厚积薄发，我们一起学RTT UART设备驱动框架

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UART简介

STM32 芯片具有多个 USART 外设用于串口通讯，它是 Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter 的缩写，即通用同步异步收发器可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。

有别于 USART，它还有具有 UART 外设(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)，它是在 USART 基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。

简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是 UART。

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。

其工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。其传输数据格式如下：

UART设备框架学习笔记

RT-Thread 提供了一套简单的 I/O 设备模型框架，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 ：

应用程序访问串口设备的接口：

下面我们直接来看个实例：

同时使用两个串口（uart1和uart3），uart1作为系统打印调试串口，用来打印一些日志信息，uart3作为我们本次实验的测试串口，实现与串口调试助手的收发测试。

uart3设备启动后，往串口调试助手发送字符串I am uart3。同时，uart3设备使用中断的方式接收数据，然后再错位输出数据，比如收到ASCII码字符A，则会回复B。

#define SAMPLE_UART_NAME    "uart3"          /* 串口设备名称           */
/* uart3应用函数 */
static int uart3_app(void)
{
    rt_err_t ret = RT_EOK;                      /* 函数返回值        */
    rt_thread_t tid;                            /* 动态线程句柄      */
    char uart3_name[RT_NAME_MAX];               /* 保存查找的设备名  */
    char usart3_tx_str[] = "I am uart3.\r\n";   /* uart3发送的字符串 */

    rt_strncpy(uart3_name, SAMPLE_UART_NAME, RT_NAME_MAX);
    
    /* 查找串口设备 */
    uart3_dev = rt_device_find(uart3_name);
    if (!uart3_dev)
    {
        rt_kprintf("find %s failed!\n", uart3_name);
        return RT_ERROR;
    }
    /* 初始化信号量 */
    rt_sem_init(&rx_sem, "rx_sem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);
    /* 以读写及中断接收方式打开串口设备 */
    rt_device_open(uart3_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
    /* 设置接收回调函数 */
    rt_device_set_rx_indicate(uart3_dev, uart3_rx_callback);
    /* 发送字符串 */
    rt_device_write(uart3_dev, 0, usart3_tx_str, (sizeof(usart3_tx_str) - 1));
    
    /* 创建动态线程 ：优先级 25 ，时间片 5个系统滴答，线程栈512字节 */
    tid = rt_thread_create("uart3_rx_thread",
			static_uart3_rx_entry,
			RT_NULL,
			STACK_SIZE,
			THREAD_PRIORITY,
			TIMESLICE);
    /* 创建成功则启动动态线程 */
    if (tid != RT_NULL)
    {
	rt_thread_startup(tid);
    }
    return ret;
}

我们的应用程序首先根据串口设备名字uart3来查找设备，查找到设备之后则返回串口设备句柄uart3_dev。

为什么应用程序可以查找得到名字为uart3的串口设备呢？那是因为我们的硬件驱动层已经把名字为uart3的串口设备注册到系统中：

而串口设备注册函数里会调用通用的设备注册函数：

在这个流程中涉及到了如下函数：

• uart3_app函数：在main.c文件中定义。
• rt_hw_usart_init函数：在drv_usart.c文件中定义。
• rt_hw_serial_register函数：在serial.c文件中定义。
• rt_device_register函数：在device.c文件中定义。
• rt_device_find函数：在device.c文件中定义。

在上面的RT-Thread驱动框架框图中，分为好几层，在这里的对应关系如下：

此处，main.c文件属于应用层，我们的应用程序为：

drv_usart.c文件属于硬件设备驱动层，是RT-Thread为我们提供的，其属于板级支持包中的一部分：

这一层与硬件相关，其调用底层芯片固件库，如：

serial.c文件属于驱动框架（驱动抽象层），是RT-Thread系统的组件：

其在RT-Thread源码中的位置如下：

device.c文件给应用程序提供操作设备的接口，这个文件属于RT-Thread内核文件。
RT-Thread 内核采用面向对象的设计思想进行设计，其中设备属于它的一类对象。其继承关系如下：

在这个应用程序中，我们用到了信号量（用其它同步机制也可以，比如事件），信号量属于IPC机制中的一种：

信号量用于线程与线程、中断与线程间的同步中，在我们这个实验中是中断与线程间的同步。

在裸机开发中，有这样一种场景（中断接收数据，主函数中处理数据）：

在串口的接收中断函数中接收数据，然后使用一个全局变量作为中断接收的标志，有触发中断，则这个标志变量被置位；另一方面，在我们的主函数的while循环中，判断这个标志位是否被置位，若置位则进行相应的操作，并把该标志变量清零。

在RT-Thread系统中，其IPC机制做的事情与上面这个裸机开发中的标志变量做的事情类似（中断与线程同步）。比如在我们这个实验中，若uart3的接收中断被触发，则会触发回调函数，如：

回调函数中进行释放信号量操作，在线程中阻塞等待接收信号量：

接收到数据之后，再错位发送数据。最终，我们的实验结果如下：

以上就是本次的笔记分享，如有错误，欢迎指出，谢谢！

最后

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