[原创] 《RT-Thread设备驱动开发指南》基础篇--以先楫bsp的hwtimer设备说起

一、概述

（一）RT-Thread设备驱动

    《RT-Thread设备驱动开发指南》书籍是RT-thread官方出品撰写，系统讲解RT-thread IO设备驱动开发方法，从三方面进行讲解。

    基础篇：对RT-thread以及设备框架进行介绍，再分别介绍基于IO框架中常用的外设设备，分别是UART、PIN、SPI/QSPI、HWTIMER、PWM、RTC、ADC、DAC、WDT。

    进阶篇：介绍基于IO框架中稍比基础篇复杂的外设设备，分别是SDIO、Touch、LCD、sensor、MTD nor、MTD nand、脉冲编码器、加解密设备、PM设备。

    高级篇：介绍更为复杂的外设设备，分别是WLAN、ETH、audio mic、audio sound、USB、CAN。

（二）先楫hpmicro bsp

    为了深入了解本书的内容，得有一个单片机平台进行案例剖析，除了本书籍以STM32的arm平台进行介绍，还可以以先楫hpmicro单片机系列的riscv平台进行讲解。

    刚好先楫在rtthread的bsp贡献上，也是十分丰富。无论是在rtthread studio的bsp包上，还是rtthread仓库的bsp支持上，都有提供了对应的支持。

    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包的驱动支持上，也包括了rtthread大部分设备驱动。

二、开发方法

（一）层级结构

    RT-Thread 提供了一套简单的 I/O 设备模型框架，如下图所示，它位于硬件和应用程序之间，共分成三层，从上到下分别是 I/O 设备管理层、设备驱动框架层、设备驱动层。

      而作为单片机的定时器外设hwtimer功能，要对接到该IO设备框架，需要实现hwtimer设备的操作方法、设备的注册、以及驱动的配置和驱动验证。本文也是基于该开发方法进行阐述。

    上述对应的三层驱动层，在源码上，可以device->hwtimer->drv_hwtimer，其中drv_hwtimer是先楫官方实现的对接框架的驱动层。

    而设备驱动框架层，提供了ops操作接口，分别以下的接口需要驱动开发者实现注册。

（二）创建hwtimer设备

    对hwtimer设备来说，在驱动开发时，需要先从rt_hwtimer_t结构中派生出新的hwtimer设备模型，然后根据自己的设备类型定义私有数据域。

    同样先楫的hwtimer drivers也定义了自己的由rt_hwtimer_t派生出来的hwtimer设备。

    当然一个MCU也支持多个hwtimer，一个hwtimer驱动可以支持多个hwtimer设备，可以通过使能BSP_USING_GPTMRx进行开启

（三）实现hwtimer设备的操作方法

    该操作方法就是上述所说的ops操作结构，属于驱动共用部分，也就是多个hwtimer设备可以共用一个ops操作。同样先楫也实现了该操作方法，并且注册到自身的hwtimer的父类hwtimer的ops中。

    简单举例个操作方法的实现，比如获取设备当前值count_get，原型如下：

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

    而先楫实现的count_get是以上的hpm_hwtimer_count_get，可以看到，内部是先从timer获取厂家自身定义的hwtimer设备，再从里面获取硬件定时器的基地址控制句柄，然后使用先楫自身的驱动API获取定时器的计数值进行返回。

（四）注册hwtimer设备

    注册hwtimer设备，rtthread的IO设备框架提供了一个API：rt_device_hwtimer_register

    从传参句柄可知道，注册时需要提供设备句柄timer，设备名称name，用户自定义data作为传参。

    在先楫的drv_hwtimer的驱动中，创建了个全局的hwtimer设备数组，里面包含了hwtimer的所有信息，包括设备名称。然后在注册初始化当中，轮询该数组使能的定时器设备依次注册到rtthread的hwtimer设备当中。

    在开发指南当中，特别提到了一个注意点，hwtimer设备句柄需要实现rt_hwtimer_info，定义硬件定时器的特征信息，如计数的最大最小频率，最大计数值以及计数方向，而先楫也同样进行了实现。

（五）hwtimer设备中断处理

    在开发指南中，该部分也需要实现，目的是将定时时间导致的中断事件通知到hwtimer设备驱动框架，让驱动框架完成后续的处理并通知应用层。而该通知事件API则是rt_device_hwtimer_isr，该函数由rtthread的hwtimer设备驱动框架提供。

    MCU下的hwtimer驱动，需要在中断处理函数调用rt_device_hwtimer_isr函数，以便通知hwtimer设备驱动框架对应中断的发生。

    在先楫的hwtimer驱动中也是基于这个实现通知事件。

    从以上代码可知，hpmicro实现的hwtimer设备驱动接管了定时器的通用中断服务函数hpm_hwtmr_isr，然后内部调用了rtthread的hwtimer设备驱动框架提供的rt_device_hwtimer_isr中断处理函数，通知设备框架对应的定时器定时时间到达。

（六）驱动配置

    1、Kconfig配置

    驱动配置主要通过Kconfig实现，这里使用hpm6750evk2的bsp V1.4.1作为说明。

    在board文件夹中，有个Kconfig配置了hpm6750evk2的板载驱动信息。对于定时器驱动的相关选项如下：

    RT_USING_HWTIMER：RT-thread的hwtimer设备驱动框架下的代码对应的宏定义，控制hwtimer的驱动框架的相关代码是否会添加到工程中

    BSP_USING_GPTMR：先楫的hwtimer驱动下的代码对应的宏定义，控制先楫的hwtimer驱动是否会添加到工程中

    BSP_USING_GPTMR1: 使用先楫的定时器1

    2、SConscript配置

        libraries/drivers/SConscript文件为hwtimer驱动添加判断选项，如果定义了BSP_USING_GPTMR，则对应的驱动文件drv_hwtimer就会被添加到工程的源文件中。

三、驱动验证

    使用hpm6750evk2的bsp V1.4.1作为说明，新建timer_demo的示例工程。

    编译烧录代码，使用list_device查看设备，可以看到注册的设备已经包含了hwtimer这个设备。

    运行自带的shell命令hwtimer_sample，该命令会运行5s的定时，查看readme文档

四、总结

    1、基础篇包含UART、PIN、SPI/QSPI、HWTIMER、PWM、RTC、ADC、DAC、WDT这些外设，本文以先楫适配的HWTIMER驱动进行说明，能感受到先楫对于rtthread驱动适配的完整性。

    2、除了本文阐述的外设，其他基础外设同样适配完整。