RTThread studio 驱动开发

rtthread 驱动使用的两种情况

在这里插入图片描述

rtthread studio 自动生成

由 RT Thread Studio 自动生成，无需修改任何文件或者简单定义几个宏即可直接使用的驱动，如 GPIO，UART，I2C，SPI，SDIO 和 ETH 等。
使用 RT-Thread Studio 新建完整版工程时，用户不需要修改任何代码

使用hal库实现

没有对接到设备驱动框架，可直接使用 HAL 库函数进行开发的驱动，如 DAC，FSMC 等。

使用rtthread studio自动生成的外设驱动

注：增加修改外设通过RT-Thread Setting和 board.h文件进行配置。配置完成烧写运行均可通过list_device命令进行查看外设驱动是否已经注册。

gpio外设

使用 PIN 驱动需要使用 GET_PIN 获取相应的引脚编号，获取到引脚编号后，可使用 rt_pin_write 等函数来操作引脚。例如，stm32l475-atk-pandora 开发板的 LED 所接的引脚为 PE7,所以修改为

#define LED0_PIN    GET_PIN(E, //GPIO PORT7) //GPIO PIN

USART外设

由于rtthread 默认启用了uart外设进行debug输出；默认使用 UART1 进行输出，若要修改为串口 2 (TX->PA2、RX->PA3)进行输出，则在 board.h 中定义宏 BSP_USING_UART2，并将串口 2 对应的引脚信息修改为实际所使用的引脚即可
新增串口只需要在 board.h 文件中定义相关串口的宏定义 BSP_USING_UARTx 及修改引脚信息即可，新增串口的步骤总结如下
1、新增对应串口的宏定义，如 BSP_USING_UART1、BSP_USING_UART2等。
2、修改串口 TX/RX 所使用的端口，如 “PA9”、"PA10"等。
3、基于修改控制台章节新增串口 1 的示例如下

#define BSP_USING_UART1
#define BSP_UART1_TX_PIN       "PA9"
#define BSP_UART1_RX_PIN       "PA10"#define BSP_USING_UART2
#define BSP_UART2_TX_PIN       "PA2"
#define BSP_UART2_RX_PIN       "PA3"

如果需要使用串口 DMA 只需要在 board.h 文件中定义如下宏即可。

#define BSP_UARTx_RX_USING_DMA
#define BSP_UARTx_TX_USING_DMA

UARTx 表示的是哪个串口需要使用 DMA，使用的是 DMA 的发送还是接收功能。

I2C外设

软件I2C，在 board.h 文件中定义软件 I2C 相关的宏

#define BSP_USING_I2C1                         /* 使用 I2C1 总线 */
#define BSP_I2C1_SCL_PIN    GET_PIN(C, 1)      /* SCL -> PC1 */
#define BSP_I2C1_SDA_PIN    GET_PIN(D, 6)      /* SDA -> PD6 */

SPI外设

在 board.h 文件中定义 SPI 总线相关的宏，本例中使用 SPI3 总线，只需定义如下宏即可

#define BSP_USING_SPI3

在 stm32xxxx_hal_config.h 文件中打开对 SPI 的支持,也就是取消掉 HAL_SPI_MODULE_ENABLED 这个宏定义的注释，如下所示：

#define HAL_SPI_MODULE_ENABLED

定义了 BSP_USING_SPI3 宏之后，drv_spi.c 文件就会参与编译，该文件只是配置了 SPI 的工作方式和传输函数，具体 SPI 外设的时钟和引脚的初始化需要借助 STM32CubeMx 生成的代码。
例如 stm32l475-atk-pandora 开发板的 SPI3 外设连接了一个 LCD 屏幕，所以需要将 CubeMx 生成的 SPI3 的初始化代码(一般在 stm32_xxxx_hal_msp.c 文件中)复制到自己工程的 board.c 文件的末尾，使之参与编译

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* hspi)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(hspi->Instance == SPI3){/* USER CODE BEGIN SPI3_MspInit 0 *//* USER CODE END SPI3_MspInit 0 *//* Peripheral clock enable */__HAL_RCC_SPI3_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();/**SPI3 GPIO ConfigurationPC11     ------> SPI3_MISOPB3 (JTDO-TRACESWO)     ------> SPI3_SCKPB5     ------> SPI3_MOSI*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF6_SPI3;HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_5;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF6_SPI3;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);/* USER CODE BEGIN SPI3_MspInit 1 *//* USER CODE END SPI3_MspInit 1 */}
}

如果需要注册更多的 SPI 总线设备，只需参考 board.h 文件中 SPI 相关的宏定义并拷贝引脚初始化函数即可。

ETH外设

ETH 设备驱动的开发可总结为如下：
1、新建 RT-Thread 完整版项目
2、board.h中定义 BSP_USING_ETH 和 PHY 相关的宏
3、board.c中初始化 ETH 相关的引脚和时钟
4、stm32xxxx_hal_config.h中打开 HAL 库函数对 ETH 的支持
5、board.c 中实现自己的 PHY 复位函数
6、配置 lwIP 协议栈
定位到工程文件 board.h 中 ETH 配置说明部分，按照注释部分的说明分别定义 BSP_USING_ETH 和 PHY 相关的宏，本例中使用板载以太网 PHY 芯片为 LAN8720A，所以 ETH 相关的宏定义如下：

