AliOS Things 硬件抽象层（HAL）对接系列1 — GPIO driver porting

2021-08-21 05:25:45

HAL层（Hardware abstraction layer 硬件抽象层）的目的是为了屏蔽底层不同芯片平台的差异，从而使驱动层上面的软件不会随芯片平台而改变。AliOS Things定义了全面的HAL抽象层，这个系列主要介绍AliOS ThingsHAL层与不同芯片平台对接的poring要点，并举例说明。

Hal 对接系列1 —— Gpio driver porting

一. 接口定义说明

gpio 对外接口定义在 include/hal/soc下面，接口函数主要有以下几个:

int32_t hal_gpio_init(gpio_dev_t *gpio)
int32_t hal_gpio_output_high(gpio_dev_t *gpio);
int32_t hal_gpio_output_low(gpio_dev_t *gpio);
int32_t hal_gpio_output_toggle(gpio_dev_t *gpio);
int32_t hal_gpio_input_get(gpio_dev_t *gpio, uint32_t *value);
int32_t hal_gpio_enable_irq(gpio_dev_t *gpio, gpio_irq_trigger_t trigger, gpio_irq_handler_t handler, void *arg);
int32_t hal_gpio_disable_irq(gpio_dev_t *gpio);
int32_t hal_gpio_clear_irq(gpio_dev_t *gpio);
int32_t hal_gpio_finalize(gpio_dev_t *gpio)

其中，结构体gpio_dev_t 定义为：

typedef struct {
    uint8_t       port;           /* gpio port */
    gpio_config_t config;  /* gpio config */
    void         *priv;           /* priv data */
} gpio_dev_t;

接口函数的含义清晰明了，这里用户有两种方式可以调用驱动：

直接调用接口函数，常用于对gpio驱动的二次封装，如在lcd驱动中调用gpio进行相关操作；
通过vfs虚拟文件系统进行操作，即使用open, read, write, ioctl等标准接口进行。

二. 接口使用说明

二者调用方式在hal层没有显著区别。以第一种为例：
调用gpio驱动时，首先定义
gpio_dev_t gpio_1 = {KEY_1, OUTPUT, &value}
即使用gpio 的输出功能，可以使用

hal_gpio_output_high(&gpio_1);
hal_gpio_output_low(& gpio_1);
hal_gpio_output_toggle(& gpio_1);

等接口函数操作gpio输出高、低电平或者反转电平。

gpio_dev_t gpio_2 = {KEY_2, INPUT, NULL}
即使用gpio的输入功能，可以使用
hal_gpio_input_get(&gpio_2 , uint32_t *value)
等接口函数操作读取gpio电平值；

gpio_dev_t gpio_3 = {KEY_3, IRQ_MODE, &value}
即使用gpio的输入中断功能，value值为上升沿、下降沿和边沿触发三种模式，
可以使用

hal_gpio_enable_irq(&gpio_3, gpio_irq_trigger_t trigger,                                 
                    gpio_irq_handler_t handler, void *arg);

进行中断初始化，用户还需要自行提供中断处理函数handler，定义如下：
typedef void (gpio_irq_handler_t)(void arg);

具体的操作示例，可以参考aos/example/peri_deiver_test_developerkit/peri_test.c

三. HAL层对接要点

HAL层需要严格按照位于include/hal/soc/gpio.h的实现进行对接，新建两个文件hal_gpio_xxx.c和hal_gpio_xxx.h，将封装层代码放到这两个文件中，实现上面列出的接口函数。

hal_gpio_init是gpio初始化，不同系列芯片的初始化方式差异较大，我们往往无法直接调用芯片厂商的初始化函数，此时需要对接口进行一些转换以对接芯片厂商的驱动。举例说明。

ST系列：
我们最终需要的gpio初始化接口即：int32_t hal_gpio_init(gpio_dev_t *gpio)
ST系列芯片驱动的gpio初始化接口为：void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef GPIOx, GPIO_InitTypeDef GPIO_Init)
其中的结构体GPIO_TypeDef 、GPIO_InitTypeDef 为ST芯片专用的驱动结构体定义，
对接ST系列的gpio驱动时，需要手动对上述结构体进行定义，以满足继续调用ST的驱动的要求：
定义
GPIO_TypeDef *GPIOx;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

