RT-Thread PIN设备

RT-Thread PIN设备

  • RT-Thread PIN设备驱动框架
    • RT-Thread PIN设备驱动层次图
    • RT-Thread PIN设备注册
      • RT-Thread PIN设备注册函数
    • RT-Thread PIN设备操作函数
      • pin_get
      • pin_mode
      • pin_write
      • pin_read
      • pin_attach_irq
      • pin_detach_irq
      • pin_irq_enable

PIN设备又叫GPIO设备，是MCU输入输出的一种设备，RT-Thread将GPIO抽象成PIN设备，以实现对GPIO的基本操作。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

比如上面两个GPIO设备，其中一个作为输出控制LED灯的亮灭，一个作为输入判断按键的高低电平。
对于GPIO的操作都有以下几点:

  • 设置GPIO的方向，是作为输入还是输出
  • 设置GPIO的属性，是上拉，下拉，还是推挽、开漏等
  • 设置GPIO的高低电平或者读取GPIO的电平
  • 如果需要中断，还需要设置GPIO的中断
  • 有些GPIO能复用成其他外设功能，比如ADC、UART等

RT-Thread的PIN设备框架就需要实现上面的GPIO基本功能。

RT-Thread PIN设备驱动框架

RT-Thread PIN设备驱动层次图

在这里插入图片描述

RT-Thread PIN设备注册

RT-Thread PIN设备注册函数

int rt_device_pin_register(const char *name, const struct rt_pin_ops *ops, void *user_data)
{_hw_pin.parent.type         = RT_Device_Class_Miscellaneous;_hw_pin.parent.rx_indicate  = RT_NULL;_hw_pin.parent.tx_complete  = RT_NULL;#ifdef RT_USING_DEVICE_OPS_hw_pin.parent.ops          = &pin_ops; 
#else_hw_pin.parent.init         = RT_NULL;_hw_pin.parent.open         = RT_NULL;_hw_pin.parent.close        = RT_NULL;_hw_pin.parent.read         = _pin_read;_hw_pin.parent.write        = _pin_write;_hw_pin.parent.control      = _pin_control;
#endif_hw_pin.ops                 = ops; // PIN设备 操作函数_hw_pin.parent.user_data    = user_data;/* register a character device */rt_device_register(&_hw_pin.parent, name, RT_DEVICE_FLAG_RDWR); // 注册PIN设备return 0;
}

PIN设备的关键是用户的OPS操作函数

RT-Thread PIN设备操作函数

struct rt_pin_ops
{void (*pin_mode)(struct rt_device *device, rt_base_t pin, rt_base_t mode);void (*pin_write)(struct rt_device *device, rt_base_t pin, rt_base_t value);int (*pin_read)(struct rt_device *device, rt_base_t pin);rt_err_t (*pin_attach_irq)(struct rt_device *device, rt_int32_t pin,rt_uint32_t mode, void (*hdr)(void *args), void *args);rt_err_t (*pin_detach_irq)(struct rt_device *device, rt_int32_t pin);rt_err_t (*pin_irq_enable)(struct rt_device *device, rt_base_t pin, rt_uint32_t enabled);rt_base_t (*pin_get)(const char *name);
};
  • pin_mode:设置GPIO的模式，比如上拉下拉。
  • pin_write:设置GPIO的电平状态。
  • pin_read:读取GPIO的电平。
  • pin_attach_irq:绑定GPIO中断。
  • pin_detach_irq:脱离GPIO中断。
  • pin_irq_enable:GPIO中断使能。
  • pin_get:获取GPIO编号。

注意事项:引脚编号
对于MCU厂商来说，会给自家MCU的GPIO进行一个分类，比如STM32的MCU就会以PAX、PBX等名称进行分类,而像NXP的就会以GPIO1_IOX、GPIO2_IOX等名称进行分类。RT-Thread的PIN设备框架为了能做到通用，统一使用了引脚编号这个属性，不管MCU的引脚怎么命名，在RT-Thread里面都是以0、1、2、3等数字进行操作。

