深入淺出AMetal之接口與實(shí)現(xiàn)

第五章為深入淺出AMetal，本文內(nèi)容為5.1 接口與實(shí)現(xiàn)。

本章導(dǎo)讀：

對(duì)于初學(xué)者來說，要想實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫度采集是很難的，但AMetal 可以做到。AMetal 構(gòu)建了一套抽象度更高的標(biāo)準(zhǔn)化接口，封裝了各種MCU 底層的變化，為應(yīng)用軟件提供了更穩(wěn)定的抽象服務(wù)，延長(zhǎng)了軟件系統(tǒng)的生命周期。因此無論你選擇什么MCU，只要支持AMetal，開發(fā)者無需閱讀用戶手冊(cè)，甚至不需要知道什么是AMetal，就可以高度復(fù)用原有的代碼。

盡管你已經(jīng)得心應(yīng)手地使用AMetal 編寫了很多的程序，但還是想深入了解更多的接口是如何實(shí)現(xiàn)的？那么我們不妨從這里開始AMetal 的神奇之旅！

5.1 接口與實(shí)現(xiàn)

>>> 5.1.1 GPIO 接口函數(shù)

AMetal 提供了操作GPIO 的標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)，所有GPIO 的標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)原型位于ametal_am824_core_1.00\ametal\common\interface\am_gpio.h 文件中，其中包括宏定義和提供給用戶操作GPIO 的函數(shù)原型的聲明。即：

• 配置引腳功能和模式：int am_gpio_pin_cfg(int pin, uint32_t flags)

• 獲取引腳電平：int am_gpio_get(int pin)

• 設(shè)置引腳電平：int am_gpio_set(int pin, int value)

• 翻轉(zhuǎn)引腳電平：int am_gpio_toggle(int pin)

1． 配置引腳功能和模式

其中的pin 為引腳編號(hào)，格式為PIOx_x，比如，PIO0_0 用于指定配置相應(yīng)引腳。在GPIO標(biāo)準(zhǔn)接口層中，所有函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)均為pin，用于指定具體操作的引腳，相關(guān)的宏定義在ametal_easy_arm_lpc8xx\ametal\lpc8xx\drivers\include\lpc8xx_pin.h 中定義。

flags 為配置標(biāo)志，由“通用功能 | 通用模式 | 平臺(tái)功能 | 平臺(tái)模式”（‘|’就是C 語言中的按位或）組成。通用功能和模式在am_gpio.h 文件中定義，是從標(biāo)準(zhǔn)接口層抽象出來的GPIO 最通用的功能和模式，格式為AM_GPIO_*。通用功能相關(guān)宏定義與含義詳見表5.1，通用模式相關(guān)宏定義與含義詳見表5.2。

表5.1 引腳通用功能

表5.2 引腳通用模式

平臺(tái)功能和模式與具體芯片相關(guān)，會(huì)隨著芯片的不同而不同，平臺(tái)功能和模式相關(guān)的宏定義在lpc8xx_pin.h 文件中定義，芯片引腳的復(fù)用功能和一些特殊的模式都定義這個(gè)文件中，格式為PIO*_*_*，比如，PIO0_4_UART0_TX，PIO0_4 的串口0 發(fā)送。

如果需要找到PIO0_0 相關(guān)的平臺(tái)功能和平臺(tái)模式，可以打開lpc8xx_pin.h 這個(gè)文件，找到PIO0_0為前綴的宏定義，PIO0_0 相關(guān)的平臺(tái)功能詳見表5.3，平臺(tái)模式詳見表5.4。

表5.3 PIO0_0 平臺(tái)功能

表5.4 PIO0_0 平臺(tái)模式

在這里，讀者可能會(huì)問，為什么要將功能分為通用功能和平臺(tái)功能呢？各自相關(guān)的宏存放在各自的文件中，文件數(shù)目多了，會(huì)不會(huì)使用起來更加復(fù)雜呢？

