一、引言

以STM32为例，无论是打开网络上下载的示例代码还是使用购买的开发板自带的示例代码，通常会包含一些像stm32f10x.h或者stm32f10x_gpio.h这样的文件，这些文件通常被归类为硬件层的内容。为了保持代码结构清晰，应尽量避免在软件层出现这些硬件层的文件，以免造成混乱。

熟悉Linux系统的人应该知道，在Linux系统中无法直接操作硬件层。当查看Linux或者RT-Thread的代码时，会发现代码中会包含一些设备（device）的源文件，这些文件通常属于驱动层。

二、工作原理

该方法的原理是将所有硬件操作接口都放入驱动链表中，在驱动层实现设备的open、read、write等操作。当然，这种做法也存在一些缺点，例如在查找驱动时需要逐个遍历整个驱动链表，这可能会增加代码执行时间。

三、代码实现

国际惯例，写代码先写头文件。rt_thread中使用的是双向链表，为了简单在这我只用单向链表。有兴趣的可以自行研究rt_thread

头文件接口:

本次只实现如下接口，device_open 和device_close等剩下的接口可以自行研究。这样就可以在应用层中只调用如下接口可实现：

/*
驱动注册
*/
int cola_device_register(cola_device_t *dev);

/*
驱动查找
*/
cola_device_t *cola_device_find(const char *name);

/*
驱动读
*/
int cola_device_read(cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size);

/*
驱动写
*/
int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);

/*
驱动控制
*/
int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *arg);;

头文件cola_device.h：

#ifndef _COLA_DEVICE_H_
#define _COLA_DEVICE_H_

enum LED_state
{
  LED_OFF,
  LED_ON,
  LED_TOGGLE,
};

typedef struct cola_device cola_device_t;
struct cola_device_ops
{
  int  (*init)   (cola_device_t *dev);
  int  (*open)   (cola_device_t *dev, int oflag);
  int  (*close)  (cola_device_t *dev);
  int  (*read)   (cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size);
  int  (*write)  (cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);
  int  (*control)(cola_device_t *dev, int cmd, void *args);
};

struct cola_device
{
  const char * name;
  struct cola_device_ops *dops;
  struct cola_device *next;
};

/*
驱动注册
*/
int cola_device_register(cola_device_t *dev);

/*
驱动查找
*/
cola_device_t *cola_device_find(const char *name);

/*
驱动读
*/
int cola_device_read(cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size);

/*
驱动写
*/
int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);

/*
驱动控制
*/
int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *arg);

#endif

源文件cola_device.c：

#include "cola_device.h"
#include 
#include 

struct cola_device *device_list = NULL;

/*
查找任务是否存在
*/
static bool cola_device_is_exists( cola_device_t *dev )
{
  cola_device_t* cur = device_list;
  while( cur != NULL )
  {
    if( strcmp(cur->name,dev->name)==0)
    {  
      return true;
    }  
    cur = cur->next; 
  }  
  return false;  
}

static int device_list_inster(cola_device_t *dev)
{
  cola_device_t *cur = device_list;

  if(NULL == device_list)
  {
    device_list = dev;
    dev->next   = NULL;
  }
  else
  {
    while(NULL != cur->next)
    {
        cur = cur->next;
    }

    cur->next = dev;
    dev->next = NULL;
  }
  return 1;
}

/*
驱动注册
*/
int cola_device_register(cola_device_t *dev)
{
  if((NULL == dev) || (cola_device_is_exists(dev)))
  {
    return 0;
  }
  if((NULL == dev->name) || (NULL == dev->dops))
  {
    return 0;
  }
  return device_list_inster(dev);
}

/*
驱动查找
*/
cola_device_t *cola_device_find(const char *name)
{
  cola_device_t* cur = device_list;
  while( cur != NULL )
  {
    if( strcmp(cur->name,name)==0)
    {
      return cur;
    }
    cur = cur->next;
  }
  return NULL;
}

/*
驱动读
*/
int cola_device_read(cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size)
{
  if(dev)
  {
    if(dev->dops->read)
    {
      return dev->dops->read(dev, pos, buffer, size);
    }
  }
  return 0;
}

/*
驱动写
*/
int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size)
{
  if(dev)
  {
    if(dev->dops->write)
    {
      return dev->dops->write(dev, pos, buffer, size);
    }
  }
  return 0;
}

/*
驱动控制
*/
int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *arg)
{
  if(dev)
  {
    if(dev->dops->control)
    {
      return dev->dops->control(dev, cmd, arg);
    }
  }
  return 0;
}

硬件注册方式：以LED为例，初始化接口void led_register(void)，需要在初始化中调用。

#include "stm32f0xx.h"
#include "led.h"
#include "cola_device.h"
#define PORT_GREEN_LED GPIOC                  
#define PIN_GREENLED GPIO_Pin_13             

/* LED亮、灭、变化 */
#define LED_GREEN_OFF (PORT_GREEN_LED->BSRR = PIN_GREENLED)
#define LED_GREEN_ON (PORT_GREEN_LED->BRR  = PIN_GREENLED)
#define LED_GREEN_TOGGLE (PORT_GREEN_LED->ODR ^= PIN_GREENLED)

static cola_device_t led_dev;

static void led_gpio_init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOC, ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_GREENLED;                           
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;                    
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                 
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;                     
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;                 
  GPIO_Init(PORT_GREEN_LED, &GPIO_InitStructure);
  LED_GREEN_OFF;
}

static int led_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *args)
{
  if(LED_TOGGLE == cmd)
  {
    LED_GREEN_TOGGLE;
  }
  else {
  }
  return 1;
}

static struct cola_device_ops ops =
{
  .control = led_ctrl,
};

void led_register(void)
{
  led_gpio_init();
  led_dev.dops = &ops;
  led_dev.name = "led";
  cola_device_register(&led_dev);
}

**
**

应用层app代码:

#include 
#include "app.h"
#include "config.h"
#include "cola_device.h"
#include "cola_os.h"

static task_t timer_500ms;
static cola_device_t *app_led_dev;

//led每500ms状态改变一次
static void timer_500ms_cb(uint32_t event)
{
  cola_device_ctrl(app_led_dev,LED_TOGGLE,0);
}

void app_init(void)
{
  app_led_dev = cola_device_find("led");
  assert(app_led_dev);
  cola_timer_create(&timer_500ms,timer_500ms_cb);
  cola_timer_start(&timer_500ms,TIMER_ALWAYS,500);
}

这样 app.c 文件中就不需要调用 led.h 头文件了，rtt 就是这样实现的。

四、总结

这样就可以实现软硬件分层了，是不是非常好用！

五、代码下载链接

https://gitee.com/schuck/cola_os

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