#define BSP_USING_ETH
#ifdef BSP_USING_ETH
#define PHY_USING_LAN8720A
#endif

定义了 BSP_USING_ETH 宏之后，drv_eth.c 文件就会参与编译，该文件只是配置了 ETH 的工作方式和传输函数等，具体 ETH 外设的时钟和引脚的初始化需要借助 STM32CubeMx 生成的代码。
将 STM32CubeMx 工具生成的 ETH 引脚和时钟初始化代码(一般在 stm32_xxxx_hal_msp.c 文件中)复制到自己工程的 board.c 文件的末尾，使之参与编译，如下所示：

void HAL_ETH_MspInit(ETH_HandleTypeDef* heth)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(heth->Instance==ETH){/* USER CODE BEGIN ETH_MspInit 0 *//* USER CODE END ETH_MspInit 0 *//* Peripheral clock enable */__HAL_RCC_ETH_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();/**ETH GPIO ConfigurationPC1     ------> ETH_MDCPA1     ------> ETH_REF_CLKPA2     ------> ETH_MDIOPA7     ------> ETH_CRS_DVPC4     ------> ETH_RXD0PC5     ------> ETH_RXD1PG11     ------> ETH_TX_ENPG13     ------> ETH_TXD0PG14     ------> ETH_TXD1*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF11_ETH;HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_7;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF11_ETH;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF11_ETH;HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);/* USER CODE BEGIN ETH_MspInit 1 *//* USER CODE END ETH_MspInit 1 */}}

在 stm32_xxxx_hal_config.h 文件中打开对 ETH 的支持,也就是取消掉 HAL_ETH_MODULE_ENABLED 这个宏定义的注释，如下所示：

#define HAL_ETH_MODULE_ENABLED

实现PHY复位函数：
在 drv_eth.c 文件中会调用 phy_reset 函数，该函数需要根据自己的实际情况进行实现，本例中 PHY 的复位引脚接在了 PD3 引脚，所以复位函数的实现如下所示：

#include <rtdevice.h>
#define RESET_IO GET_PIN(D, 3)void phy_reset(void)
{rt_pin_mode(RESET_IO, PIN_MODE_OUTPUT);rt_pin_write(RESET_IO, PIN_HIGH);rt_thread_mdelay(50);rt_pin_write(RESET_IO, PIN_LOW);rt_thread_mdelay(50);rt_pin_write(RESET_IO, PIN_HIGH);
}

配置 lwIP 协议栈
打开 RT-Thread Settings 文件，在图形化配置界面中左键单击 lwIP 图标即可打开 lwIP 协议栈的支持(组件开启，相应的图标会高亮)。

使用hal库实现外设驱动

1、使用 RT-Thread Studio 新建 RT-Thread 工程
2、使用 STM32CubeMx 配置外设和系统时钟
3、复制 stm32xxxx_hal_msp.c 函数
4、修改 stm32xxxx_hal_config.h 文件，打开相应外设支持。
5、替换 board.c 文件中时钟配置函数
6、使用外设

使用cubemx新建目标板卡工程

将 CubeMx 生成的代码 stm32l4xx_hal_msp.c 函数复制到 RT-Thread Studio 生成的工程中，并参与工程编译。复制完成后的结果如下图所示
在这里插入图片描述
由于我们并没有使用 CubeMx 生成的工程，所以这里需要将 stm32l4xx_hal_msp.c 文件中 #include “main.h” 替换为 #include “board.h”。

打开 HAL 库配置文件对应外设的支持宏

需要在 stm32l4xx_hal_config.h 文件使能相关外设模块

使用hal库在rtthread编写外设功能代码

void adc_init(void)
{}

驱动开发

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，如下图所示，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。
在这里插入图片描述
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：
1、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。
2、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。
在这里插入图片描述
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：
1、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。

2、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。
在这里插入图片描述
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，下图是设备对象的继承和派生关系示意图。
在这里插入图片描述
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_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        */

创建和注册 I/O 设备

创建设备

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：

//返回值为设备句柄类型 非NULL表示创建成功
rt_device_t rt_device_create(int type, //设备类型int attach_size); //用户数据大小

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 struct rt_device 和 attach_size 的和，设备的类型由参数 type 设定。

struct rt_device_ops
{/* common device interface */rt_err_t  (*init)   (rt_device_t dev); //初始化设备rt_err_t  (*open)   (rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag); //打开设备rt_err_t  (*close)  (rt_device_t dev); //关闭设备rt_size_t (*read)   (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void *buffer, rt_size_t size); //读操作rt_size_t (*write)  (rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void *buffer, rt_size_t size);//写操作rt_err_t  (*control)(rt_device_t dev, int cmd, void *args); //控制操作
};
设备被创建后，需要实现它访问硬件的操作方法。
当此设备不再使用时通过以下函数进行销毁
#### 删除设备
```c
void rt_device_destroy(rt_device_t device);

#### 注册设备
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：```c
//返回值非ERRO，表示注册成功
rt_err_t rt_device_register(rt_device_t dev,  //设备句柄const char* name, //设备名称rt_uint8_t flags); //设备模式标志

flags 参数支持下列参数 (可以采用或的方式支持多种参数)：

#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 */

设备流模式 RT_DEVICE_FLAG_STREAM 参数用于向串口终端输出字符串：当输出的字符是 “\n” 时，自动在前面补一个 “\r” 做分行。
注册成功的设备可以在 FinSH 命令行使用 list_device 命令查看系统中所有的设备信息，包括设备名称、设备类型和设备被打开次数。
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：

注销设备

rt_err_t rt_device_unregister(rt_device_t dev); //传入设备句柄进行注销设备

访问设备

在这里插入图片描述

查找设备

应用程序根据设备名称获取设备句柄，进而可以操作设备。查找设备函数如下所示：

rt_device_t rt_device_find(const char* name);

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);

控制设备

通过命令控制字，应用程序也可以对设备进行控制，通过如下函数完成：

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

参数CMD的通用设备命令可取如下宏定义

#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 */