9、驱动框架与适配

RT-Thread

UART 驱动

UART 简介

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通用异步收发传输器，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。是在应用程序开发过程中使用频率最高的数据总线。

UART 串口的特点是将数据一位一位地顺序传送，只要 2 根传输线就可以实现双向通信，一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。UART 串口通信有几个重要的参数，分别是波特率、起始位、数据位、停止位和奇偶检验位，对于两个使用 UART 串口通信的端口，这些参数必须匹配，否则通信将无法正常完成。UART 串口传输的数据格式如下图所示：

起始位：表示数据传输的开始，电平逻辑为 “0” 。

数据位：可能值有 5、6、7、8、9，表示传输这几个 bit 位数据。一般取值为 8，因为一个 ASCII 字符值为 8 位。

奇偶校验位：用于接收方对接收到的数据进行校验，校验 “1” 的位数为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性，使用时不需要此位也可以。

停止位： 表示一帧数据的结束。电平逻辑为 “1”。

波特率：串口通信时的速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示，其单位为每秒比特数 bit/s(bps)。常见的波特率值有 4800、9600、14400、38400、115200等，数值越大数据传输的越快，波特率为 115200 表示每秒钟传输 115200 位数据。

驱动适配

CV1800B 串口驱动代码位于 bsp/cvitek/drivers/drv_uart.c，大核和小核共用该串口驱动。需要特别注意的是大核和小核对应的中断号是不同的，中断号可通过 https://github.com/milkv-duo/duo-files/blob/main/duo/datasheet/CV180X-Interrupt-v1.xlsx 获取。

初始化

初始化在 rt_hw_uart_init() 函数中完成以下工作：

1. 初始化对应串口 GPIO

2. 调用 rt_hw_serial_register() 注册串口设备信息，将结构体 struct rt_uart_ops 变量 _uart_ops 的指针作为传输传入

3. 调用 rt_hw_interrupt_install() 注册串口接收中断

rt_hw_uart_init() 函数需要在 rt_hw_board_init() 中显示调用。

#include <rthw.h>
#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>

#include "board.h"
#include "drv_uart.h"

#define DBG_TAG "DRV.UART"
#define DBG_LVL DBG_WARNING
#include <rtdbg.h>

/*
 * Divide positive or negative dividend by positive divisor and round
 * to closest integer. Result is undefined for negative divisors and
 * for negative dividends if the divisor variable type is unsigned.
 */
#define DIV_ROUND_CLOSEST(x, divisor)(          \
{                           \
    typeof(x) __x = x;              \
    typeof(divisor) __d = divisor;          \
    (((typeof(x))-1) > 0 ||             \
     ((typeof(divisor))-1) > 0 || (__x) > 0) ?  \
        (((__x) + ((__d) / 2)) / (__d)) :   \
        (((__x) - ((__d) / 2)) / (__d));    \
}                           \
)

#define BOTH_EMPTY (UART_LSR_TEMT | UART_LSR_THRE)

struct hw_uart_device
{
    rt_ubase_t hw_base;
    rt_uint32_t irqno;
};

#define BSP_DEFINE_UART_DEVICE(no)                  \
static struct hw_uart_device _uart##no##_device =   \
{                                                   \
    UART##no##_BASE,                           \
    UART##no##_IRQ                                  \
};                                                  \
static struct rt_serial_device _serial##no;

#ifdef RT_USING_UART0
BSP_DEFINE_UART_DEVICE(0);
#endif

#ifdef RT_USING_UART1
BSP_DEFINE_UART_DEVICE(1);
#endif

#ifdef RT_USING_UART2
BSP_DEFINE_UART_DEVICE(2);
#endif

#ifdef RT_USING_UART3
BSP_DEFINE_UART_DEVICE(3);
#endif


int rt_hw_uart_init(void)
{
    struct hw_uart_device* uart;
    struct serial_configure config = RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;

    config.baud_rate = 115200;

