在嵌入式中如何实现应用层和硬件层分层管理呢

一、前言

以STM32为例，打开网络上下载的例程或者是购买开发板自带的例程，都会发现应用层中会有stm32f10x.h或者stm32f10x_gpio.h，这些文件严格来时属于硬件层的，如果软件层出现这些文件会显得很乱。

使用过Linux的童鞋们肯定知道linux系统无法直接操作硬件层，打开linux或者rt_thread代码会发现代码中都会有device的源文件，没错，这就是驱动层。

二、实现原理

原理就是将硬件操作的接口全都放到驱动链表上，在驱动层实现device的open、read、write等操作。当然这样做也有弊端，就是驱动find的时候需要遍历一遍驱动链表，这样会增加代码运行时间。

三、代码实现

国际惯例，写代码先写头文件。rt_thread中使用的是双向链表，为了简单在这我只用单向链表。有兴趣的可以自行研究rt_thread

头文件接口:

本次只实现如下接口，device_open  和device_close等剩下的接口可以自行研究。这样就可以在应用层中只调用如下接口可实现：

/*

    驱动注册

*/

int cola_device_register(cola_device_t *dev);

/*

    驱动查找

*/

cola_device_t *cola_device_find(const char *name);

/*

    驱动读

*/

int cola_device_read(cola_device_t *dev,  int pos, void *buffer, int size);

/*

    驱动写

*/

int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);

/*

    驱动控制

*/

int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev,  int cmd, void *arg);;

头文件cola_device.h：

#ifndef _COLA_DEVICE_H_

#define _COLA_DEVICE_H_

enum LED_state

{

    LED_OFF,

    LED_ON,

    LED_TOGGLE,

};

typedef struct cola_device  cola_device_t;

struct cola_device_ops

{

    int  (*init)   (cola_device_t *dev);

    int  (*open)   (cola_device_t *dev, int oflag);

    int  (*close)  (cola_device_t *dev);

    int  (*read)   (cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size);

    int  (*write)  (cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);

    int  (*control)(cola_device_t *dev, int cmd, void *args);

};

struct cola_device

{

    const char * name;

    struct cola_device_ops *dops;

    struct cola_device *next;

};

/*

    驱动注册

*/

int cola_device_register(cola_device_t *dev);

/*

    驱动查找

*/

cola_device_t *cola_device_find(const char *name);

/*

    驱动读

*/

int cola_device_read(cola_device_t *dev,  int pos, void *buffer, int size);

/*

    驱动写

*/

int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);

/*

    驱动控制

*/

int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev,  int cmd, void *arg);

#endif 

源文件cola_device.c：

#include "cola_device.h"

#include 

#include 

struct cola_device *device_list = NULL;

/*

    查找任务是否存在

*/

static bool cola_device_is_exists( cola_device_t *dev )

{

    cola_device_t* cur = device_list;

    while( cur != NULL )

    {

        if( strcmp(cur->name,dev->name)==0)

        {

            return true;

        }

        cur = cur->next;

    }

    return false;

}

static int device_list_inster(cola_device_t *dev)

{

    cola_device_t *cur = device_list;

    if(NULL == device_list)

    {

        device_list = dev;

        dev->next   = NULL;

    }

    else

    {

        while(NULL != cur->next)

        {

            cur = cur->next;

        }

        cur->next = dev;

        dev->next = NULL;

    }

    return 1;

}

/*

    驱动注册

*/

int cola_device_register(cola_device_t *dev)

{

    if((NULL == dev) || (cola_device_is_exists(dev)))

    {

        return 0;

    }

    if((NULL == dev->name) ||  (NULL == dev->dops))

    {

        return 0;

    }

    return device_list_inster(dev);

}

/*

    驱动查找

*/

cola_device_t *cola_device_find(const char *name)

{

    cola_device_t* cur = device_list;

    while( cur != NULL )

    {

        if( strcmp(cur->name,name)==0)

        {

            return cur;

        }

        cur = cur->next;

    }

    return NULL;

}

/*

    驱动读

*/

int cola_device_read(cola_device_t *dev,  int pos, void *buffer, int size)

{

    if(dev)

    {

        if(dev->dops->read)

        {

            return dev->dops->read(dev, pos, buffer, size);

        }

    }

    return 0;

}

/*

    驱动写

*/

int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size)

{

    if(dev)

    {

        if(dev->dops->write)

        {

            return dev->dops->write(dev, pos, buffer, size);

        }

    }

    return 0;

}

/*

    驱动控制

*/

int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev,  int cmd, void *arg)

{

    if(dev)

    {

        if(dev->dops->control)

        {

            return dev->dops->control(dev, cmd, arg);

        }

    }

    return 0;

}

硬件注册方式:以LED为例，初始化接口void led_register(void)，需要在初始化中调用。

#include "stm32f0xx.h"

#include "led.h"

#include "cola_device.h"

#define PORT_GREEN_LED                 GPIOC                   

#define PIN_GREENLED                   GPIO_Pin_13              

/* LED亮、灭、变化 */

#define LED_GREEN_OFF                  (PORT_GREEN_LED->BSRR = PIN_GREENLED)

#define LED_GREEN_ON                   (PORT_GREEN_LED->BRR  = PIN_GREENLED)

#define LED_GREEN_TOGGLE               (PORT_GREEN_LED->ODR ^= PIN_GREENLED)

static cola_device_t led_dev;

static void led_gpio_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOC, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_GREENLED;                            

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;                     

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                  

    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;                     

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;                  

    GPIO_Init(PORT_GREEN_LED, &GPIO_InitStructure);

    LED_GREEN_OFF;

}

static int led_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *args)

{

    if(LED_TOGGLE == cmd)

    {

        LED_GREEN_TOGGLE;

    }

    else 

    {

    }

    return 1;

}

static struct cola_device_ops ops =

{

    .control = led_ctrl,

};

void led_register(void)

{

    led_gpio_init();

    led_dev.dops = &ops;

    led_dev.name = "led";

    cola_device_register(&led_dev);

}

应用层app代码:

#include 

#include "app.h"

#include "config.h"

#include "cola_device.h"

#include "cola_os.h"

static task_t timer_500ms;

static cola_device_t *app_led_dev;

//led每500ms状态改变一次

static void timer_500ms_cb(uint32_t event)

{

    cola_device_ctrl(app_led_dev,LED_TOGGLE,0);

}

void app_init(void)

{

    app_led_dev = cola_device_find("led");

    assert(app_led_dev);

    cola_timer_create(&timer_500ms,timer_500ms_cb);

    cola_timer_start(&timer_500ms,TIMER_ALWAYS,500);

}

这样app.c文件中就不需要调用led.h头文件了，rtt就是这样实现的。

四、总结

这样就可以实现软硬件分层了，是不是非常好用！