深度詳解嵌入式系統(tǒng)專用輕量級框架設(shè)計(jì)

mr-library簡介

MR 框架是專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輕量級框架。充分考慮了嵌入式系統(tǒng)在資源和性能方面的需求。通過提供標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備管理接口，極大簡化了嵌入式應(yīng)用開發(fā)的難度，幫助開發(fā)者快速構(gòu)建嵌入式應(yīng)用程序。

框架為開發(fā)者提供了標(biāo)準(zhǔn)化的開啟(open)、關(guān)閉(close)、控制(ioctl)、讀(read)、寫(write)等接口。它將應(yīng)用程序與底層硬件驅(qū)動(dòng)進(jìn)行解耦。應(yīng)用程序無需了解驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

當(dāng)硬件發(fā)生改變時(shí),只需要適配底層驅(qū)動(dòng),應(yīng)用程序就可以無縫遷移到新硬件上。這大大提高了軟件的可重用性和應(yīng)對新硬件的可擴(kuò)展性。

項(xiàng)目結(jié)構(gòu)圖

關(guān)鍵特性

標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備訪問接口

應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)開發(fā)解耦

簡化底層驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序開發(fā)

輕量易上手，資源占用低

模塊化設(shè)計(jì)，各部分解耦合并獨(dú)立開發(fā)，極低的硬件遷移成本

支持在裸機(jī)環(huán)境和操作系統(tǒng)環(huán)境下使用

主要組成

設(shè)備框架：提供設(shè)備訪問標(biāo)準(zhǔn)接口

內(nèi)存管理：動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理

工具：鏈表、隊(duì)列、平衡樹等常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

各類功能組件

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備接口

設(shè)備的所有操作都可通過以下接口實(shí)現(xiàn)：

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示例：

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struct?mr_spi_dev?spi_dev;

int?main(void)
{
????/*?注冊SPI10設(shè)備（CS低電平有效）到SPI1總線上?*/
????mr_spi_dev_register(&spi_dev,?"spi1/spi10",?0,?MR_SPI_CS_ACTIVE_LOW);

????/*?打開SPI1總線下的SPI10設(shè)備?*/
????int?ds?=?mr_dev_open("spi1/spi10",?MR_OFLAG_RDWR);
????
????/*?發(fā)送數(shù)據(jù)?*/
????uint8_t?wr_buf[]?=?{0x01,?0x02,?0x03,?0x04};
????mr_dev_write(ds,?wr_buf,?sizeof(wr_buf));
????
????/*?接收數(shù)據(jù)?*/
????uint8_t?rd_buf[4]?=?{0};
????mr_dev_read(ds,?rd_buf,?sizeof(rd_buf));
????
????/*?關(guān)閉設(shè)備?*/
????mr_dev_close(ds);
}

?

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配置工具

MR 提供 Kconfig 可視化配置工具，開發(fā)者無需深入了解源代碼即可進(jìn)行配置。

Kconfig 會(huì)根據(jù)配置文件自動(dòng)生成配置選項(xiàng)界面。開發(fā)者可以通過簡單的操作來選擇需要啟用的功能組件和設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

配置工具

配置工具1

通過修改參數(shù)，快速裁剪所需功能。配置完成后通過 Python 腳本自動(dòng)生成配置文件。

目錄結(jié)構(gòu)

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?

開始使用

配置 Kconfig 環(huán)境

注：Kconfig 并非必須的，但是推薦使用（安裝和配置非?？旖荩罄m(xù)教程也是以應(yīng)用 Kconfig 為例）。

驗(yàn)證系統(tǒng)是否安裝Python環(huán)境。在命令行中運(yùn)行 python --version 檢查Python版本（Kconfig 依賴于 python，若無 python環(huán)境請自行安裝）。

在命令行中使用所示命令安裝 Kconfig：

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?

python -m pip install windows-curses
python -m pip install kconfiglib

?

?