pin_get

pin_get函数的作用是获取MCU的引脚编号。下面以STM32为例进行说明

#define PIN_NUM(port, no) (((((port)&0xFu) << 4) | ((no)&0xFu)))
/* e.g. PE.7 */
static rt_base_t stm32_pin_get(const char *name)
{rt_base_t pin = 0;int hw_port_num, hw_pin_num = 0;int i, name_len;name_len = rt_strlen(name);if ((name_len < 4) || (name_len >= 6)) // 判断传入的引脚名字长度是否非法{goto out;}if ((name[0] != 'P') || (name[2] != '.')) // 判断传入的引脚名字的第0和第2位是否非法{goto out;}if ((name[1] >= 'A') && (name[1] <= 'Z')) // 判断传入的引脚范围是否非法{hw_port_num = (int)(name[1] - 'A');}else{goto out;}for (i = 3; i < name_len; i++) // 计算引脚编号{hw_pin_num *= 10;hw_pin_num += name[i] - '0';}pin = PIN_NUM(hw_port_num, hw_pin_num); // 返回引脚编号return pin;out:rt_kprintf("Px.y  x:A~Z  y:0-15, e.g. PA.0\n");return -RT_EINVAL;
}

比如传入的引脚名字为PB.0,那么通过计算可以得到PB.0的引脚编号为16。不同的MCU计算方法可能会不一样，但是道理都是一样的，就是将引脚名称全部转化为引脚编号。

pin_mode

pin_mode作用是设置GPIO引脚的模式

/*
device :设备句柄
pin    :引脚编号
mode   :引脚模式
*/void (*pin_mode)(struct rt_device *device, rt_base_t pin, rt_base_t mode);

RT-Thread提供以下几种GPIO的引脚模式

模式说明
PIN_MODE_OUTPUT输出模式
PIN_MODE_INPUT输入模式
PIN_MODE_INPUT_PULLUP输入上拉
PIN_MODE_INPUT_PULLDOWN输入下拉
PIN_MODE_OUTPUT_OD开漏输出
下面以STM32为例进行说明 

static void stm32_pin_mode(rt_device_t dev, rt_base_t pin, rt_uint8_t mode)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;if (PIN_PORT(pin) >= PIN_STPORT_MAX) // 判断输入的引脚编号是否非法{return;}/* Configure GPIO_InitStructure */GPIO_InitStruct.Pin = PIN_STPIN(pin);GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;if (mode == PIN_MODE_OUTPUT) // 配置引脚为输出模式{/* output setting */GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;}else if (mode == PIN_MODE_INPUT) // 配置引脚为输入模式{/* input setting: not pull. */GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;}else if (mode == PIN_MODE_INPUT_PULLUP) // 配置引脚为上拉输入模式{/* input setting: pull up. */GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;}else if (mode == PIN_MODE_INPUT_PULLDOWN) // 配置引脚为下拉输入模式{/* input setting: pull down. */GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;}else if (mode == PIN_MODE_OUTPUT_OD) // 配置引脚为开漏输出模式{/* output setting: od. */GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;}HAL_GPIO_Init(PIN_STPORT(pin), &GPIO_InitStruct); // 配置GPIO
}

如果MCU还有其他的模式配置可以自行添加

pin_write

pin_write作用是设置GPIO引脚的电平状态

/*
device :设备句柄
pin    :引脚编号
value  :输出电平
*/void (*pin_write)(struct rt_device *device, rt_base_t pin, rt_base_t value);

RT-Thread提供以下的电平

电平状态说明
PIN_LOW低电平
PIN_HIGH高电平
下面以STM32为例进行说明 
static void stm32_pin_write(rt_device_t dev, rt_base_t pin, rt_uint8_t value)
{GPIO_TypeDef *gpio_port;uint16_t gpio_pin;if (PIN_PORT(pin) < PIN_STPORT_MAX) // 判断输入的引脚编号是否非法{gpio_port = PIN_STPORT(pin);gpio_pin = PIN_STPIN(pin);HAL_GPIO_WritePin(gpio_port, gpio_pin, (GPIO_PinState)value); // 设置GPIO电平}
}

pin_read

pin_read作用是读取GPIO引脚的电平状态

/*
device :设备句柄
pin    :引脚编号
返回值: GPIO电平
*/int (*pin_read)(struct rt_device *device, rt_base_t pin);
电平状态说明
PIN_LOW低电平
PIN_HIGH高电平
下面以STM32为例进行说明 
static rt_ssize_t stm32_pin_read(rt_device_t dev, rt_base_t pin)
{GPIO_TypeDef *gpio_port;uint16_t gpio_pin;GPIO_PinState state = GPIO_PIN_RESET;if (PIN_PORT(pin) < PIN_STPORT_MAX) // 判断输入的引脚编号是否非法{gpio_port = PIN_STPORT(pin);gpio_pin = PIN_STPIN(pin);state = HAL_GPIO_ReadPin(gpio_port, gpio_pin); // 读取GPIO电平}else{return -RT_EINVAL;}return (state == GPIO_PIN_RESET) ? PIN_LOW : PIN_HIGH; // 返回高或低
}

pin_attach_irq

pin_attach_irq作用是绑定GPIO引脚中断

/*
device :设备句柄
pin    :引脚编号
mode   :引脚中断类型
hdr    :引脚中断函数
args   :中断函数参数
返回值:错误代码
*/rt_err_t (*pin_attach_irq)(struct rt_device *device, rt_int32_t pin,rt_uint32_t mode, void (*hdr)(void *args), void *args);

