RT-Thread設備驅動開發指南基礎篇—以先楫bsp的hwtimer設備為例

一、概述

（一）RT-Thread設備驅動

RT-Thread設備驅動開發指南》書籍是RT-thread官方出品撰寫，系統講解RT-thread IO設備驅動開發方法，從三方面進行講解。

基礎篇：對RT-thread以及設備框架進行介紹，再分別介紹基于IO框架中常用的外設設備，分別是UART、PIN、SPI/QSPI、HWTIMER、PWM、RTC、ADC、DAC、WDT。

進階篇：介紹基于IO框架中稍比基礎篇復雜的外設設備，分別是SDIO、Touch、LCD、sensor、MTD nor、MTD nand、脈沖編碼器、加解密設備、PM設備。

高級篇：介紹更為復雜的外設設備，分別是WLAN、ETH、audio mic、audio sound、USB、CAN。

（二）先楫hpmicro bsp

為了深入了解本書的內容，得有一個單片機平臺進行案例剖析，除了本書籍以STM32的arm平臺進行介紹，還可以以先楫hpmicro單片機系列的riscv平臺進行講解。

剛好先楫在rtthread的bsp貢獻上，也是十分豐富。無論是在rtthread studio的bsp包上，還是rtthread倉庫的bsp支持上，都有提供了對應的支持。

rtthread studio的SDK支持，包括了先楫目前所有的MCU系列。

而在RT-Thread上，bsp包的驅動支持上，也包括了rtthread大部分設備驅動。

二、開發方法

（一）層級結構

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。

而作為單片機的定時器外設hwtimer功能，要對接到該IO設備框架，需要實現hwtimer設備的操作方法、設備的注冊、以及驅動的配置和驅動驗證。本文也是基于該開發方法進行闡述。

上述對應的三層驅動層，在源碼上，可以device->hwtimer->drv_hwtimer，其中drv_hwtimer是先楫官方實現的對接框架的驅動層。

而設備驅動框架層，提供了ops操作接口，分別以下的接口需要驅動開發者實現注冊。

（二）創建hwtimer設備

對hwtimer設備來說，在驅動開發時，需要先從rt_hwtimer_t結構中派生出新的hwtimer設備模型，然后根據自己的設備類型定義私有數據域。

同樣先楫的hwtimer drivers也定義了自己的由rt_hwtimer_t派生出來的hwtimer設備。

當然一個MCU也支持多個hwtimer，一個hwtimer驅動可以支持多個hwtimer設備，可以通過使能BSP_USING_GPTMRx進行開啟

（三）實現hwtimer設備的操作方法

該操作方法就是上述所說的ops操作結構，屬于驅動共用部分，也就是多個hwtimer設備可以共用一個ops操作。同樣先楫也實現了該操作方法，并且注冊到自身的hwtimer的父類hwtimer的ops中。

簡單舉例個操作方法的實現，比如獲取設備當前值count_get，原型如下：

rt_uint32_t (*count_get)(struct rt_hwtimer_device *timer);

而先楫實現的count_get是以上的hpm_hwtimer_count_get，可以看到，內部是先從timer獲取廠家自身定義的hwtimer設備，再從里面獲取硬件定時器的基地址控制句柄，然后使用先楫自身的驅動API獲取定時器的計數值進行返回。

（四）注冊hwtimer設備

注冊hwtimer設備，rtthread的IO設備框架提供了一個API：rt_device_hwtimer_register

從傳參句柄可知道，注冊時需要提供設備句柄timer，設備名稱name，用戶自定義data作為傳參。

在先楫的drv_hwtimer的驅動中，創建了個全局的hwtimer設備數組，里面包含了hwtimer的所有信息，包括設備名稱。然后在注冊初始化當中，輪詢該數組使能的定時器設備依次注冊到rtthread的hwtimer設備當中。

在開發指南當中，特別提到了一個注意點，hwtimer設備句柄需要實現rt_hwtimer_info，定義硬件定時器的特征信息，如計數的最大最小頻率，最大計數值以及計數方向，而先楫也同樣進行了實現。

（五）hwtimer設備中斷處理

在開發指南中，該部分也需要實現，目的是將定時時間導致的中斷事件通知到hwtimer設備驅動框架，讓驅動框架完成后續的處理并通知應用層。而該通知事件API則是rt_device_hwtimer_isr，該函數由rtthread的hwtimer設備驅動框架提供。

MCU下的hwtimer驅動，需要在中斷處理函數調用rt_device_hwtimer_isr函數，以便通知hwtimer設備驅動框架對應中斷的發生。

在先楫的hwtimer驅動中也是基于這個實現通知事件。

從以上代碼可知，hpmicro實現的hwtimer設備驅動接管了定時器的通用中斷服務函數hpm_hwtmr_isr，然后內部調用了rtthread的hwtimer設備驅動框架提供的rt_device_hwtimer_isr中斷處理函數，通知設備框架對應的定時器定時時間到達。

（六）驅動配置

1、Kconfig配置

驅動配置主要通過Kconfig實現，這里使用hpm6750evk2的bsp V1.4.1作為說明。

在board文件夾中，有個Kconfig配置了hpm6750evk2的板載驅動信息。對于定時器驅動的相關選項如下：

RT_USING_HWTIMER：RT-thread的hwtimer設備驅動框架下的代碼對應的宏定義，控制hwtimer的驅動框架的相關代碼是否會添加到工程中

BSP_USING_GPTMR：先楫的hwtimer驅動下的代碼對應的宏定義，控制先楫的hwtimer驅動是否會添加到工程中

BSP_USING_GPTMR1: 使用先楫的定時器1

2、SConscript配置

libraries/drivers/SConscript文件為hwtimer驅動添加判斷選項，如果定義了BSP_USING_GPTMR，則對應的驅動文件drv_hwtimer就會被添加到工程的源文件中。

三、驅動驗證

使用hpm6750evk2的bsp V1.4.1作為說明，新建timer_demo的示例工程。

編譯燒錄代碼，使用list_device查看設備，可以看到注冊的設備已經包含了hwtimer這個設備。

運行自帶的shell命令hwtimer_sample，該命令會運行5s的定時，查看readme文檔

四、總結

1、基礎篇包含UART、PIN、SPI/QSPI、HWTIMER、PWM、RTC、ADC、DAC、WDT這些外設，本文以先楫適配的HWTIMER驅動進行說明，能感受到先楫對于rtthread驅動適配的完整性。

2、除了本文闡述的外設，其他基礎外設同樣適配完整。

審核編輯：劉清