I/O 设备模型框架

分成三层，从上到下分别是

1. I/O 设备管理层
2. 设备驱动框架层
3. 设备驱动层。

I/O 设备管理层实现了对设备驱动程序的封装。

设备驱动框架层是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。

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。

不经过驱动框架层

经过驱动框架层

下图一看门狗为例

I/O 设备模型

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;

I/O 设备类型

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 */

2.设备框架涉及函数

2.1创建和注册 I/O 设备

rt_device_t rt_device_create(int type, int attach_size);

一个新的设备驱动程序需要试下的框架函数

struct rt_device_ops
{
    
    /* 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_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);
};

2.2销毁一个设备

void rt_device_destroy(rt_device_t device);

2.3 注册到 I/O 设备

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

flags可选参数

#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 */

2.4 注销 I/O 设备

rt_err_t rt_device_unregister(rt_device_t dev);

3. I/O设备的访问

I/O 设备管理接口与 I/O 设备的操作方法的映射关系

3.1查找设备

rt_device_t rt_device_find(const char* name);

3.2 初始化设备

获得设备句柄后，应用程序可使用如下函数对设备进行初始化操作：

rt_err_t rt_device_init(rt_device_t dev);

3.3 打开设备

通过设备句柄，应用程序可以打开和关闭设备，打开设备时，会检测设备是否已经初始化，没有初始化则会默认调用初始化接口初始化设备。通过如下函数打开设备：

rt_err_t rt_device_open(rt_device_t dev, rt_uint16_t oflags);

flag可选参数

#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 */

3.4关闭设备

rt_err_t rt_device_close(rt_device_t dev);

3.5 控制设备

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

arg参数可选

#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 */

3.6 读设备

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

3.6 写设备

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

3.7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));

3.8 设备访问示例

#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>

#define IWDG_DEVICE_NAME "iwg"

static rt_device_t wdg_dev;

static void idle_hook(void)
{
    
    /* 在空闲线程的回调函数里喂狗 */
    rt_device_control(wdg_dev, RT_DEVICE_CTRL_WDT_KEEPALIVE, NULL);
    rt_kprintf("feed the dog!\n ");
}

int main(void)
{
    
    rt_err_t res = RT_EOK;
    rt_uint32_t timeout = 1000;    /* 溢出时间 */

    /* 根据设备名称查找看门狗设备，获取设备句柄 */
    wdg_dev = rt_device_find(IWDG_DEVICE_NAME);
    if (!wdg_dev)
    {
    
        rt_kprintf("find %s failed!\n", IWDG_DEVICE_NAME);
        return RT_ERROR;
    }
    /* 初始化设备 */
    res = rt_device_init(wdg_dev);
    if (res != RT_EOK)
    {
    
        rt_kprintf("initialize %s failed!\n", IWDG_DEVICE_NAME);
        return res;
    }
    /* 设置看门狗溢出时间 */
    res = rt_device_control(wdg_dev, RT_DEVICE_CTRL_WDT_SET_TIMEOUT, &timeout);
    if (res != RT_EOK)
    {
    
        rt_kprintf("set %s timeout failed!\n", IWDG_DEVICE_NAME);
        return res;
    }
    /* 设置空闲线程回调函数 */
    rt_thread_idle_sethook(idle_hook);

    return res;
}