/伪代码举例/
get_gpio_group(gpio, &GPIOx) 来获取GPIOx
gpio_para_transform(gpio, &GPIO_InitStruct); 来获取 GPIO_InitStruct
（get_gpio_group 和 gpio_para_transform 等函数的实现要点：根据GPIO_TypeDef 和GPIO_InitTypeDef 结构体的定义将 gpio_dev_t 实现转换，具体可参考ST驱动源码）
有了GPIOx 和 GPIO_InitStruct，进一步调用ST提供gpio初始化函数 HAL_GPIO_Init

再以NRF系列芯片为例：
NRF系列芯片驱动的gpio初始化接口为：ret_code_t renrf_drv_gpiote_init(void)
对接该系列hal层时，可以直接调用底层驱动，需要注意的是，NRF的gpio初始化分
输入gpio的初始化和输出gpio的初始化，即：

ret_code_t  nrf_drv_gpiote_out_init(nrf_drv_gpiote_pin_t pin,
                nrf_drv_gpiote_out_config_t const * p_config);

ret_code_t  nrf_drv_gpiote_in_init(nrf_drv_gpiote_pin_t  pin,
                 nrf_drv_gpiote_in_config_t const * p_config,
                 nrf_drv_gpiote_evt_handler_t  evt_handler);

这里的 nrf_drv_gpiote_pin_t 、nrf_drv_gpiote_out_config_t 、nrf_drv_gpiote_in_config_t 等结构体定义也是NRF系列专用，对接该系列的gpio驱动时，需要手动对上述结构体进行定义，如：

static nrf_drv_gpiote_out_config_t out_config = GPIOTE_CONFIG_OUT_SIMPLE(false);
static nrf_drv_gpiote_in_config_t in_config = GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_TOGGLE(true);

int32_t hal_gpio_init(gpio_dev_t *gpio)
{
    int32_t ret = -1;

    if (!nrf_drv_gpiote_is_init()) {
        ret = nrf_drv_gpiote_init();
         if (ret != NRF_SUCCESS)
            return NRF_ERROR_INTERNAL;
    }

    switch (gpio->config) {
    case OUTPUT_PUSH_PULL:
    case OUTPUT_OPEN_DRAIN_NO_PULL:
    case OUTPUT_OPEN_DRAIN_PULL_UP:
        ret = nrf_drv_gpiote_out_init(gpio->port, &out_config);
        break;
    case IRQ_MODE:
         in_config.pull = NRF_GPIO_PIN_PULLUP;
         ret = nrf_drv_gpiote_in_init(gpio->port, &in_config, gpio->priv);
    default:
        ret = -1;
     break;
   }
    return ret;
}

hal_gpio_output_high、
hal_gpio_output_low、
hal_gpio_output_toggle 、
hal_gpio_input_get
等函数的HAL层对接比较简单，一般在gpio初始化后直接调用相应芯片的驱动即可，
如ST系列： HAL_GPIO_WritePin、HAL_GPIO_ReadPin 进行gpio输入输出操作；
NRF系列：nrf_drv_gpiote_out_set、nrf_drv_gpiote_out_clear、nrf_drv_gpiote_in_is_set进行gpio输入输出操作。

对于gpio的输入中断的对接，ST系列使用了
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)进行gpio输入中断的响应，并在

int32_t hal_gpio_enable_irq(gpio_dev_t *gpio, gpio_irq_trigger_t trigger, gpio_irq_handler_t handler, void *arg)

中定义中断响应的handler 和传入的参数arg，如：

    ret = hal_gpio_enable_irq(&gpio1, IRQ_TRIGGER_RISING_EDGE,  key_handle,  NULL);
    if (ret != 0) {
        printf("hal_gpio_enable_irq key return failed.\n");
    }

    void key_handle(void *arg) 
    {
          /*key interupt相关操作*/
    }

与ST不同，NRF系列在使用

ret_code_t nrf_drv_gpiote_in_init(nrf_drv_gpiote_pin_t pin,
                        nrf_drv_gpiote_in_config_t const * p_config,
                          nrf_drv_gpiote_evt_handler_t  evt_handler);

最后一个参数evt_handler来表示中断响应函数，nrf 底层驱动会对这个参数进行判断，如果传入NULL，则表示不使用gpio输入中断功能。

综上所述， hal层porting需要根据不同芯片厂商的驱动的接口来进行。

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