rt-thread uart驱动

        uart驱动描述基于GD32F470芯片。

        rt-thread提供了一套I/O设备模型，如果想要使用操作系统的驱动去进行操作，就得将具体芯片的硬件驱动注册到设备驱动框架上。

        关于rt-thread的I/O设备模型相关内容可以参考

rt-thread I/O设备模型-CSDN博客文章浏览阅读554次，点赞21次，收藏5次。事实上即便有操作系统也是可以直接使用裸机操作方式去操作的，但是这样做有几个缺点，一是代码看起来比较不统一，显得很乱，二是软件没有分层，耦合严重，不利于维护，三是裸机操作属于不受操作系统管控的部分，在对硬件资源的占用上，裸机操作可能会与操作系统操作产生冲突导致异常。实际上具体设备的驱动和操作系统的驱动函数是有个对应的，而用来实现这种对应的就是rt_device_register()函数，通过这个函数就可以将种类繁多的驱动注册到设备驱动框架上，之后就可以使用统一的操作函数了。可以看到最终访问设备用的是。https://blog.csdn.net/u011436603/article/details/136492057?spm=1001.2014.3001.5501        本次主要描述如何实现GD32F470的uart设备驱动

        首先我们查看一下rt-thread的官方驱动文件serial.c,这里面有很多关于串口的函数，包括串口设备注册函数，串口设备操作函数，串口中断函数等。这个文件里的函数都是抽象的，并没有具体的硬件操作方法，我们要做的就是给它赋予实际的硬件操作能力。

        来看一下串口设备的结构，包含了通用设备类型，串口操作函数，串口配置以及两个空类型的指针函数。

        操作函数包含配置，控制，发送，接收，还有个dma传输。

        配置包含uart常见的配置参数，如波特率，数据位等。

struct rt_serial_device
{
    struct rt_device          parent;

    const struct rt_uart_ops *ops;
    struct serial_configure   config;

    void *serial_rx;
    void *serial_tx;
};

struct rt_uart_ops
{
    rt_err_t (*configure)(struct rt_serial_device *serial, struct serial_configure *cfg);
    rt_err_t (*control)(struct rt_serial_device *serial, int cmd, void *arg);

    int (*putc)(struct rt_serial_device *serial, char c);
    int (*getc)(struct rt_serial_device *serial);

    rt_size_t (*dma_transmit)(struct rt_serial_device *serial, rt_uint8_t *buf, rt_size_t size, int direction);
};

struct serial_configure
{
    rt_uint32_t baud_rate;

    rt_uint32_t data_bits               :4;
    rt_uint32_t stop_bits               :2;
    rt_uint32_t parity                  :2;
    rt_uint32_t bit_order               :1;
    rt_uint32_t invert                  :1;
    rt_uint32_t bufsz                   :16;
    rt_uint32_t reserved                :6;
};

        接下来我们先注册串口驱动，首先定义一个数据结构 gd32_uart，用于具体硬件初始化用，再定义一个串口设备变量。

struct gd32_uart
{             
    uint32_t uart_periph;           //Todo: 3bits
    IRQn_Type irqn;                 //Todo: 7bits    
    rcu_periph_enum per_clk;        //Todo: 5bits
    rcu_periph_enum tx_gpio_clk;    //Todo: 5bits
    rcu_periph_enum rx_gpio_clk;    //Todo: 5bits
    uint32_t tx_port;               //Todo: 4bits
    uint16_t tx_af;                 //Todo: 4bits
    uint16_t tx_pin;                //Todo: 4bits
    uint32_t rx_port;               //Todo: 4bits
    uint16_t rx_af;                 //Todo: 4bits
    uint16_t rx_pin;                //Todo: 4bits    
};

static struct gd32_uart uarts = 
{
    USART0,                                 // uart peripheral index
    USART0_IRQn,                            // uart iqrn
    RCU_USART0, RCU_GPIOA, RCU_GPIOA,       // periph clock, tx gpio clock, rt gpio clock
    GPIOA, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_9,           // tx port, tx alternate, tx pin
    GPIOA, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_10,          // rx port, rx alternate, rx pin
        
}

struct rt_serial_device serial0;

        接下来是实现操作系统设备驱动的各个函数，包括configure,control,getc,putc,至于dma_transmit我们暂时没用到，然后完成设备注册。

void gd32_uart_gpio_init(struct gd32_uart *uart)
{
    /* enable USART clock */
    rcu_periph_clock_enable(uart->tx_gpio_clk);
    rcu_periph_clock_enable(uart->rx_gpio_clk);
    rcu_periph_clock_enable(uart->per_clk);

    /* connect port to USARTx_Tx */
    gpio_af_set(uart->tx_port, uart->tx_af, uart->tx_pin);

    /* connect port to USARTx_Rx */
    gpio_af_set(uart->rx_port, uart->rx_af, uart->rx_pin);

    /* configure USART Tx as alternate function push-pull */
    gpio_mode_set(uart->tx_port, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, uart->tx_pin);
    gpio_output_options_set(uart->tx_port, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, uart->tx_pin);

    /* configure USART Rx as alternate function push-pull */
    gpio_mode_set(uart->rx_port, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, uart->rx_pin);
    gpio_output_options_set(uart->rx_port, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, uart->rx_pin);
    
    NVIC_SetPriority(uart->irqn, 0);
    NVIC_EnableIRQ(uart->irqn);
}

static rt_err_t gd32_configure(struct rt_serial_device *serial, struct serial_configure *cfg)
{
    struct gd32_uart *uart;

