嵌入式C开发的传感器驱动框架主流实现方案

// HAL层接口（厂商提供）
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, 
                                   uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, 
                                   uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

// 驱动层实现（基于HAL）
SensorStatus sht3x_read_temp(SHT3x_Device *dev, float *temp) {
    uint8_t data[2];
    // 调用HAL层I2C接口读取传感器寄存器
    if (HAL_I2C_Mem_Read(&dev->hi2c, dev->addr, SHT3x_TEMP_REG, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, 
                        data, 2, 100) != HAL_OK) {
        return SENSOR_READ_FAILED;
    }
    // 解析数据（与硬件无关）
    *temp = (data[0] << 8 | data[1]) * 175.0f / 65535.0f - 45.0f;
    return SENSOR_OK;
}

四、轻量级寄存器映射方案

核心思想

通过寄存器描述表定义传感器的寄存器地址、功能和操作方式，框架自动解析表结构完成配置和数据读取，减少重复代码。

典型实现

用结构体数组定义寄存器信息（如{.addr = 0x00, .name = "WHO_AM_I", .rw = READ_ONLY}）。
框架提供通用函数（如sensor_reg_read()、sensor_reg_write()），根据描述表操作寄存器。

优势

代码复用率高：同类传感器（如 I2C 接口的温湿度传感器）可共享框架逻辑。
易于维护：寄存器配置集中在描述表，无需修改驱动函数。

适用场景

寄存器数量多、配置复杂的传感器（如 IMU 惯性测量单元、气体传感器）。
资源受限的小型 MCU（如 8 位单片机）。

示例

// 寄存器描述表（以MPU6050为例）
static const RegDesc mpu6050_regs[] = {
    {.addr = 0x75, .name = "WHO_AM_I", .rw = READ_ONLY, .default_val = 0x68},
    {.addr = 0x19, .name = "SMPLRT_DIV", .rw = READ_WRITE, .default_val = 0x00},
    // ... 其他寄存器
};

// 通用读取函数
SensorStatus sensor_reg_read(SensorDevice *dev, const char *reg_name, uint8_t *val) {
    // 遍历描述表查找寄存器
    for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE(mpu6050_regs); i++) {
        if (strcmp(mpu6050_regs[i].name, reg_name) == 0) {
            // 调用硬件层读取寄存器
            return dev->bus_ops->read(dev->addr, mpu6050_regs[i].addr, val);
        }
    }
    return SENSOR_CFG_FAILED;
}

五、基于 RTOS 的组件化驱动框架

核心思想

结合 RTOS 的线程、信号量、消息队列等机制，将传感器驱动封装为独立组件，支持异步操作和多任务调度。

典型实现

传感器驱动作为 RTOS 任务运行，周期性采集数据并发送到消息队列。
应用层通过消息队列获取数据，或通过信号量触发读取操作。
支持传感器中断处理（如数据就绪中断）与任务同步。

优势

实时性强：适合对采样频率和响应速度有要求的场景。
多任务协同：传感器采集与数据处理可在不同任务中并行执行。

适用场景

基于 FreeRTOS、RT-Thread 等实时操作系统的系统。
复杂应用（如运动控制、环境监测终端）。

示例（RT-Thread）

// 传感器采集线程
static void sensor_collect_thread(void *parameter) {
    SensorDevice *dev = (SensorDevice *)parameter;
    SensorData data;
    
    while (1) {
        // 读取数据
        if (dev->read(dev, &data) == SENSOR_OK) {
            // 发送到消息队列
            rt_mq_send(&sensor_mq, &data, sizeof(SensorData));
        }
        rt_thread_mdelay(100);  // 10Hz采样率
    }
}

// 应用层获取数据
void app_task(void *parameter) {
    SensorData data;
    while (1) {
        // 从消息队列接收数据
        rt_mq_recv(&sensor_mq, &data, sizeof(SensorData), RT_WAITING_FOREVER);
        // 处理数据
        printf("Temp: %.2f\n", data.data.temp);
    }
}