本帖最后由 WillianChan 于 2019-8-14 18:17 编辑
智能家居DIY教程连载(1)如何正确使用 Sensor 框架
Hi~各位小伙伴们,距离 DIY 项目的发布已经有一周的时间了,第一周的任务已经完成了吗?会不会遇到了问题无从下手?没关系,这篇文章很好的解决了大家的困惑,一起来看看吧。 1. 第一周任务回顾我们来回顾一下第一周安排的任务: 上述任务的重点,其实不在于把温度读取到就好了的,重点在于如何将 ds18b20 对接到 RT-Thread 的 Sensor 框架上去。 Sensor 是物联网重要的一部分,“Sensor 之于物联网”相当于“眼睛之于人类”。人没有眼睛就看不到这大千的花花世界,物联网没有了 Sensor 更是不能感知这变化万千的世界。 现在,为物联网开发的 Sensor 已经很多了,不同的传感器厂商、不同的传感器都需要配套自己独有的驱动才能运转起来,这样在开发应用程序的时候就需要针对不同的传感器做适配,自然加大了开发难度。为了降低应用开发的难度,增加传感器驱动的可复用性,我们设计了 Sensor 驱动框架。 Sensor 驱动框架的作用是:为上层提供统一的操作接口,提高上层代码的可重用性;简化底层驱动开发的难度,只要实现简单的 ops(operations: 操作命令) 就可以将传感器注册到系统上。 本次 DIY 活动,以 ds18b20 温度传感器为例子,教大家如何正确使用 Sensor 框架。 2. Sensor 框架介绍Sensor 框架的整体框架图如上。它为上层提供的是标准 device 接口 open/close/read/write/control,这些接口与上层用户程序对接,为底层驱动提供的是简单的 ops(operations: 操作命令)接口:fetch_data/control,这两个接口对接具体硬件的底层驱动。除此之外,Sensor 框架还支持 module(模块),为底层存在耦合的传感器设备提供服务,如果,ds18b20 的底层不存在耦合,此处不需要用到 module。 Sensor 框架更多的介绍在 RT-Thread 的文档中心已有详细说明,这里不过多赘述,详情请查看这 3. Sensor 框架的使用看完文档中心的 Sensor 介绍后,相信大伙儿已经对这个框架有了一定的了解。有的小伙伴是不是早就按耐不住想要跃跃欲试将传感器对接到 Sensor 框架上?这里以 ds18b20 温度传感器为例子。 Sensor 框架的使用分两个步骤:ops 接口对接、传感器设备注册。 3.1 ops 接口对接我们知道,Sensor 框架的接口分为上层接口和底层接口两种。将 ds18b20 的底层驱动对接到框架上,其实对接就是 Sensor 框架的底层接口,具体的,是底层的 ops 接口。 我们在 RT-Thread 源码中可以找到 Sensor 框架的源码,源码路径为:rt-thread\components\drivers\sensors,在 sensor.h 文件中,我们可以找到对 ops 接口的定义,有两个函数指针,fetch_data 和 contorl。 - struct rt_sensor_ops
- {
- rt_size_t (*fetch_data)(struct rt_sensor_device *sensor, void *buf, rt_size_t len);
- rt_err_t (*control)(struct rt_sensor_device *sensor, int cmd, void *arg);
- };
复制代码fetch_data 作用是获取传感器数据,control 作用是通过控制命令控制传感器,ds18b20 并不支持 control,我们只需要实现 fetch_data 就好了。 Sensor 框架当前默认支持轮询(RT_DEVICE_FLAG_RDONLY)、中断(RT_DEVICE_FLAG_INT_RX)、FIFO(RT_DEVICE_FLAG_FIFO_RX) 这三种打开方式。需要在这里判断传感器的工作模式,然后再根据不同的模式返回传感器数据。我们以轮询的方式读取 ds18b20 的温度数据,那么 fetch_data 的实现如下: - static rt_size_t ds18b20_fetch_data(struct rt_sensor_device *sensor, void *buf, rt_size_t len)
- {
- RT_ASSERT(buf);
- ​
- if (sensor->config.mode == RT_SENSOR_MODE_POLLING)
- {
- return _ds18b20_polling_get_data(sensor, buf);
- }
- else
- return 0;
- }
复制代码具体的,_ds18b20_polling_get_data(sensor, buf) 的实现如下,其中,ds18b20_get_temperature 函数就是 ds18b20 温度传感器底层驱动的获取温度的函数。 - static rt_size_t _ds18b20_polling_get_data(rt_sensor_t sensor, struct rt_sensor_data *data)
- {
- rt_int32_t temperature_x10;
- if (sensor->info.type == RT_SENSOR_CLASS_TEMP)
- {
- temperature_x10 = ds18b20_get_temperature((rt_base_t)sensor->config.intf.user_data);
- data->data.temp = temperature_x10;
- data->timestamp = rt_sensor_get_ts();
- }
- return 1;
- }
复制代码因为不需要 control,我们直接让 control 返回 RT_EOK 即可 - static rt_err_t ds18b20_control(struct rt_sensor_device *sensor, int cmd, void *args)
- {
- rt_err_t result = RT_EOK;
- ​
- return result;
- }
复制代码这样,我们的 ops 函数就写好了。然后,需要实现一个设备接口的结构体 ops 存储上面的接口函数: - static struct rt_sensor_ops sensor_ops =
- {
- ds18b20_fetch_data,
- ds18b20_control
- };
复制代码这样一来, ops 接口就对接成功了。 3.2 传感器设备注册完成 Sensor 的 ops 的对接之后还要注册一个 Sensor 设备,这样上层才能找到这个传感器设备,进而进行控制。 设备的注册一共需要下面几步: 创建一个 rt_sensor_t 的结构体指针 为结构体分配内存 完成相关初始化
具体的,放到 ds18b20 上面来,具体实现如下: - int rt_hw_ds18b20_init(const char *name, struct rt_sensor_config *cfg)
- {
- rt_int8_t result;
