RTThread从底层AT组件到上层SAL之间的关系

1万 · 2021-7-22 17:09

RTThread嵌入式系统有着丰富的网络组件，虽然官方提供的文档也很详细，但是各个组件之间的耦关系并不是很明确，这就对于我这种初学者有了很大的难度。这两天我从开始学习设备驱动UART设备->基于UART设备的AT组件->基于AT组件的AT设备和AT Socket->netdev网卡层->SAL套接字抽象层。经过这几天不断的学习，终于简单的弄明白了，它们之间的耦合关系。好记性不烂笔头，我觉得为了防止我忘记，还是需要记录一下比较好。
本**所有内容都是基于正点原子的STM32L475开发板，因为RTThread对此开发板提供了大量的丰富的文档和例程，所以学起来也比较方面，网卡模块使用的是ESP8266，内置lwip协议，采用AT指令基于L475的UART2进行数据传输。

1.设备驱动UART2
1.RTThread驱动大体流程
RTThread提供了基于HAL库的驱动，所以，也不需要自己去写UART的驱动，是需要在env工具中打开使能UART2即可。我这个L475的打开路径如下所示：

1万 · 2021-7-22 17:12

打开以后，在rtconfig.h文件中有找到这个选项：

MDK工程中就会多drv_usart.c，serial.c文件。其中drv_usart.c文件是基于STM32HAL库编写的底层UART驱动文件，不同系列的芯片代码可能不一样，然后serial.c文件是RTThread的串口驱动的框架文件，向下给drv_usart.c提供统一UART操作函数结构体struct rt_uart_ops，然后drv_usart.c将此结构的具体内容实现，然后通过serial.c的rt_hw_serial_register把此结构体注册给serial.c文件使用，然后serial.c文件根据此结构体的不同内容进行封装成RTThread的device的格式通过rt_device_register注册给RTThread内核的设备管理，这样我们就不需要关系底层的具体硬件驱动代码实现，是需要RTThread提供的deviceAPI来访问不同的设备。
其中从硬件底层驱动代码到生成device的关系如下：

1万 · 2021-7-22 17:46

其中rt_hw_serial_register函数和struct rt_uart_ops结构体的内容是serial.c文件提供的，serial.c规定底层硬件驱动代码的功能和把底层功能进行按照rt_device的要求进行封装，然后将封装后的内容注册到内核中，统一管理使用。rt_device函数和struct rt_device结构体是device.c文件提供。

2.UART具体硬件驱动
UART的每一个硬件驱动定义在uart_config.h的文件中，路径libraries\HAL_Drivers\config\l4\uart_config.h。它定义了基于HAL库串口使用的串口基本东西，比如串口1的寄存器地址，串口1的中断服务函数名字，和注册到内核驱动的串口名字，通过此名字可以查找到具体的驱动。

1万 · 2021-7-22 17:54

串口所使用的的IO引脚是在STMl4xx_hal_msp.c文件中定义的，让初始化串口是，这个里面针对串口IO的回调函数就会执行，然后就初始化了具体的引脚。路径board\CubeMX_Config\Src\stm32l4xx_hal_msp.c。这个文件是通过STM32CubeMX软件生成的，生成以后我们可以根据具体情况自己修改。

1万 · 2021-7-22 17:55

然后，串口API操作函数可以通过文件RTThread官网文档来查看。

2.AT组件1.AT基本框架

AT组件是RTThread针对采用AT命令的设备推出的框架，我们使用AT模块主要也就是使用AT框架的AT Client功能，在env工具中打开:

1万 · 2021-7-22 17:56

然后在构建工程就可以添加到MDK中了。
如果我们自己使用AT框架，只需要通过int at_client_init(const char *dev_name, rt_size_t recv_bufsz)此函数初始化AT框架就可以了,dev_name参数是AT组件与AT模块进行数据通信是所使用的的设备名字，比如我的ESP8266使用的是UART2，这个参数就是UART2传入即可，然后recv_bufsz是一次接受AT命令消息的大小，可以自由设置，小的话接受的AT消息可能不全。
初始化完成以后我们就可以通过调用at.h里面声明的不用的函数名来操作AT设备了，具体函数操作意思，可以通过点击RTThread官网文档来查看。

2.2AT设备框架
AT设备框架主要是struct at_device结构体，路径packages\at_device-v2.0.2\inc\at_device.h。它包含了这个设备所有的功能，包括设备操作函数，at_socket操作函数，这俩是在设备类中包含，所使用的AT组件结构体，注册成网卡的结构体，at_socket结构体。在具体的设备文件驱动中，需要根据设备的实际情况初始化响应的内容。其中的user_data变量存放这个此AT设备全部信息结构体的地址。
需要先使用at_device_class_register函数将此设备的操作函数注册到AT设备类链表中，然后再使用at_device_register函数注册到AT设备链表中。
在AT设备驱动文件中，需要先定义struct at_device_ops结构体变量，然后按照at_device_ops的要求实现具体内容，将其添加到定义的at_device_calss结构体变量中，然后注册到AT设备类链表中。最后AT设备驱动中需要定义struct at_device结构体变量，然后按照它的要求实现具体内容，然后注册到设备链表中。

