RT-Thread学习之UART设备驱动框架

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：。