通用功能定義在標(biāo)準(zhǔn)接口層中，不會(huì)隨芯片的改變而改變。而GPIO 復(fù)用功能等，會(huì)隨著芯片的不同而不同，這些功能是由具體芯片決定的，因此必須放在平臺(tái)定義的文件中。如果這部分也放到標(biāo)準(zhǔn)接口層文件中，就不能保證所有芯片標(biāo)準(zhǔn)接口的一致性，從而也就失去了標(biāo)準(zhǔn)接口的意義。這樣分開使用讓使用者更清楚，哪些代碼是全部使用標(biāo)準(zhǔn)接口層實(shí)現(xiàn)的，全部使用標(biāo)準(zhǔn)接口層的代碼與具體芯片是無關(guān)的，是可跨平臺(tái)復(fù)用的。

如果返回AM_OK，說明配置成功；如果返回- AM_ENOTSUP，說明配置的功能不支持，配置失敗，配置引腳為GPIO 功能詳見程序清單5.1。

程序清單5.1 配置管腳為GPIO 功能

配置引腳為AD 模擬輸入功能詳見程序清單5.2。

程序清單5.2 配置引腳為AD 模擬輸入功能

配置引腳為UART 功能詳見程序清單5.3。

程序清單5.3 配置引腳為UART 功能

2． 獲取引腳電平

其中的pin 為引腳編號(hào)，格式為PIOx_x，比如PIO0_0，用于獲取引腳的電平狀態(tài)。使用范例詳見程序清單5.4。

程序清單5.4 am_gpio_get()范例程序

3． 設(shè)置引腳電平

其中的pin 為引腳編號(hào)，格式為PIOx_x。比如，PIO0_0 用于設(shè)置PIO0.0 引腳的電平。Value 為設(shè)置的引腳狀態(tài)，0-低電平，1-高電平。如果返回AM_OK，說明操作成功，使用范例詳見程序清單5.5。

程序清單5.5 am_gpio_set()范例程序

4． 翻轉(zhuǎn)引腳電平

翻轉(zhuǎn) GPIO 引腳的輸出電平，如果GPIO 當(dāng)前輸出低電平，當(dāng)調(diào)用該函數(shù)后，GPIO 翻轉(zhuǎn)輸出高電平，反之則翻轉(zhuǎn)為低電平。

其中的Pin 為引腳編號(hào)，格式為PIOx_x。比如，PIO0_0 用于翻轉(zhuǎn)PIO0.0 引腳的電平狀態(tài)。如果返回AM_OK，說明操作成功，使用范例詳見程序清單5.6。

程序清單5.6 am_gpio_toggle()范例程序

5． 范例

顯然，控制LED0 點(diǎn)亮或熄滅是通過GPIO 輸出0 或1 實(shí)現(xiàn)的，因此需要先調(diào)用am_gpio_pin_cfg()函數(shù)將GPIO 配置為輸出模式，并初始化為高電平，確保初始時(shí)LED0 處于確定的熄滅狀態(tài)，接著調(diào)用am_gpio_set()函數(shù)，使PIO0_20 輸出低電平點(diǎn)亮LED0，其相應(yīng)的代碼詳見程序清單5.7。

程序清單5.7 點(diǎn)亮LED 范例程序

LED 不停地閃爍就是讓一個(gè)I/O 不斷翻轉(zhuǎn)的過程，詳見程序清單5.8。

程序清單5.8 單個(gè)LED 閃爍范例程序（1）

AMetal 針對(duì)I/O 提供了引腳電平翻轉(zhuǎn)函數(shù)am_gpio_toggle()，詳見程序清單5.9。

程序清單5.9 單個(gè)LED 閃爍范例程序（2）

假如使蜂鳴器發(fā)出1KHz 頻率的聲音，1KHz 頻率對(duì)應(yīng)的周期為：T=1/1000（s）=1（ms），由于一個(gè)周期是低電平（接通）時(shí)間和高電平（斷開）時(shí)間的總和，因此在一個(gè)周期內(nèi)，高、低電平保持的的時(shí)間分別為500us。由此可見，要使蜂鳴器不間斷地發(fā)聲，只要以500us 的時(shí)間間隔不斷的翻轉(zhuǎn)引腳的輸出電平即可，詳見程序清單5.10。

