IO設備模型

????????RT-Thread 提供了一套簡單的 I/O 設備模型框架，如下圖所示，它位于硬件和應用程序之間，共分成三層，從上到下分別是 I/O 設備管理層、設備驅動框架層、設備驅動層。

應用程序通過 I/O 設備管理接口獲得正確的設備驅動，然后通過這個設備驅動與底層 I/O 硬件設備進行交互。
I/O 設備管理層實現了對設備驅動程序的封裝
設備驅動框架層是對同類硬件設備驅動的抽象，將不同廠家的同類硬件設備驅動中相同的部分抽取出來，將不同部分留出接口，由驅動程序實現。
設備驅動層是一組驅使硬件設備工作的程序，實現訪問硬件設備的功能。

簡單設備的注冊不經過設備驅動框架層，直接將設備注冊到I/O設備管理器中

設備驅動根據設備模型定義，創建出具備硬件訪問能力的設備實例，將該設備通過rt_device_register()接口注冊到 I/O 設備管理器中
應用程序通過 rt_device_find()接口查找到設備，然后使用 I/O 設備管理接口來訪問硬件

模型框架原理

圖中：在左邊是應用層代碼，在右邊是設備驅動代碼，設備驅動層是與硬件最接近的（用于直接訪問硬件）。而設備驅動和應用程序通過同一的IO設備管理器來統一管理起來。

如何去管理呢？設備驅動在要操作硬件的時候，要向IO設備管理器去注冊，一旦注冊完之后，設備管理器就知道了哪個設備的驅動注冊到系統里面了。當注冊成功以后，當應用層想要訪問硬件的時候，通過調用rt_device_find函數來找到相應的設備驅動，一旦找到以后，就可以打開設備，接著進行讀寫操作，最后要記得關閉設備。

應用層想要去訪問硬件的時候，只需要查找到相應的設備驅動，然后調用統一的接口就能對硬件設備進行操作，不需要關注硬件的實現原理。而對應硬件驅動來講，我們只需要提供對硬件的訪問方法。具體如何去訪問，以及訪問到的數據如何去處理也跟設備驅動沒有關系。也就是說將不同的事情交給不同的層去完成，實現解耦（高內聚、低耦合）

對于一些復雜設備，需要使用到對應的設備驅動框架層，進行注冊，它們擁有自己專屬的注冊函數如：看門狗定時器

看門狗設備驅動程序根據看門狗設備模型定義，創建出具備硬件訪問能力的看門狗設備實例，并將該看門狗設備通過特定的函數 rt_hw_watchdog_register()接口注冊到看門狗設備驅動框架中
看門狗設備驅動框架通過 rt_device_register()接口將看門狗設備注冊到 I/O 設備管理器中
應用程序通過 I/O 設備管理接口來訪問看門狗設備硬件

IO設備類型

RT-Thread 支持多種 I/O 設備類型，主要設備類型如下所示

RT_Device_Class_Char = 0, /**< character device */

RT_Device_Class_Block, /**< block device */

RT_Device_Class_NetIf, /**< net interface */

RT_Device_Class_MTD, /**< memory device */

RT_Device_Class_CAN, /**< CAN device */

RT_Device_Class_RTC, /**< RTC device */

RT_Device_Class_Sound, /**< Sound device */

RT_Device_Class_Graphic, /**< Graphic device */

RT_Device_Class_I2CBUS, /**< I2C bus device */

RT_Device_Class_USBDevice, /**< USB slave device */

RT_Device_Class_USBHost, /**< USB host bus */

RT_Device_Class_SPIBUS, /**< SPI bus device */

RT_Device_Class_SPIDevice, /**< SPI device */

RT_Device_Class_SDIO, /**< SDIO bus device */

RT_Device_Class_Timer, /**< Timer device */

RT_Device_Class_Miscellaneous, /**< misc device */

RT_Device_Class_Sensor, /**< Sensor device */

RT_Device_Class_Touch, /**< Touch device */

RT_Device_Class_Unknown /**< unknown device */

創建和注冊IO設備

驅動層負責創建設備實例，并注冊到 I/O 設備管理器中

/*** This function creates a device object with user data size.** @param type, the kind type of this device object.* @param attach_size, the size of user data.** @return the allocated device object, or RT_NULL when failed.*/
rt_device_t rt_device_create(int type, int attach_size)

當一個動態創建的設備不再需要使用時可以通過如下函數來銷毀

/*** This function destroy the specific device object.** @param dev, the specific device object.*/
void rt_device_destroy(rt_device_t dev)

設備被創建后，需要實現它訪問硬件的操作方法

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);
};

設備被創建后，需要注冊到 I/O 設備管理器中，應用程序才能夠訪問

/*** This function registers a device driver withspecified name.** @param dev the pointer of device driverstructure* @param name the device driver's name* @param flags the capabilities flag ofdevice   設備模式標志** @return the error code, RT_EOK oninitialization successfully.*/
rt_err_t rt_device_register(rt_device_t dev,const char *name,rt_uint16_t flags)#define RT_DEVICE_FLAG_RDONLY 0x001/*只讀*/
#define RT_DEVICE_FLAG_WRONLY 0x002/*只寫*/
#define RT_DEVICE_FLAG_RDWR 0x003 /*讀寫*/
#define RT_DEVICE_FLAG_REMOVABLE0x004 /*可移除*/
#define RT_DEVICE_FLAG_STANDALONE0x008 /*獨立*/
#define RT_DEVICE_FLAG_SUSPENDED0x020 /*掛起*/
#define RT_DEVICE_FLAG_STREAM 0x040/*流模式*/
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_RX 0x100/*中斷接收*/
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX 0x200/*DMA接收*/
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_TX 0x400/*中斷發送*/
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX 0x800/* DMA發送*/