RT-Thread提供以下的引脚触发类型

触发类型说明
PIN_IRQ_MODE_RISING上升沿触发
PIN_IRQ_MODE_FALLING下升沿触发
PIN_IRQ_MODE_RISING_FALLING双边沿触发
PIN_IRQ_MODE_HIGH_LEVEL高电平触发
PIN_IRQ_MODE_LOW_LEVEL低电平触发

引脚的中断绑定函数需要在程序中进行保存，所以可以建一张中断表保存引脚的中断函数，当中断来临的时候，再通过查表的方式进行调用。下面以STM32为例进行说明

// 引脚的中断表
static struct rt_pin_irq_hdr pin_irq_hdr_tab[] =
{{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},{-1, 0, RT_NULL, RT_NULL},
};static rt_err_t stm32_pin_attach_irq(struct rt_device *device, rt_base_t pin,rt_uint8_t mode, void (*hdr)(void *args), void *args)
{rt_base_t level;rt_int32_t irqindex = -1;if (PIN_PORT(pin) >= PIN_STPORT_MAX) // 判断引脚编号是否非法{return -RT_ENOSYS;}irqindex = bit2bitno(PIN_STPIN(pin)); // 通过引脚编号反推得到中断号if (irqindex < 0 || irqindex >= (rt_int32_t)ITEM_NUM(pin_irq_map)) // 判断中断号是否非法{return -RT_ENOSYS;}level = rt_hw_interrupt_disable(); // 关闭中断if (pin_irq_hdr_tab[irqindex].pin == pin &&pin_irq_hdr_tab[irqindex].hdr == hdr &&pin_irq_hdr_tab[irqindex].mode == mode &&pin_irq_hdr_tab[irqindex].args == args) // 是否重复注册引脚中断{rt_hw_interrupt_enable(level);return RT_EOK;}if (pin_irq_hdr_tab[irqindex].pin != -1) // 中断号是否已经被注册{rt_hw_interrupt_enable(level);return -RT_EBUSY;}// 更新中断表pin_irq_hdr_tab[irqindex].pin = pin; pin_irq_hdr_tab[irqindex].hdr = hdr;pin_irq_hdr_tab[irqindex].mode = mode;pin_irq_hdr_tab[irqindex].args = args;rt_hw_interrupt_enable(level); // 开启中断return RT_EOK;
}
rt_inline void pin_irq_hdr(int irqno) 
{if (pin_irq_hdr_tab[irqno].hdr) // 通过查表执行中断函数{pin_irq_hdr_tab[irqno].hdr(pin_irq_hdr_tab[irqno].args);}
}

上面的函数通过引脚编号得到相应的引脚中断号，然后将引脚的中断函数注册进中断表，当中断来临的时候通过pin_irq_hdr函数在中断表找到相应的中断函数然执行。

pin_detach_irq

pin_detach_irq作用是解绑GPIO引脚中断

/*
device :设备句柄
pin    :引脚编号
返回值: 错误代码
*/rt_err_t (*pin_detach_irq)(struct rt_device *device, rt_int32_t pin);

下面以STM32为例进行说明

static rt_err_t stm32_pin_dettach_irq(struct rt_device *device, rt_base_t pin)
{rt_base_t level;rt_int32_t irqindex = -1;if (PIN_PORT(pin) >= PIN_STPORT_MAX) // 判断引脚编号是否非法{return -RT_ENOSYS;}irqindex = bit2bitno(PIN_STPIN(pin));if (irqindex < 0 || irqindex >= (rt_int32_t)ITEM_NUM(pin_irq_map)) // 判断中断号是否非法{return -RT_ENOSYS;}level = rt_hw_interrupt_disable(); // 关闭中断if (pin_irq_hdr_tab[irqindex].pin == -1) // GPIO引脚中断没有中断{rt_hw_interrupt_enable(level);return RT_EOK;}// 将GPIO中断号对应的中断表索引属性清空pin_irq_hdr_tab[irqindex].pin = -1;pin_irq_hdr_tab[irqindex].hdr = RT_NULL;pin_irq_hdr_tab[irqindex].mode = 0;pin_irq_hdr_tab[irqindex].args = RT_NULL;rt_hw_interrupt_enable(level);return RT_EOK;
}

pin_irq_enable

pin_irq_enable作用是使能GPIO引脚中断

/*
device :设备句柄
pin    :引脚编号
enabled: 使能
返回值: 错误代码
*/
rt_err_t (*pin_irq_enable)(struct rt_device *device, rt_base_t pin, rt_uint32_t enabled);