#define BSP_INSTALL_UART_DEVICE(no)     \
    uart = &_uart##no##_device;         \
    _serial##no.ops    = &_uart_ops;    \
    _serial##no.config = config;        \
    rt_hw_serial_register(&_serial##no, "uart" #no, RT_DEVICE_FLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX, uart); \
    rt_hw_interrupt_install(uart->irqno, rt_hw_uart_isr, &_serial##no, "uart" #no);

#ifdef RT_USING_UART0
    PINMUX_CONFIG(UART0_RX, UART0_RX);
    PINMUX_CONFIG(UART0_TX, UART0_TX);
    BSP_INSTALL_UART_DEVICE(0);
#endif

#ifdef RT_USING_UART1
    PINMUX_CONFIG(IIC0_SDA, UART1_RX);
    PINMUX_CONFIG(IIC0_SCL, UART1_TX);
    BSP_INSTALL_UART_DEVICE(1);
#endif

#ifdef RT_USING_UART2
    PINMUX_CONFIG(SD1_D1, UART2_RX);
    PINMUX_CONFIG(SD1_D2, UART2_TX);
    BSP_INSTALL_UART_DEVICE(2);
#endif

#ifdef RT_USING_UART3
    PINMUX_CONFIG(SD1_D1, UART3_RX);
    PINMUX_CONFIG(SD1_D2, UART3_TX);
    BSP_INSTALL_UART_DEVICE(3);
#endif

#ifdef RT_USING_UART4
    PINMUX_CONFIG(SD1_GP0, UART4_RX);
    PINMUX_CONFIG(SD1_GP1, UART4_TX);
    BSP_INSTALL_UART_DEVICE(4);
#endif

    return 0;
}

struct rt_uart_ops 结构体

结构体 struct rt_uart_ops 对应 4 个 函数：

1. configure：配置串口传输数据格式，包括数据位、停止位、奇偶校验位、波特率等。

2. control：完成串口中断开启、中断关闭。

3. putc：发送 1 个字符。

4. getc：接收 1 个字符。该函数会在中断触发后，RT-Thread 串口驱动框架自动调用。

rt_inline rt_uint32_t dw8250_read32(rt_ubase_t addr, rt_ubase_t offset)
{
    return *((volatile rt_uint32_t *)(addr + (offset << UART_REG_SHIFT)));
}

rt_inline void dw8250_write32(rt_ubase_t addr, rt_ubase_t offset, rt_uint32_t value)
{
    *((volatile rt_uint32_t *)(addr + (offset << UART_REG_SHIFT))) = value;

    if (offset == UART_LCR)
    {
        int tries = 1000;

        /* Make sure LCR write wasn't ignored */
        while (tries--)
        {
            unsigned int lcr = dw8250_read32(addr, UART_LCR);

            if ((value & ~UART_LCR_STKP) == (lcr & ~UART_LCR_STKP))
            {
                return;
            }

            dw8250_write32(addr, UART_FCR, UART_FCR_DEFVAL);
            dw8250_read32(addr, UART_RX);

            *((volatile rt_uint32_t *)(addr + (offset << UART_REG_SHIFT))) = value;
        }
    }
}

static void dw8250_uart_setbrg(rt_ubase_t addr, int baud_divisor)
{
    /* to keep serial format, read lcr before writing BKSE */
    int lcr_val = dw8250_read32(addr, UART_LCR) & ~UART_LCR_BKSE;

    dw8250_write32(addr, UART_LCR, UART_LCR_BKSE | lcr_val);
    dw8250_write32(addr, UART_DLL, baud_divisor & 0xff);

    dw8250_write32(addr, UART_DLM, (baud_divisor >> 8) & 0xff);
    dw8250_write32(addr, UART_LCR, lcr_val);
}

static rt_err_t dw8250_uart_configure(struct rt_serial_device *serial, struct serial_configure *cfg)
{
    rt_base_t base;
    struct hw_uart_device *uart;
    int clock_divisor;

