Wx的博客

嵌入式系统中常见的I/O设备包括显示屏、串口通信、模拟数据采样、Flash/SD卡和以太网接口等。本专栏介绍了RT-Thread如何管理这些设备，旨在提高代码复用性、降低耦合性，实现硬件更换时软件无需修改的目标。专栏内容涵盖UART、PIN、ADC、DAC、CAN、I2C、PWM和SPI等设备的管理方法。特别详细介绍了SPI（串行外设接口）的工作原理，包括其四种工作模式（CPOL和CPHA的组合）、QSPI、Dual SPI和Quad SPI的区别，以及如何通过自定义数据结构控制数据传输。通过这些内容，读者

PWM（Pulse Width Modulation）也称脉冲宽度调制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过不同频率脉冲使用方波的占空比用来对一个具体模拟信号的电平进行编码，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替所需要波形的设备。如上图所示：是一个简单的PWM原理示意图，假定定时器工作模式为向上计数，当计数值小于阈值时，则输出一种电平状态，比如高电平；当计数值大于阈值时，则输出相反的电平状态，比如低电平。当计数值达到最大值时，计数器从0开始重新计数，又回到最初的电平状态。

I2C（Inter Integrated Circuit）总线时PHILIPS公司开发的一种半双工、双向二线制同步串行总线。I2C总线传输数据时只需两根信号线，一根是双向数据线SDA（serial data），另一根是双向时钟线（serial clock）。SPI总线有两根线分别用于主从设备之间接收数据和发送数据，而I2C总线只使用一根线进行数据收发。

CAN 是控制器局域网络 (Controller Area Network, CAN) 的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN 控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。CAN 的连接示意图如下图所示：CAN总线有如下特点：CAN 总线是可同时连接多个单元的总线。

DAC（Digital-to-Analog Converter）指数模转换器。是指把二进制数字量形式的离散数字信号转换为连续变化的模拟信号的器件。在数字世界中，要处理不稳定和动态的模拟信号并不容易，基于DAC的特性，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。与之相应的ADC（Analog-to-Digital Converter），它是DAC数模转换的逆向过程。DAC主要应用与音频放大、视频编码、电机控制、数字电位计‘开关电源输出控制等。

ADC（Analog-to-Digital Converter）指模数转换器。是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如：温度、压力、声音或者图像等，需要转换成容易存储、处理和发射的数字形式。模数转换器就可以实现这个功能，在各种不同产品中都可以找到它们的身影。与之相对应的DAC（Digital-to-Analog Converter）,它是ADC模数转换的逆向过程。ADC最早用于对无线信号向数字信号转换。如电视信号、长短播电台发射接收等。

芯片上的引脚一般分为4类：电源、时钟、控制与I/O，I/O口在使用模式上又分为General Purpose Input Output（通用输入/输出），简称GPIO，与功能复用I/O（如SPI/I2C/UART等）。

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通用异步收发传输器，UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。是在应用程序开发过程中使用频率最高的数据总线。UART串口的特点是将数据一位一位地顺序传送，只要两根传输线就可以实现双向通信，一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。

大部分的嵌入式系统都包括一些I/O设备，例如仪器上的数据显示屏、工业设备上的串口通信、数据采集设备上模拟数据采样、用于保存数据的Flash/SD卡以及网络设备上的以太网接口等，都是嵌入式系统中容易找到的I/O设备例子。        本专栏主要是分享RT-Thread是如何对不同的I/O设备进行管理的。读完本专栏，我们会了解到如何从宏观角度去管理I/O设备，为我们在编写代码时有一个参考的管理模型，从而提高我们代码的复用性、降低耦合性，从而实现换硬件不动软件的目标。.