程序清單5.10 蜂鳴器發(fā)聲范例程序

>>> 5.1.2 LED 接口與實(shí)現(xiàn)

下面將使用這些程序設(shè)計(jì)的概念實(shí)現(xiàn)通用函數(shù)接口，比如，家用電器的某個(gè)動(dòng)作完成時(shí)，或工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的上下限報(bào)警，都會(huì)通過LED 提醒操作者。顯然LED 驅(qū)動(dòng)軟件應(yīng)用非常廣泛，完全有必要編寫一個(gè)通用函數(shù)作為接口以便復(fù)用。編寫通用函數(shù)應(yīng)該建立一個(gè)“.h”文件和一個(gè)“.c”文件，.h 文件用于提供接口，告知調(diào)用者提供了哪些接口，.c 文件用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)接口函數(shù)，所以需要建立一個(gè)led.c 文件和led.h 文件，并將.c 文件添加到工程中。

顯然LED 只有點(diǎn)亮、熄滅和翻轉(zhuǎn)3 種操作，如果我們不在乎抽象性的話，則可以直接調(diào)用AMetal 函數(shù)實(shí)現(xiàn)。抽象的方法在操作LED 的實(shí)現(xiàn)代碼和使用操作LED 的代碼之間添加一個(gè)函數(shù)層，創(chuàng)建一個(gè)定義明確的接口，正確的抽象性是將對(duì)象的實(shí)現(xiàn)和它的接口分離。即將操作LED 的方法“聲明”函數(shù)原型如下：

其中的led_id 對(duì)應(yīng)的LED 編號(hào)，為了方便調(diào)用者以后不用再查看原理圖，則將LED 與GPIO 的對(duì)應(yīng)關(guān)系定義在一個(gè)數(shù)組中，其相應(yīng)的代碼詳見程序清單5.11。

程序清單5.11 定義LED 對(duì)應(yīng)的GPIO 口

那么調(diào)用者只要將索引號(hào)傳入數(shù)組即可。由于I/O 口的數(shù)量只有8 個(gè)，則led_id 的有效值是0 ~ 7，所以需要判定led_id 是否合法防止數(shù)組越界，其相應(yīng)的代碼詳見程序清單5.12。

程序清單5.12 通用接口函數(shù)（led.c）的實(shí)現(xiàn)(1)

編程到這里貌似已經(jīng)很完善了，但LED 還是不能工作，因?yàn)檫€沒有將GPIO 配置為輸出模式，其相應(yīng)的代碼詳見程序清單5.13。

程序清單5.13 添加初始化函數(shù)

這里并沒有簡(jiǎn)單地將GPIO 初始化為輸出，而是在配置為輸出模式的同時(shí)，初始化GPIO為高電平，以保證LED 處于熄滅狀態(tài)。此時(shí)編程完畢，則將相關(guān)的函數(shù)接口聲明封裝到led.h文件中，詳見程序清單5.14。當(dāng)后續(xù)需要調(diào)用時(shí)，只需要 #include "led.h"就可以了。

程序清單5.14 在led.h 中添加函數(shù)聲明

在實(shí)際的使用中，接口函數(shù)都應(yīng)添加詳細(xì)的描述，告訴調(diào)用者應(yīng)該如何調(diào)用這些接口。為了方便調(diào)用，可以在led.h 中將LED 的編號(hào)與實(shí)際數(shù)組中的索引號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系使用宏定義出來。那么在調(diào)用LED 接口函數(shù)時(shí)，就不再需要關(guān)心led_id 的具體數(shù)值，直接使用宏即可，其相應(yīng)的代碼詳見程序清單5.15。

程序清單5.15 LED_ID 的定義

此時(shí)，如果要點(diǎn)亮LED0，則調(diào)用led_on(LED0)即可。這個(gè)接口是否已經(jīng)做到很通用了呢？雖然LED 對(duì)應(yīng)的GPIO 信息中包含了I/O 信息，卻沒有包括對(duì)應(yīng)的電平信息。如果僅僅看數(shù)組，而不看硬件原理圖，還是不知道點(diǎn)亮或熄滅LED 究竟是高電平還是低電平？

