中信建投股票交易接口-RTThread设备和驱动总结

I/O设备模型

绝大部分的嵌入式系统都包括一些I/O设备，例如仪器上的数据显示屏、工业设备上的串口通信、数据采集设备上用于保存数据的Flash或SD卡，以及网络设备的以太网接口等，都是嵌入式系统中容易找到的I/O设备例子。

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，如下所示，它位于硬件和应用程序之间，共分成三层，从上到下分别是I/O设备管理层、设备驱动框架层、设备驱动层。

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硬件设备进行数据交互。

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。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，使用序列如下所示，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。

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，主要有以下几点：

看门狗设备驱动程序根据看门狗设备模型定义，创建出具备硬件访问能力的看门狗设备实例，并将该看门狗设备通过rt_hw_watchdog_register接口注册到看门狗设备驱动框架中。看门狗设备驱动框架通过rt_device_register接口将看门狗设备注册到I/O设备管理器中。应用程序通过I/O设备管理接口来访问看门狗设备硬件。

看门狗设备使用序列:

I/O设备模型

RT-Thread的设备模型是建立在内核对象模型基础之上的，设备被认为是一类对象，被纳入对象管理器的范畴。每个设备对象都是由基对象派生而来，每个具体设备都可以继承其父类对象的属性，并派生出其私有属性，下是设备对象的继承和派生关系示意。

设备对象具体定义如下所示：

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-Thread支持多种I/O设备类型，主要设备类型如下所示：

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。有时块设备驱动程序对读或写操作必须执行附加的工作，如下所示：

当系统服务于一个具有大量数据的写操作时，设备驱动程序必须首先将数据划分为多个包，每个包采用设备指定的数据尺寸。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。例如上中的块驱动程序需要先把块4所对应的设备块读出来，然后将需要写入的数据覆盖至从设备块读出的数据上，使其合并成一个新的块，最后再写回到块设备中。

创建和注册I/O设备

驱动层负责创建设备实例，并注册到I/O设备管理器中，可以通过静态申明的方式创建设备实例，也可以用下面的接口进行动态创建：

rt_device_t rt_device_create(int type, int attach_size);

参数****描述

type	设备类型，可取前面小节列出的设备类型值
attach_size	用户数据大小
返回	——
设备句柄	创建成功
RT_NULL	创建失败，动态内存分配失败

调用该接口时，系统会从动态堆内存中分配一个设备控制块，大小为structrt_device和attach_size的和，设备的类型由参数type设定。设备被创建后，需要实现它访问硬件的操作方法。

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);
};

各个操作方法的描述如下表所示：

RTThread设备和驱动总结

方法名称****方法描述

init	初始化设备。设备初始化完成后，设备控制块的 flag 会被置成已激活状态 (RT_DEVICE_FLAG_ACTIVATED)。如果设备控制块中的 flag 标志已经设置成激活状态，那么再运行初始化接口时会立刻返回，而不会重新进行初始化。
open	打开设备。有些设备并不是系统一启动就已经打开开始运行，或者设备需要进行数据收发，但如果上层应用还未准备好，设备也不应默认已经使能并开始接收数据。所以建议在写底层驱动程序时，在调用 open 接口时才使能设备。
close	关闭设备。在打开设备时，设备控制块会维护一个打开计数，在打开设备时进行 + 1 操作，在关闭设备时进行 - 1 操作，当计数器变为 0 时，才会进行真正的关闭操作。
read	从设备读取数据。参数 pos 是读取数据的偏移量，但是有些设备并不一定需要指定偏移量，例如串口设备，设备驱动应忽略这个参数。而对于块设备来说，pos 以及 size 都是以块设备的数据块大小为单位的。例如块设备的数据块大小是 512，而参数中 pos = 10, size = 2，那么驱动应该返回设备中第 10 个块（从第 0 个块做为起始），共计 2 个块的数据。这个接口返回的类型是 rt_size_t，即读到的字节数或块数目。正常情况下应该会返回参数中 size 的数值，如果返回零请设置对应的 errno 值。
write	向设备写入数据。参数 pos 是写入数据的偏移量。与读操作类似，对于块设备来说，pos 以及 size 都是以块设备的数据块大小为单位的。这个接口返回的类型是 rt_size_t，即真实写入数据的字节数或块数目。正常情况下应该会返回参数中 size 的数值，如果返回零请设置对应的 errno 值。
control	根据 cmd 命令控制设备。命令往往是由底层各类设备驱动自定义实现。例如参数 RT_DEVICE_CTRL_BLK_GETGEOME，意思是获取块设备的大小信息。

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);

参数****描述

device	设备句柄
返回	无

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);

参数****描述

dev	设备句柄
name	设备名称，设备名称的最大长度由 rtconfig.h 中定义的宏 RT_NAME_MAX 指定，多余部分会被自动截掉
flags	设备模式标志
返回	——
RT_EOK	注册成功
-RT_ERROR	注册失败，dev 为空或者 name 已经存在

注：应当避免重复注册已经注册的设备，以及注册相同名字的设备。

flags参数支持下列参数：

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