RT-Thread设备结构体

march_birds

于 2025-03-20 19:35:24 发布

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分类专栏： RT_Thread源码分析文章标签： c语言系统架构

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_41318806/article/details/146404443

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/**
 * Device structure
 */
struct rt_device
{
    struct rt_object          parent;                   /**< inherit from rt_object */

    enum rt_device_class_type type;                     /**< device type */
    rt_uint16_t               flag;                     /**< device flag */
    rt_uint16_t               open_flag;                /**< device open flag */

    rt_uint8_t                ref_count;                /**< reference count */
    rt_uint8_t                device_id;                /**< 0 - 255 */

    /* device call back */
    rt_err_t (*rx_indicate)(rt_device_t dev, rt_size_t size);
    rt_err_t (*tx_complete)(rt_device_t dev, void *buffer);

#ifdef RT_USING_DEVICE_OPS
    const struct rt_device_ops *ops;
#else
    /* 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);
#endif

    void                     *user_data;                /**< device private data */
};

一、核心设计思想

RT-Thread设备模型基于面向对象思想构建，struct rt_device作为所有设备的基类，通过继承机制实现设备驱动的统一管理。其设计融合了内核对象模型和多态特性，使不同设备（如串口、GPIO、I2C）可通过标准化接口接入系统。

二、成员字段详解

继承关系与内核对象 (parent)
- parent成员继承自struct rt_object，赋予设备内核对象属性（如名称、类型标识），实现设备树管理和资源调度。
- 示例：PIN设备通过rt_device_pin结构体扩展基类，添加ops指针实现GPIO操作。
设备类型标识 (type)
- 枚举类型rt_device_class_type定义设备类别（如RT_Device_Class_Char字符设备、RT_Device_Class_Miscellaneous杂类设备），用于系统动态识别设备功能。
- 典型场景：串口设备标记为RT_Device_Class_Char，块设备（如SD卡）标记为RT_Device_Class_Block。
设备状态控制 (flag/open_flag/ref_count)
- flag：设备全局标志，如RT_DEVICE_FLAG_RDWR表示可读写，RT_DEVICE_FLAG_INT_RX使能中断接收。
- open_flag：记录设备打开模式（如O_RDONLY），控制并发访问权限。
- ref_count：引用计数器，确保设备在多次open()/close()调用后资源正确释放。
操作接口实现 (ops与传统函数指针)
- 条件编译设计：通过RT_USING_DEVICE_OPS宏选择使用ops结构体或独立函数指针，增强代码灵活性。
```
#ifdef RT_USING_DEVICE_OPS
    const struct rt_device_ops *ops;  // 统一操作集
#else
    rt_err_t (*init)(rt_device_t dev);  // 独立函数指针
    rt_err_t (*open)(rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag);
    // ...其他函数指针
#endif
```
- 多态体现：例如，串口设备的write()实现数据发送，而PIN设备的write()控制GPIO电平。
异步通信机制 (rx_indicate/tx_complete)
- rx_indicate：数据到达回调（如串口接收中断触发应用层读取）。
- tx_complete：发送完成通知（如DMA传输结束释放缓冲区）。
- 应用场景：在CAN总线驱动中，这两个回调用于实现高效的双工通信。
扩展性与私有数据 (user_data)
- user_data允许设备保存驱动私有数据（如硬件寄存器地址、DMA配置），实现业务逻辑与框架解耦。
- 示例：STM32的UART驱动通过user_data存储USART_TypeDef指针，操作时直接访问硬件寄存器。

三、设备模型运作流程

设备注册
调用rt_device_register()将设备挂载到内核，关键步骤包括：
- 设置parent.type标识设备类型
- 绑定ops或函数指针实现操作接口

设备操作
通过标准化接口访问设备：

rt_device_open(dev, RT_DEVICE_FLAG_RDWR);  // 打开设备
rt_device_write(dev, 0, buffer, size);     // 写入数据
rt_device_control(dev, RT_DEVICE_CTRL_RESET, NULL);  // 发送控制命令

底层驱动根据设备类型实现具体行为，如串口的write()触发DMA传输，而GPIO的write()直接操作端口寄存器。