由于LED 對(duì)應(yīng)的管腳信息和相應(yīng)的電平信息分別屬于不同的數(shù)據(jù)類型，顯然只有使用結(jié)構(gòu)體，才能將不同類型的數(shù)據(jù)放在一起作為一個(gè)整體來對(duì)待。同時(shí)注意在聲明結(jié)構(gòu)體時(shí)給出typedef 定義，且在定義的類型名稱后面追加標(biāo)簽，比如，led_info，其相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)詳見程序清單5.16（3）~ (8）通用接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。

程序清單5.16 通用接口函數(shù)（led.c）的實(shí)現(xiàn)(2)

如果我們需要改變處理數(shù)據(jù)的方法，則只需要在一個(gè)地方進(jìn)行修改就可以了，而不必改動(dòng)程序中所有直接訪問數(shù)據(jù)的地方。正確的封裝機(jī)制，不僅鼓勵(lì)而且強(qiáng)迫隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。它使你的代碼更可靠，而且更容易維護(hù)。文件led.h 僅包含了相應(yīng)的接口函數(shù)的聲明，而在led.c中對(duì)它們進(jìn)行定義，實(shí)際上用戶是看不到led.c 的。

在實(shí)際的應(yīng)用中，用戶使用LED 有兩種情況，絕大部分情況都是使用AM824-Core 板載的兩個(gè)LED，但在流水燈實(shí)驗(yàn)中，使用的是MiniPort-LED 上的8 個(gè)LED，它們對(duì)應(yīng)的引腳是不同的，基于此，可以在led.h 文件中定義一個(gè)宏USE_MINIPORT_LED，默認(rèn)值為0，使用板載LED，為1 時(shí)使用MiniPort-LED。引腳信息數(shù)組g_led_info 的定義修改如下：

顯然，根據(jù)抽象定義的接口操作對(duì)象，將極大地減少了子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之間的相互依賴關(guān)系，也產(chǎn)生了可復(fù)用的程序設(shè)計(jì)的原則：只針對(duì)接口編程而不是針對(duì)實(shí)現(xiàn)編程。因?yàn)獒槍?duì)接口編程的組件不需要知道對(duì)象的具體類型和實(shí)現(xiàn)，只需要知道抽象類定義了哪些接口，從而減少了實(shí)現(xiàn)上的依賴關(guān)系。

實(shí)際上，這些接口并不妨礙你將一個(gè)對(duì)象和其它對(duì)象一起使用，因而對(duì)象只能通過接口來訪問，所以并不會(huì)破壞封裝性。

>>> 5.1.3 I/O 接口與中斷

GPIO 觸發(fā)部分主要是使GPIO 工作在中斷狀態(tài)的相關(guān)操作接口，詳見表5.5。

表5.5 GPIO 觸發(fā)相關(guān)接口函數(shù)

1． 配置引腳觸發(fā)條件函數(shù)

配置引腳觸發(fā)函數(shù)原型如下：

其中的pin 為引腳編號(hào)，格式為PIOx_x，比如PIO0_0，配置相應(yīng)引腳的觸發(fā)條件。Flag為觸發(fā)條件，所有可選的觸發(fā)條件詳見表5.6。

表5.6 GPIO 觸發(fā)條件配置宏

注意，這些觸發(fā)條件并不一定每個(gè)GPIO 口都支持，當(dāng)配置觸發(fā)條件時(shí)，應(yīng)檢測(cè)返回值，確保相應(yīng)引腳支持所配置的觸發(fā)條件。細(xì)心的人可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，這里的參數(shù)flag 為單數(shù)形式，而am_gpio_pin_cfg()函數(shù)的參數(shù)flag 為復(fù)數(shù)形式。當(dāng)參數(shù)為單數(shù)形式時(shí)，則表明只能從可選宏中選擇一個(gè)具體的宏值作為實(shí)參；當(dāng)參數(shù)為復(fù)數(shù)形式時(shí)，則表明可以選多個(gè)宏值的或值（C 語言中的“|”運(yùn)算符）作為實(shí)參。

