介紹一個(gè)用C語言編寫的硬件外設(shè)訪問庫

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今天要介紹的開源軟件叫 c-periphery，一個(gè)用 C 語言編寫的硬件外設(shè)訪問庫。

我們可以用它來讀寫 Serial、SPI、I2C 等，非常適合在嵌入式產(chǎn)品上使用。

我們可以基于它優(yōu)秀的代碼框架，不斷地?cái)U(kuò)展出更多的功能模塊，最終形成自己產(chǎn)品適用的 Linux 硬件抽象層。

源文件：

$tree.
├──src
│├──gpio.c
│├──gpio.h
│├──i2c.c
│├──i2c.h
│├──led.c
│├──led.h
│├──mmio.c
│├──mmio.h
│├──pwm.c
│├──pwm.h
│├──serial.c
│├──serial.h
│├──spi.c
│├──spi.h
│├──version.c
│└──version.h

約 4500 行代碼，每個(gè)硬件模塊的代碼都是相對獨(dú)立，上手難度小。

能收獲什么？
1、降低硬件編程的門檻;

2、了解 Linux 應(yīng)用層如何訪問 GPIO / I2C / SPI / PWM 等硬件;

3、了解如何對硬件外設(shè)進(jìn)行封裝，并提供良好的 API;

4、了解如何將代碼封裝成庫;

5、了解如何為代碼編寫單元測試程序;

c-periphery 很好地示范了如何在 Linux 平臺上進(jìn)行硬件編程，定義出來的接口即豐富又實(shí)用。

另外，它最終輸出的是靜態(tài)庫 libperiphery.a，并且為每一個(gè)硬件模塊功能都編寫了單元測試代碼，代碼質(zhì)量有保障。

c-periphery 的用法

簡單例子

我們以最常見的串口讀寫為例：

intmain(void)
{
serial_t*serial;
uint8_ts[]="HelloWorld!";
uint8_tbuf[128];
intret;

serial=serial_new();

/*Open/dev/ttyUSB0withbaudrate115200,anddefaultsof8N1,noflowcontrol*/
if(serial_open(serial,"/dev/ttyUSB0",115200)

	

	serial_t 是對串口設(shè)備的抽象;

	serial_new() 用于創(chuàng)建一個(gè)串口設(shè)備, 這里只是申請了數(shù)據(jù)，使用完畢后， 要通過 serial_free() 將其釋放掉。

	serial_open() 用于初始化串口，設(shè)置設(shè)備節(jié)點(diǎn)、波特率等; 相應(yīng)地，用 serial_close() 可以關(guān)閉串口。

	serial_write() 用于給串口發(fā)數(shù)據(jù)，模仿了系統(tǒng)調(diào)用 write()。

	serial_read() 用于從串口讀數(shù)據(jù)，比系統(tǒng)調(diào)用 read() 多了一個(gè) timeout_ms 的參數(shù)，有了超時(shí)機(jī)制后，至少可以避免程序一直阻塞。

	這就是一個(gè)最簡單的基于 c-periphery 的串口示例。即便是嵌入式初學(xué)者，基于這些接口，也能輕松地讀寫串口了。

	

	另外，這里只用到了最常用的幾個(gè) API。對于串口模塊，c-periphery 還有很多實(shí)用的 API：

	

	
比較有意思的幾個(gè) API：

	serial_poll() 類似 select()，用于監(jiān)控串口是否有數(shù)據(jù)，避免死等;

	serial_get/set_xxx() 用于讀寫串口的屬性;

	serial_fd() 用于獲取文件描述符，有了 fd 就意味這所有 Linux 應(yīng)用編程的機(jī)制都可以使用了。例如我們可以將這個(gè) fd 傳遞給 libev，然后就能進(jìn)行事件驅(qū)動編程了。

	

	c-periphery 的實(shí)現(xiàn)

	關(guān)鍵數(shù)據(jù)

	c-periphery 里對每個(gè)硬件模塊封裝的方法都是類似，用一個(gè)結(jié)構(gòu)體來保存模塊所有相關(guān)的信息，看下面這幾個(gè)例子。

	Serial：

	

	

	I2C:

	

	

	GPIO:

	

	

	它們的成員變量大多都有文件描述符 fd、用于記錄錯(cuò)誤狀態(tài)的 errno / error string，然后再加上一些硬件模塊特有的成員變量。

	最終庫的調(diào)用者只會看到 serial_t、i2c_t、gpio_t 這種類似描述符的數(shù)據(jù)類型，使用時(shí)不需要關(guān)心內(nèi)部細(xì)節(jié)。

	后續(xù)我們要添加自己的硬件模塊時(shí)，可以依葫蘆畫瓢，模仿著定義出屬于該硬件的 xxx_t 結(jié)構(gòu)體，然后一步步地為 c-periphery 擴(kuò)展出新的功能模塊。

	

	幾個(gè)關(guān)鍵 API 的實(shí)現(xiàn)

	我們以 Serial 為例，看下其核心 API 的實(shí)現(xiàn)。

	

	分配與釋放：

	

	就是在申請分配和釋放 serial_t 的內(nèi)存。

	

	寫數(shù)據(jù) serial_write() 就是調(diào)用 write()，讀數(shù)據(jù) serial_read() 則是利用 select() 實(shí)現(xiàn)了超時(shí)的功能：

	

	

	serial_poll() 則是使用 poll() 來完成 io 監(jiān)控。

	

	其他硬件模塊的實(shí)現(xiàn)都是類似的。

	到此，c-periphery 的核心實(shí)現(xiàn)代碼就拆解完畢了。

	
為 c-periphery 添加新的硬件模塊

	學(xué)以致用，我們按照 c-periphery 的框架，添加背光 Backlight 功能。

	Backlight 的控制方法可以參考這篇文章：一個(gè)控制背光的命令行小工具。

	

	先定義 backlight_t:

	

	然后再實(shí)現(xiàn)好下面這些 API：

	

	API 的具體實(shí)現(xiàn)代碼就不再這里展示了，因?yàn)榭刂票彻鉄o非就是讀寫 /sys/class/backlight/ 內(nèi)的文件節(jié)點(diǎn)，難度不大。

	

	總結(jié)

	c-periphery 是一個(gè) C 語言編寫的硬件訪問庫，已支持 Serial、I2C、SPI、MMIO、PWM、GPIO 等硬件。約 4500 行代碼，每個(gè)硬件模塊的代碼都是相對獨(dú)立，上手難度小，非常使用在嵌入式 Linux 平臺上使用。

	另外，我們可以基于它優(yōu)秀的代碼框架，不斷地?cái)U(kuò)展出自己需要的功能模塊，最終形成自己產(chǎn)品專用的 Linux 硬件抽象層，絕對的嵌入式開發(fā)的利器。

	審核編輯：湯梓紅