在命令行中運(yùn)行 menuconfig -h 驗(yàn)證安裝是否成功。

將框架導(dǎo)入工程

從 Gitee 或 Github 倉庫下載最新版本源碼到本地。

將源碼導(dǎo)入到您工程所在的目錄。以STM32工程為例：

工程目錄

如使用的芯片已經(jīng)做了 BSP 適配請參考芯片對應(yīng) BSP 中的配置教程，完成 BSP 配置。

移除不需要的文件 bsp、document、module 目錄（如不需要GIT也可以移除.git文件刪除）。完成后，目錄結(jié)構(gòu)如下所示：

工程目錄1

將文件加入到IDE中（大部分IDE都能自動(dòng)識別工程路徑下的文件，無需進(jìn)行此步驟）。以 keil 為例:

工程目錄Keil

添加 source、device、driver 目錄下的所有文件。

配置菜單選項(xiàng)

在 mr-library 目錄下打開命令行工具，運(yùn)行 menuconfig 進(jìn)行菜單配置。

工程目錄2

注：當(dāng)添加對應(yīng)芯片驅(qū)動(dòng)的后，將顯示 Device configure 和 Driver configure。對應(yīng) Driver configure 請參考 BSP 下教程。

選中 Device configure 回車進(jìn)入菜單，按照需要配置功能。

工程目錄3

配置完成后，按 Q 退出菜單配置界面，按Y 保存配置。

生成配置文件

在 mr-library 目錄下打開命令行工具，運(yùn)行 python kconfig.py，自動(dòng)生成配置文件 mr_config.h。

添加包含路徑

在編譯器中添加 mr-library 的包含路徑，以 keil 為例:

工程目錄4

配置自動(dòng)初始化（GCC環(huán)境），查找您工程下以 .ld 為后綴的連接腳本文件（通常為 link.ld），在腳本文件中添加代碼：注：如果您的是在 keil 等，能夠自動(dòng)生成鏈接腳本的環(huán)境下，請?zhí)^此步驟。

?

?

/*?mr-library?auto?init?*/
.?=?ALIGN(4);
_mr_auto_init_start?=?.;
KEEP(*(SORT(.auto_init*)))
_mr_auto_init_end?=?.;

?

?

示例：

工程目錄5

配置GNU語法。如果您使用的是非 GCC 編譯器，請使能GNU語法。以 keil 為例:

AC5:

工程目錄6

AC6:

工程目錄7

在您的工程中引入 #include "include/mr_lib.h"。

在 main 函數(shù)中添加 mr_auto_init(); 自動(dòng)初始化函數(shù)。

先來點(diǎn)個(gè)燈吧

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#include?"include/mr_lib.h"

/*?定義LED引腳（PC13）*/
#define?LED_PIN_NUMBER??????????????????45

int?main(void)
{
????/*?自動(dòng)初始化?*/
????mr_auto_init();

????/*?打開PIN設(shè)備?*/
????int?ds?=?mr_dev_open("pin",?MR_OFLAG_RDWR);
????/*?設(shè)置到LED引腳?*/
????mr_dev_ioctl(ds,?MR_CTL_PIN_SET_NUMBER,?mr_make_local(int,?LED_PIN_NUMBER));
????/*?設(shè)置LED引腳為推挽輸出模式?*/
????mr_dev_ioctl(ds,?MR_CTL_PIN_SET_MODE,?mr_make_local(int,?MR_PIN_MODE_OUTPUT));

????while(1)
????{
????????/*?點(diǎn)亮LED?*/
????????mr_dev_write(ds,?mr_make_local(uint8_t,?MR_PIN_HIGH_LEVEL),?sizeof(uint8_t));
????????mr_delay_ms(500);
????????mr_dev_write(ds,?mr_make_local(uint8_t,?MR_PIN_LOW_LEVEL),?sizeof(uint8_t));
????????mr_delay_ms(500);
????}
}

?

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Hello World

?

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#include?"include/mr_lib.h"

int?main(void)
{
????/*?自動(dòng)初始化?*/
????mr_auto_init();

????/*?打開Serial-1設(shè)備?*/
????int?ds?=?mr_dev_open("serial1",?MR_OFLAG_RDWR);
????/*?輸出Hello?World?*/
????mr_dev_write(ds,?"Hello?World
",?sizeof("Hello?World
"));
????
????while(1);
}
審核編輯：黃飛

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