IO设备模型

RT-Thread 提供了一套简单的 I/O 设备模型框架，如下图所示，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。

应用程序通过 I/O 设备管理接口获得正确的设备驱动，然后通过这个设备驱动与底层 I/O 硬件设备进行交互。
I/O 设备管理层实现了对设备驱动程序的封装
设备驱动框架层是对同类硬件设备驱动的抽象，将不同厂家的同类硬件设备驱动中相同的部分抽取出来，将不同部分留出接口，由驱动程序实现。
设备驱动层是一组驱使硬件设备工作的程序，实现访问硬件设备的功能。

简单设备的注册不经过设备驱动框架层，直接将设备注册到I/O设备管理器中

设备驱动根据设备模型定义，创建出具备硬件访问能力的设备实例，将该设备通过rt_device_register()接口注册到 I/O 设备管理器中
应用程序通过 rt_device_find()接口查找到设备，然后使用 I/O 设备管理接口来访问硬件

模型框架原理

图中：在左边是应用层代码，在右边是设备驱动代码，设备驱动层是与硬件最接近的（用于直接访问硬件）。而设备驱动和应用程序通过同一的IO设备管理器来统一管理起来。

如何去管理呢？设备驱动在要操作硬件的时候，要向IO设备管理器去注册，一旦注册完之后，设备管理器就知道了哪个设备的驱动注册到系统里面了。当注册成功以后，当应用层想要访问硬件的时候，通过调用rt_device_find函数来找到相应的设备驱动，一旦找到以后，就可以打开设备，接着进行读写操作，最后要记得关闭设备。

应用层想要去访问硬件的时候，只需要查找到相应的设备驱动，然后调用统一的接口就能对硬件设备进行操作，不需要关注硬件的实现原理。而对应硬件驱动来讲，我们只需要提供对硬件的访问方法。具体如何去访问，以及访问到的数据如何去处理也跟设备驱动没有关系。也就是说将不同的事情交给不同的层去完成，实现解耦（高内聚、低耦合）

对于一些复杂设备，需要使用到对应的设备驱动框架层，进行注册，它们拥有自己专属的注册函数如：看门狗定时器

看门狗设备驱动程序根据看门狗设备模型定义，创建出具备硬件访问能力的看门狗设备实例，并将该看门狗设备通过特定的函数 rt_hw_watchdog_register()接口注册到看门狗设备驱动框架中
看门狗设备驱动框架通过 rt_device_register()接口将看门狗设备注册到 I/O 设备管理器中
应用程序通过 I/O 设备管理接口来访问看门狗设备硬件

IO设备类型

RT-Thread 支持多种 I/O 设备类型，主要设备类型如下所示

RT_Device_Class_Char = 0, /**< character device */

RT_Device_Class_Block, /**< block device */

RT_Device_Class_NetIf, /**< net interface */

RT_Device_Class_MTD, /**< memory device */

RT_Device_Class_CAN, /**< CAN device */

RT_Device_Class_RTC, /**< RTC device */

RT_Device_Class_Sound, /**< Sound device */

RT_Device_Class_Graphic, /**< Graphic device */

RT_Device_Class_I2CBUS, /**< I2C bus device */

RT_Device_Class_USBDevice, /**< USB slave device */

RT_Device_Class_USBHost, /**< USB host bus */

RT_Device_Class_SPIBUS, /**< SPI bus device */

RT_Device_Class_SPIDevice, /**< SPI device */

RT_Device_Class_SDIO, /**< SDIO bus device */

RT_Device_Class_Timer, /**< Timer device */

RT_Device_Class_Miscellaneous, /**< misc device */

RT_Device_Class_Sensor, /**< Sensor device */

RT_Device_Class_Touch, /**< Touch device */

RT_Device_Class_Unknown /**< unknown device */

创建和注册IO设备

驱动层负责创建设备实例，并注册到 I/O 设备管理器中

/**
 * This function creates a device object with user data size.
 *
 * @param type, the kind type of this device object.
 * @param attach_size, the size of user data.
 *
 * @return the allocated device object, or RT_NULL when failed.
 */
rt_device_t rt_device_create(int type, int attach_size)

当一个动态创建的设备不再需要使用时可以通过如下函数来销毁

/**
 * This function destroy the specific device object.
 *
 * @param dev, the specific device object.
 */
void rt_device_destroy(rt_device_t dev)

设备被创建后，需要实现它访问硬件的操作方法

struct rt_device_ops
{
    /* common device interface */
    rt_err_t  (*init)   (rt_device_t dev);
    rt_err_t  (*open)   (rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag);
    rt_err_t  (*close)  (rt_device_t dev);
    rt_size_t (*read)   (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void *buffer, rt_size_t size);
    rt_size_t (*write)  (rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void *buffer, rt_size_t size);
    rt_err_t  (*control)(rt_device_t dev, int cmd, void *args);
};

设备被创建后，需要注册到 I/O 设备管理器中，应用程序才能够访问

/**
 * This function registers a device driver withspecified name.
 *
 * @param dev the pointer of device driverstructure
 * @param name the device driver's name
 * @param flags the capabilities flag ofdevice   设备模式标志
 *
 * @return the error code, RT_EOK oninitialization successfully.
 */
rt_err_t rt_device_register(rt_device_t dev,
                            const char *name,
                            rt_uint16_t flags)
                            