設備注銷后的，設備將從設備管理器中移除，也就不能再通過設備查找搜索到該設備。注銷設備不會釋放設備控制塊占用的內存

/*** This function removes a previouslyregistered device driver** @param dev the pointer of device driverstructure** @return the error code, RT_EOK onsuccessfully.*/
rt_err_t rt_device_unregister(rt_device_t dev)

RTT設備管理程序實現原理

當我們創建一個設備的時候，系統會使用一個結構體描述這個設備的所有信息。當我們創建并注冊多個設備的時候，系統就會通過列表的方式將這些結構體統一管理起來。當我們應用層想要找到某個設備的時候，就會調用find函數來找到列表頭來根據name遍歷查找，找到以后就會調用相應的方法來操作設備。當設備不用的時候，調用unregister函數來移除（將結構體變量從列表中移除），但結構體的空間依然存在，如果我們想要將結構體的空間釋放掉，就需要調用destroy函數來進行刪除釋放。

訪問IO設備

應用程序通過 I/O 設備管理接口來訪問硬件設備，當設備驅動實現后，應用程序就可以訪問該硬件，I/O 設備管理接口與 I/O 設備的操作方法的映射關系下圖所示

相應接口函數在設備句柄結構體中

使用應用層接口前，首先要查找到設備

查找設備

返回值為設備句柄指針

/*** This function finds a device driver byspecified name.** @param name the device driver's name** @return the registered device driver onsuccessful, or RT_NULL on failure.*/
rt_device_t rt_device_find(const char*name)

操作接口如下：

初始化設備

/*** This function will initialize the specified device** @param dev the pointer of device driver structure** @return the result*/
rt_err_t rt_device_init(rt_device_t dev)

打開設備

/*** This function will open a device** @param dev the pointer of device driver structure* @param oflag the flags for device open** @return the result*/
rt_err_t rt_device_open(rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag)

注：RT_DEVICE_FLAG_STREAM：流模式用于向串口終端輸出字符串：當輸出的字符是 "\n"（對應 16 進制值為 0x0A）時，自動在前面輸出一個 "\r"（對應 16 進制值為 0x0D）做分行。

流模式 RT_DEVICE_FLAG_STREAM 可以和接收發送模式參數使用或 “|” 運算符一起使用

關閉設備

/*** This function will close a device** @param dev the pointer of device driver structure** @return the result*/
rt_err_t rt_device_close(rt_device_t dev)

?控制設備

/*** This function will perform a variety of control functions on devices.** @param dev the pointer of device driver structure* @param cmd the command sent to device* @param arg the argument of command** @return the result*/
rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, int cmd, void *arg)

?讀寫設備

/*** This function will read some data from adevice.** @param dev the pointer of device driverstructure* @param pos the position of reading* @param buffer the data buffer to save read data* @param size the size of buffer** @return the actually read size onsuccessful, otherwise negative returned.** @note since 0.4.0, the unit of size/pos is ablock for block device.*/
rt_size_t rt_device_read(rt_device_tdev,rt_off_t    pos,void       *buffer,rt_size_t   size)

/*** This function will write some data to adevice.** @param dev the pointer of device driverstructure* @param pos the position of written* @param buffer the data buffer to be writtento device* @param size the size of buffer** @return the actually written size onsuccessful, otherwise negative returned.** @note since 0.4.0, the unit of size/pos is ablock for block device.*/
rt_size_trt_device_write(rt_device_t dev,rt_off_t    pos,const void *buffer,rt_size_t   size)

數據收發回調

當硬件設備收到數據時，可以通過如下函數回調另一個函數來設置數據接收指示，通知上層應用線程有數據到達

原理：通過設置數據的收發回調來通知我們的應用層某個線程來接收數據。這樣就不需要再接收數據的時候寫一個while循環一直去讀。讓它在沒有數據的時候去休眠阻塞，一旦有數據的時候，這個函數就會被回調去通知相應線程喚醒去讀寫，這樣可以減少系統的調用，提高系統調用效率。

數據接收回調

/*** This function will set the receptionindication callback function. * This callback function* is invoked when this device receives data.** @param dev the pointer of device driverstructure* @param rx_ind the indication callbackfunction** @return RT_EOK*/
rt_err_t
rt_device_set_rx_indicate(rt_device_tdev,rt_err_t (*rx_ind)(rt_device_t dev, rt_size_t size))

數據發送回調

/*** This function will set the indicationcallback function when device has* written data to physical hardware.** @param dev the pointer of device driverstructure* @param tx_done the indication callbackfunction** @return RT_EOK*/
rt_err_t
rt_device_set_tx_complete(rt_device_tdev,rt_err_t (*tx_done)(rt_device_t dev,void *buffer))