    RT_ASSERT(serial != RT_NULL);
    RT_ASSERT(cfg != RT_NULL);

    uart =(struct gd32_uart *) serial->parent.user_data;
    
    gd32_uart_gpio_init(uart);
    
    usart_baudrate_set(uart->uart_periph, cfg->baud_rate);

    switch (cfg->data_bits)
    {
    case DATA_BITS_9:
        usart_word_length_set(uart->uart_periph, USART_WL_9BIT);
        break;

    default:
        usart_word_length_set(uart->uart_periph, USART_WL_8BIT);
        break;
    }

    switch (cfg->stop_bits)
    {
    case STOP_BITS_2:
        usart_stop_bit_set(uart->uart_periph, USART_STB_2BIT);
        break;
    default:
        usart_stop_bit_set(uart->uart_periph, USART_STB_1BIT);
        break;
    }

    switch (cfg->parity)
    {
    case PARITY_ODD:
        usart_parity_config(uart->uart_periph, USART_PM_ODD);
        break;
    case PARITY_EVEN:
        usart_parity_config(uart->uart_periph, USART_PM_EVEN);
        break;
    default:
        usart_parity_config(uart->uart_periph, USART_PM_NONE);
        break;
    }

    usart_receive_config(uart->uart_periph, USART_RECEIVE_ENABLE);
    usart_transmit_config(uart->uart_periph, USART_TRANSMIT_ENABLE);
    usart_enable(uart->uart_periph);

    return RT_EOK;
}

static rt_err_t gd32_control(struct rt_serial_device *serial, int cmd, void *arg)
{
    struct gd32_uart *uart;

    RT_ASSERT(serial != RT_NULL);
    uart =(struct gd32_uart *) serial->parent.user_data;

    switch (cmd)
    {
    case RT_DEVICE_CTRL_CLR_INT:
        /* disable rx irq */
        NVIC_DisableIRQ(uart->irqn);
        /* disable interrupt */
        usart_interrupt_disable(uart->uart_periph, USART_INT_RBNE);

        break;
    case RT_DEVICE_CTRL_SET_INT:
        /* enable rx irq */
        NVIC_EnableIRQ(uart->irqn);
        /* enable interrupt */
        usart_interrupt_enable(uart->uart_periph, USART_INT_RBNE);
        break;
    }

    return RT_EOK;
}

static int gd32_putc(struct rt_serial_device *serial, char ch)
{
    struct gd32_uart *uart;

    RT_ASSERT(serial != RT_NULL);
    uart =(struct gd32_uart *) serial->parent.user_data;

    usart_data_transmit(uart->uart_periph, ch);
    while((usart_flag_get(uart->uart_periph, USART_FLAG_TC) == RESET));
    
    return 1;
}

static int gd32_getc(struct rt_serial_device *serial)
{
    int ch;
    struct gd32_uart *uart;

    RT_ASSERT(serial != RT_NULL);
    uart =(struct gd32_uart *) serial->parent.user_data;

    ch = -1;
    if (usart_flag_get(uart->uart_periph, USART_FLAG_RBNE) != RESET)
        ch = usart_data_receive(uart->uart_periph);
    return ch;
}

static const struct rt_uart_ops gd32_uart_ops =
{
    gd32_configure,
    gd32_control,
    gd32_putc,
    gd32_getc,
};

int gd32_hw_usart_init(void)
{
    struct serial_configure config = RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;
    
    serial0.ops    = &gd32_uart_ops;
    config.baud_rate=BAUD_RATE_9600;
    config.data_bits=DATA_BITS_8;
    config.stop_bits=STOP_BITS_1;
    config.parity=PARITY_NONE;
    serial0.config = config;
    rt_hw_serial_register(&serial0,
                          "uart0",
                          RT_DEVICE_FLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX,
                          (void *)&uarts);
    

    return 0;
}
INIT_BOARD_EXPORT(gd32_hw_usart_init);

        完成上面这些基本就能够使用uart了，但是因为我们配置了串口中断，所以我们还需要去实现串口中断函数。

static void uart_isr(struct rt_serial_device *serial)
{
    struct gd32_uart *uart;

    RT_ASSERT(serial != RT_NULL);
    uart =(struct gd32_uart *) serial->parent.user_data;

    /* UART in mode Receiver -------------------------------------------------*/
    if ((usart_interrupt_flag_get(uart->uart_periph, USART_INT_FLAG_RBNE) != RESET) &&
            (usart_flag_get(uart->uart_periph, USART_FLAG_RBNE) != RESET))
    {
        rt_hw_serial_isr(serial, RT_SERIAL_EVENT_RX_IND);
        /* Clear RXNE interrupt flag */
        usart_flag_clear(uart->uart_periph, USART_FLAG_RBNE);
    }
}

void USART0_IRQHandler(void)
{
    /* enter interrupt */
    rt_interrupt_enter();

    uart_isr(&serial0);

    /* leave interrupt */
    rt_interrupt_leave();
}

        现在，uart驱动已经注册完毕，剩余的就是具体的应用功能了。这里为了减少篇幅，只列举了单串口，例程里提供了7个串口的驱动，有兴趣可以看看https://download.csdn.net/download/u011436603/88914288?spm=1001.2014.3001.5503

        下面简单介绍一种应用的方式

        首先通过rt_device_find去找到uart设备，使用rt_device_open去打开设备。注意，在rt_device_open打开设备时，如果首次打开，会调用device_init进行初始化，此时才会执行gd32_configure进行串口的初始化。

        之后可以创建两个线程，一个发送一个接收，通过操作系统提供的事件来进行同步。发送线程时刻等待发送事件，一旦接收到发送事件则开始发送数据。接收线程时刻等待接收事件，一旦接收到接收事件则从串口中读数据填入缓存，以备后续处理。

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