备以中断发送模式打开 */
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX 0x800   /* 设备以 DMA 发送模式打开 */
```
rt_err_t rt_device_close(rt_device_t dev);

控制设备
rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, rt_uint8_t cmd, void* arg);
```c
//基本cmd命令
#define RT_DEVICE_CTRL_RESUME           0x01   /* 恢复设备 */
#define RT_DEVICE_CTRL_SUSPEND          0x02   /* 挂起设备 */
#define RT_DEVICE_CTRL_CONFIG           0x03   /* 配置设备 */
#define RT_DEVICE_CTRL_SET_INT          0x10   /* 设置中断 */
#define RT_DEVICE_CTRL_CLR_INT          0x11   /* 清中断 */
#define RT_DEVICE_CTRL_GET_INT          0x12   /* 获取中断状态 */
```
读写设备
rt_size_t rt_device_read(rt_device_t dev, rt_off_t pos,void* buffer, rt_size_t size);
rt_size_t rt_device_write(rt_device_t dev, rt_off_t pos,const void* buffer, rt_size_t size);

数据收发回调
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))；

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

```c
//源码中使用回调函数的例子
void finsh_set_device(const char *device_name)
{
    rt_device_t dev = RT_NULL;

RT_ASSERT(shell != RT_NULL);
    dev = rt_device_find(device_name);
    if (dev == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("finsh: can not find device: %s<br>", device_name);
        return;
    }

/* check whether it's a same device */
    if (dev == shell->device) return;
    /* open this device and set the new device in finsh shell */
    if (rt_device_open(dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX | \
                       RT_DEVICE_FLAG_STREAM) == RT_EOK)
    {
        if (shell->device != RT_NULL)
        {
            /* close old finsh device */
            rt_device_close(shell->device);
            rt_device_set_rx_indicate(shell->device, RT_NULL);
        }

/* clear line buffer before switch to new device */
        memset(shell->line, 0, sizeof(shell->line));
        shell->line_curpos = shell->line_position = 0;

shell->device = dev;
        rt_device_set_rx_indicate(dev, finsh_rx_ind);
    }
}
static rt_err_t finsh_rx_ind(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
    RT_ASSERT(shell != RT_NULL);

/* release semaphore to let finsh thread rx data */
    rt_sem_release(&shell->rx_sem);

return RT_EOK;
}
```