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

    while (!(dw8250_read32(base, UART_LSR) & UART_LSR_TEMT));

    dw8250_write32(base, UART_IER, 0);
    dw8250_write32(base, UART_MCR, UART_MCRVAL);
    dw8250_write32(base, UART_FCR, UART_FCR_DEFVAL);

    /* initialize serial config to 8N1 before writing baudrate */
    dw8250_write32(base, UART_LCR, UART_LCR_8N1);

    clock_divisor = DIV_ROUND_CLOSEST(UART_INPUT_CLK, 16 * serial->config.baud_rate);
    dw8250_uart_setbrg(base, clock_divisor);

    return RT_EOK;
}

static rt_err_t dw8250_uart_control(struct rt_serial_device *serial, int cmd, void *arg)
{
    struct hw_uart_device *uart;

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

    switch (cmd)
    {
        case RT_DEVICE_CTRL_CLR_INT:
            /* Disable rx irq */
            dw8250_write32(uart->hw_base, UART_IER, !UART_IER_RDI);
            rt_hw_interrupt_mask(uart->irqno);
            break;

        case RT_DEVICE_CTRL_SET_INT:
            /* Enable rx irq */
            dw8250_write32(uart->hw_base, UART_IER, UART_IER_RDI);
            rt_hw_interrupt_umask(uart->irqno);
            break;
    }

    return RT_EOK;
}

static int dw8250_uart_putc(struct rt_serial_device *serial, char c)
{
    rt_base_t base;
    struct hw_uart_device *uart;

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

    while ((dw8250_read32(base, UART_LSR) & BOTH_EMPTY) != BOTH_EMPTY);

    dw8250_write32(base, UART_TX, c);

    return 1;
}

static int dw8250_uart_getc(struct rt_serial_device *serial)
{
    int ch = -1;
    rt_base_t base;
    struct hw_uart_device *uart;

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

    if (dw8250_read32(base, UART_LSR) & UART_LSR_DR)
    {
        ch = dw8250_read32(base, UART_RX) & 0xff;
    }

    return ch;
}

static const struct rt_uart_ops _uart_ops =
{
    dw8250_uart_configure,
    dw8250_uart_control,
    dw8250_uart_putc,
    dw8250_uart_getc,
};

中断处理

串口中断处理函数在串口初始化时，已经注册到系统的中断处理函数中。通过读取中断状态寄存器，判断是哪个串口的中断，然后调用 rt_hw_serial_isr() 函数将中断状态通知 RT-Thread 串口驱动框架。串口驱动框架会调用上面提到的 getc() 函数读取串口数据，直至返回 -1。

static void rt_hw_uart_isr(int irqno, void *param)
{
    unsigned int iir, status;
    struct rt_serial_device *serial = (struct rt_serial_device *)param;
    struct hw_uart_device *uart = (struct hw_uart_device *)serial->parent.user_data;

    iir = dw8250_read32(uart->hw_base, UART_IIR);

    /* If don't do this in non-DMA mode then the "RX TIMEOUT" interrupt will fire forever. */
    if ((iir & 0x3f) == UART_IIR_RX_TIMEOUT)
    {
        status = dw8250_read32(uart->hw_base, UART_LSR);

        if (!(status & (UART_LSR_DR | UART_LSR_BI)))
        {
            dw8250_read32(uart->hw_base, UART_RX);
        }
    }

    if (!(iir & UART_IIR_NO_INT))
    {
        rt_hw_serial_isr(serial, RT_SERIAL_EVENT_RX_IND);
    }

    if ((iir & UART_IIR_BUSY) == UART_IIR_BUSY)
    {
        /* Clear the USR */
        dw8250_read32(uart->hw_base, UART_USR);

        return;
    }
}

完成串口驱动适配后，即可正常使用 RT-Thread 的命令行工具 msh 了。