3.AT_SOCKET
at_socket其实算是at_device的一部分，开启at_device的时候就默认使用了at_socket功能，它简化了我们使用AT设备进行网络开发的步骤，可以直接使用BSD套接字的方法直接在AT设备上进行网络编程。
在AT设备SOCKET驱动文件中，也需要定义struct at_socket_ops变量，然后根据AT基本组件按照at_socket的要求实现其内容，将其添加到定义的at_device_class结构体变量中，最后将at_device_class注册到AT设备类链表中。

3.netdev网卡
netdev网卡是管理每一个网络接口设备，统一提供给上层SAL组件所使用的框架，其具体内容可以参照RTThread netdev官方文档。每一个网络接口设备都使用一个struct netdev结构体变量来管理，包含了设备名字，设备IP、网关等一系列的信息。一般在网卡设备初始化中将其注册为网卡。net_dev的sal_user_data变量保存了该网卡进行BSD编程的操作函数信息。
在AT设备驱动文件中，一部分是根据at_device结构体实现AT设备基本操作函数，另一部分就是根据AT基础组件操作函数AT设备将其网卡相关的功能进行封装，然后将其注册成为网卡设备。先定义一个struct netdev_ops结构体变量，然后根据其要求实现其内容，在使用netdev_register函数将其注册。

4.SAL套接字抽象层
SAL套接字抽象层是根据不同的网络协议栈封装成统一的BSD操作函数，提供使用，包括了LWIP、AT、WIZNET，其具体信息根据RTThread SAL官方文档查看。
其中SAL.h文件里面包含了不同协议栈适配SAL抽象层所需要注册的内容，AT协议栈是在af_net_at.c中进行适配，然后只需要在AT设备文件中在注册netdev前调用sal_at_netdev_set_pf_info()函数就可以将AT协议栈适配到SAL抽象层了，就可以通过sal_socket.h文件进行网络编程了。

1万 · 2021-7-22 17:57

5.程序调用过程5.1注册过程

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INIT_DEVICE_EXPORT(esp8266_device_class_register);RTThread自动初始化组件注册at_device_class

        => class = (struct at_device_class *) rt_calloc(1, sizeof(struct at_device_class)); 分配内存

        => esp8266_socket_class_register(class); 

                => class->socket_num = AT_DEVICE_ESP8266_SOCKETS_NUM; ESP8266最大支持的socket数量

                => class->socket_ops = &esp8266_socket_ops保存at_socket_ops到class

        => class->device_ops = &esp8266_device_ops; 保存at_device_ops到class

        => at_device_class_register(class, AT_DEVICE_CLASS_ESP8266); 注册到AT设备类链表

at_device_register()运行设备前注册设备

        => device->sockets = (struct at_socket *) rt_calloc(class->socket_num, sizeof(struct at_socket));根据支持的最大

socket数据分配响应的空间。

        => device->class = class;保存AT设备类首地址到at_device结构体中

        => device->user_data = user_data; 保存用户数据

        => rt_slist_append(&at_device_list, &(device->list)); 保存当前设备结构体到AT设备链表

        => class->device_ops->init(device); 初始化当前设备

                => at_client_init(esp8266->client_name, esp8266->recv_line_num);初始化AT基本组件

                => device->client = at_client_get(esp8266->client_name);保存AT基本组件信息到at_device中

                => at_obj_set_urc_table();设置URC回调函数 针对配置的URC

                => esp8266_socket_init(device);初始化esp8266 socket

                        => at_obj_set_urc_table()也是设备URC回调函数，针对收发消息的URC

                => device->netdev = esp8266_netdev_add(esp8266->device_name); 将esp8266注册成网卡

                        => netdev = (struct netdev *) rt_calloc(1, sizeof(struct netdev));分配内存

                        => netdev->ops = &esp8266_netdev_ops;设备网卡操作函数

                        => sal_at_netdev_set_pf_info(netdev);将AT协议栈操作函数适配到SAL抽象层

                        => netdev_register(netdev, netdev_name, RT_NULL)注册网卡

                => esp8266_netdev_set_up(device->netdev);打开网卡

                        => device = at_device_get_by_name(AT_DEVICE_NAMETYPE_NETDEV, netdev->name);根据名字获取at_device

                        => esp8266_net_init(device);初始化at_device

                                => esp8266_init_thread_entry(device);根据env设置的是否是线程初始化esp8266，当前不是线程初始化

                                        => AT+RST ATE0 等ESP基本功能初始化

                        => netdev_low_level_set_status(netdev, RT_TRUE);设置网卡状态