如果返回AM_OK，說明配置成功，如果返回-AM_ENOTSUP，說明引腳不支持該觸發(fā)條件，配置失敗，使用范例詳見程序清單5.17。

程序清單5.17 am_gpio_trigger_cfg ()范例程序

2． 連接引腳觸發(fā)回調(diào)函數(shù)

連接一個(gè)回調(diào)函數(shù)到觸發(fā)引腳，當(dāng)相應(yīng)引腳觸發(fā)事件產(chǎn)生時(shí)，則會(huì)調(diào)用本函數(shù)連接的回調(diào)函數(shù)。其函數(shù)原型為：

其中的pin 為引腳編號(hào)，格式為PIOx_x，比如PIO0_0，將函數(shù)與相應(yīng)引腳關(guān)聯(lián)。pfn_callback 為回調(diào)函數(shù)，類型為am_pfnvoid_t (void (*)(void *) )，即無返回值，參數(shù)為void*型的函數(shù)。p_arg 為回調(diào)函數(shù)的參數(shù)為void *型，這個(gè)參數(shù)就是當(dāng)回調(diào)函數(shù)調(diào)用時(shí)，傳遞給回調(diào)函數(shù)的參數(shù)。如果返回AM_OK，說明連接成功，使用范例詳見程序清單5.18。

程序清單5.18 am_gpio_trigger_connect()范例程序

3． 斷開引腳觸發(fā)回調(diào)函數(shù)

與am_gpio_trigger_connect()函數(shù)的功能相反，當(dāng)不需要使用一個(gè)引腳中斷時(shí)，應(yīng)該斷開引腳與回調(diào)函數(shù)的連接；或者當(dāng)需要將一個(gè)引腳的回調(diào)函數(shù)重新連接到另外一個(gè)函數(shù)時(shí)，應(yīng)該先斷開當(dāng)前連接的回調(diào)函數(shù)，再重新連接到新的回調(diào)函數(shù)。其函數(shù)原型為：

其中的Pin 為引腳編號(hào)，格式為PIOx_x，比如PIO0_0，斷開相應(yīng)引腳的連接函數(shù)；pfn_callback 為回調(diào)函數(shù)，應(yīng)該與連接函數(shù)對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)一致；p_arg 為回調(diào)函數(shù)的參數(shù)為void *型，應(yīng)該與連接函數(shù)對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)參數(shù)一致。如果返回AM_OK，說明斷開連接成功，使用范例詳見程序清單5.19。

程序清單5.19 am_gpio_trigger_disconnect()范例程序

4． 打開引腳觸發(fā)

打開引腳觸發(fā)，只有打開引腳觸發(fā)后，引腳觸發(fā)才開始工作。在打開引腳觸發(fā)之前，應(yīng)該確保正確連接了回調(diào)函數(shù)并設(shè)置了相應(yīng)的觸發(fā)條件。其函數(shù)原型為：

其中的pin 為引腳編號(hào)，格式為PIOx_x，比如PIO0_0，打開相應(yīng)引腳的觸發(fā)。如果返回AM_OK，說明打開成功，使用范例詳見程序清單5.20。

程序清單5.20 am_gpio_trigger_on ()范例程序

5． 關(guān)閉引腳觸發(fā)

關(guān)閉后，引腳觸發(fā)將停止工作，即相應(yīng)觸發(fā)條件滿足后，不會(huì)調(diào)用引腳相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。如需引腳觸發(fā)繼續(xù)工作，可以使用am_gpio_trigger_on()重新打開引腳觸發(fā)。其函數(shù)原型為：

其中的pin 為引腳編號(hào)，格式為PIOx_x，比如，PIO0_0，關(guān)閉相應(yīng)引腳的觸發(fā)。如果返回AM_OK，說明關(guān)閉引腳觸發(fā)成功，使用范例詳見程序清單5.21。

程序清單5.21 am_gpio_trigger_off()范例程序