以下以STM32为例


static rt_err_t stm32_pin_irq_enable(struct rt_device *device, rt_base_t pin,rt_uint8_t enabled)
{const struct pin_irq_map *irqmap;rt_base_t level;rt_int32_t irqindex = -1;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;if (PIN_PORT(pin) >= PIN_STPORT_MAX) // 判断引脚编号是否非法{return -RT_ENOSYS;}if (enabled == PIN_IRQ_ENABLE) // 如果引脚中断使能{irqindex = bit2bitno(PIN_STPIN(pin));if (irqindex < 0 || irqindex >= (rt_int32_t)ITEM_NUM(pin_irq_map))  // 判断中断号是否非法{return -RT_ENOSYS;}level = rt_hw_interrupt_disable(); // 关中断if (pin_irq_hdr_tab[irqindex].pin == -1) // 如果中断号没有注册{rt_hw_interrupt_enable(level);return -RT_ENOSYS;}irqmap = &pin_irq_map[irqindex];/* Configure GPIO_InitStructure */GPIO_InitStruct.Pin = PIN_STPIN(pin);GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;switch (pin_irq_hdr_tab[irqindex].mode)  // 设置GPIO中断模式{case PIN_IRQ_MODE_RISING:GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING; // 上升沿触发break;case PIN_IRQ_MODE_FALLING:GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;  // 下升沿触发break;case PIN_IRQ_MODE_RISING_FALLING:GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING;  // 双边沿触发break;}HAL_GPIO_Init(PIN_STPORT(pin), &GPIO_InitStruct);// 使能GPIO中断HAL_NVIC_SetPriority(irqmap->irqno, 5, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(irqmap->irqno);pin_irq_enable_mask |= irqmap->pinbit;rt_hw_interrupt_enable(level);}else if (enabled == PIN_IRQ_DISABLE) // 引脚中断不使能{irqmap = get_pin_irq_map(PIN_STPIN(pin));if (irqmap == RT_NULL){return -RT_ENOSYS;}level = rt_hw_interrupt_disable();HAL_GPIO_DeInit(PIN_STPORT(pin), PIN_STPIN(pin));pin_irq_enable_mask &= ~irqmap->pinbit;
#if defined(SOC_SERIES_STM32F0) || defined(SOC_SERIES_STM32G0)if ((irqmap->pinbit >= GPIO_PIN_0) && (irqmap->pinbit <= GPIO_PIN_1)){if (!(pin_irq_enable_mask & (GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1))){HAL_NVIC_DisableIRQ(irqmap->irqno);}}else if ((irqmap->pinbit >= GPIO_PIN_2) && (irqmap->pinbit <= GPIO_PIN_3)){if (!(pin_irq_enable_mask & (GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3))){HAL_NVIC_DisableIRQ(irqmap->irqno);}}else if ((irqmap->pinbit >= GPIO_PIN_4) && (irqmap->pinbit <= GPIO_PIN_15)){if (!(pin_irq_enable_mask & (GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 |GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15))){HAL_NVIC_DisableIRQ(irqmap->irqno);}}else{HAL_NVIC_DisableIRQ(irqmap->irqno);}
#elseif ((irqmap->pinbit >= GPIO_PIN_5) && (irqmap->pinbit <= GPIO_PIN_9)){if (!(pin_irq_enable_mask & (GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9))){HAL_NVIC_DisableIRQ(irqmap->irqno);}}else if ((irqmap->pinbit >= GPIO_PIN_10) && (irqmap->pinbit <= GPIO_PIN_15)){if (!(pin_irq_enable_mask & (GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15))){HAL_NVIC_DisableIRQ(irqmap->irqno);}}else{HAL_NVIC_DisableIRQ(irqmap->irqno);}
#endifrt_hw_interrupt_enable(level);}else{return -RT_ENOSYS;}return RT_EOK;
}

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