#define RT_DEVICE_FLAG_RDONLY 0x001/*只读*/
#define RT_DEVICE_FLAG_WRONLY 0x002/*只写*/
#define RT_DEVICE_FLAG_RDWR 0x003 /*读写*/
#define RT_DEVICE_FLAG_REMOVABLE0x004 /*可移除*/
#define RT_DEVICE_FLAG_STANDALONE0x008 /*独立*/
#define RT_DEVICE_FLAG_SUSPENDED0x020 /*挂起*/
#define RT_DEVICE_FLAG_STREAM 0x040/*流模式*/
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_RX 0x100/*中断接收*/
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX 0x200/*DMA接收*/
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_TX 0x400/*中断发送*/
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX 0x800/* DMA发送*/

设备注销后的，设备将从设备管理器中移除，也就不能再通过设备查找搜索到该设备。注销设备不会释放设备控制块占用的内存

/**
 * This function removes a previouslyregistered device driver
 *
 * @param dev the pointer of device driverstructure
 *
 * @return the error code, RT_EOK onsuccessfully.
 */
rt_err_t rt_device_unregister(rt_device_t dev)

RTT设备管理程序实现原理

当我们创建一个设备的时候，系统会使用一个结构体描述这个设备的所有信息。当我们创建并注册多个设备的时候，系统就会通过列表的方式将这些结构体统一管理起来。当我们应用层想要找到某个设备的时候，就会调用find函数来找到列表头来根据name遍历查找，找到以后就会调用相应的方法来操作设备。当设备不用的时候，调用unregister函数来移除（将结构体变量从列表中移除），但结构体的空间依然存在，如果我们想要将结构体的空间释放掉，就需要调用destroy函数来进行删除释放。

访问IO设备

应用程序通过 I/O 设备管理接口来访问硬件设备，当设备驱动实现后，应用程序就可以访问该硬件，I/O 设备管理接口与 I/O 设备的操作方法的映射关系下图所示

相应接口函数在设备句柄结构体中

使用应用层接口前，首先要查找到设备

查找设备

返回值为设备句柄指针

/**
 * This function finds a device driver byspecified name.
 *
 * @param name the device driver's name
 *
 * @return the registered device driver onsuccessful, or RT_NULL on failure.
 */
rt_device_t rt_device_find(const char*name)

操作接口如下：

初始化设备

/**
 * This function will initialize the specified device
 *
 * @param dev the pointer of device driver structure
 *
 * @return the result
 */
rt_err_t rt_device_init(rt_device_t dev)

打开设备

/**
 * This function will open a device
 *
 * @param dev the pointer of device driver structure
 * @param oflag the flags for device open
 *
 * @return the result
 */
rt_err_t rt_device_open(rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag)

注：RT_DEVICE_FLAG_STREAM：流模式用于向串口终端输出字符串：当输出的字符是 "\n"（对应 16 进制值为 0x0A）时，自动在前面输出一个 "\r"（对应 16 进制值为 0x0D）做分行。

流模式 RT_DEVICE_FLAG_STREAM 可以和接收发送模式参数使用或 “|” 运算符一起使用

关闭设备

/**
 * This function will close a device
 *
 * @param dev the pointer of device driver structure
 *
 * @return the result
 */
rt_err_t rt_device_close(rt_device_t dev)

控制设备

/**
 * This function will perform a variety of control functions on devices.
 *
 * @param dev the pointer of device driver structure
 * @param cmd the command sent to device
 * @param arg the argument of command
 *
 * @return the result
 */
rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, int cmd, void *arg)

读写设备

/**
 * This function will read some data from adevice.
 *
 * @param dev the pointer of device driverstructure
 * @param pos the position of reading
 * @param buffer the data buffer to save read data
 * @param size the size of buffer
 *
 * @return the actually read size onsuccessful, otherwise negative returned.
 *
 * @note since 0.4.0, the unit of size/pos is ablock for block device.
 */
rt_size_t rt_device_read(rt_device_tdev,
                         rt_off_t    pos,
                         void       *buffer,
                         rt_size_t   size)

/**
 * This function will write some data to adevice.
 *
 * @param dev the pointer of device driverstructure
 * @param pos the position of written
 * @param buffer the data buffer to be writtento device
 * @param size the size of buffer
 *
 * @return the actually written size onsuccessful, otherwise negative returned.
 *
 * @note since 0.4.0, the unit of size/pos is ablock for block device.
 */
rt_size_trt_device_write(rt_device_t dev,
                          rt_off_t    pos,
                          const void *buffer,
                          rt_size_t   size)

数据收发回调

当硬件设备收到数据时，可以通过如下函数回调另一个函数来设置数据接收指示，通知上层应用线程有数据到达

原理：通过设置数据的收发回调来通知我们的应用层某个线程来接收数据。这样就不需要再接收数据的时候写一个while循环一直去读。让它在没有数据的时候去休眠阻塞，一旦有数据的时候，这个函数就会被回调去通知相应线程唤醒去读写，这样可以减少系统的调用，提高系统调用效率。

数据接收回调

/**
 * This function will set the receptionindication callback function. 
 * This callback function
 * is invoked when this device receives data.
 *
 * @param dev the pointer of device driverstructure
 * @param rx_ind the indication callbackfunction
 *
 * @return RT_EOK
 */
rt_err_t
rt_device_set_rx_indicate(rt_device_tdev,
      rt_err_t (*rx_ind)(rt_device_t dev, rt_size_t size))

数据发送回调

/**
 * This function will set the indicationcallback function when device has
 * written data to physical hardware.
 *
 * @param dev the pointer of device driverstructure
 * @param tx_done the indication callbackfunction
 *
 * @return RT_EOK
 */
rt_err_t
rt_device_set_tx_complete(rt_device_tdev,
        rt_err_t (*tx_done)(rt_device_t dev,void *buffer))