- rt_sensor_t sensor_temp = RT_NULL;
-
- if (!ds18b20_init((rt_base_t)cfg->intf.user_data))
- {
- /* temperature sensor register */
- sensor_temp = rt_calloc(1, sizeof(struct rt_sensor_device));
- if (sensor_temp == RT_NULL)
- return -1;
- ​
- sensor_temp->info.type = RT_SENSOR_CLASS_TEMP;
- sensor_temp->info.vendor = RT_SENSOR_VENDOR_DALLAS;
- sensor_temp->info.model = "ds18b20";
- sensor_temp->info.unit = RT_SENSOR_UNIT_DCELSIUS;
- sensor_temp->info.intf_type = RT_SENSOR_INTF_ONEWIRE;
- sensor_temp->info.range_max = SENSOR_TEMP_RANGE_MAX;
- sensor_temp->info.range_min = SENSOR_TEMP_RANGE_MIN;
- sensor_temp->info.period_min = 5;
- ​
- rt_memcpy(&sensor_temp->config, cfg, sizeof(struct rt_sensor_config));
- sensor_temp->ops = &sensor_ops;
- ​
- result = rt_hw_sensor_register(sensor_temp, name, RT_DEVICE_FLAG_RDONLY, RT_NULL);
- if (result != RT_EOK)
- {
- LOG_E("device register err code: %d", result);
- goto __exit;
- }
- ​
- }
- return RT_EOK;
-
- __exit:
- if (sensor_temp)
- rt_free(sensor_temp);
- return -RT_ERROR;
- }
复制代码
我们来解读一下。 传感器设备注册的第一步:创建一个 rt_sensor_t 的结构体指针,上述代码中是这么实现的: - rt_sensor_t sensor_temp = RT_NULL;
复制代码传感器设备注册的第二步:为结构体分配内存,上述代码中是这么实现的: - sensor_temp = rt_calloc(1, sizeof(struct rt_sensor_device));
- if (sensor_temp == RT_NULL)
- return -1;
复制代码传感器设备注册的第三步:完成相关初始化,上述代码中是这么实现的: - sensor_temp->info.type = RT_SENSOR_CLASS_TEMP;
- sensor_temp->info.vendor = RT_SENSOR_VENDOR_DALLAS;
- sensor_temp->info.model = "ds18b20";
- sensor_temp->info.unit = RT_SENSOR_UNIT_DCELSIUS;
- sensor_temp->info.intf_type = RT_SENSOR_INTF_ONEWIRE;
- sensor_temp->info.range_max = SENSOR_TEMP_RANGE_MAX;
- sensor_temp->info.range_min = SENSOR_TEMP_RANGE_MIN;
- sensor_temp->info.period_min = 5;
- ​
- rt_memcpy(&sensor_temp->config, cfg, sizeof(struct rt_sensor_config));
- sensor_temp->ops = &sensor_ops;
复制代码传感器设备注册的三个步骤完成之后,就可以放心大胆地注册传感器设备了,上述代码中是这么实现的: - rt_hw_sensor_register(sensor_temp, name, RT_DEVICE_FLAG_RDONLY, RT_NULL);
复制代码上述的“ops 接口对接”和“传感器设备注册”两个工作完成后,就可以通过 Sensor 框架中的上层接口 open/close/read/write/control,对 ds18b20 进行操作了。 先不着急,我们在 FinSH 中输入 list_device 命令查看 ds18b20 温度传感器是否真的已经被注册上去了: 哇!成功将 ds18b20 注册成传感器设备了,可喜可贺!!! 传感器驱动对接 Sensor 框架的操作中的更多细节,请在 RT-Thread 的文档中心中查看 4. 在线程中读取温度数据我们通过一个线程,去实时获取 ds18b20 的温度数据。 线程的基本操作有:创建/初始化( rt_thread_create/rt_thread_init)、启动(rt_thread_startup)、运行(rt_thread_delay/rt_thread_control)、删除/脱离(rt_thread_delete/rt_thread_detach)。 之前我们已经将 ds18b20 对接到 ops 接口并成功注册成传感器设备了,接下来就可以利用 Sensor 框架的上层接口 open/close/read/write/control 对 ds18b20 进行操作了。 在 main 函数中创建一个读取 ds18b20 温度数据的线程并启动它,线程入口函数是 read_temp_entry: - rt_thread_t ds18b20_thread, led_thread;
-
- ds18b20_thread = rt_thread_create("18b20tem",
- read_temp_entry,
- "temp_ds18b20",
- 512,
- RT_THREAD_PRIORITY_MAX / 2,
- 20);
- if (ds18b20_thread != RT_NULL)
- {
- rt_thread_startup(ds18b20_thread);
- }
复制代码在线程入口函数 read_temp_entry 中,我们通过几个步骤,就可以读取 ds18b20 的温度数据了: 上述步骤具体实现如下: - static void read_temp_entry(void *parameter)
- {
- rt_device_t dev = RT_NULL;
- struct rt_sensor_data sensor_data;
- rt_size_t res;
- ​
- dev = rt_device_find(parameter);
- if (dev == RT_NULL)
- {
- rt_kprintf("Can't find device:%s\n", parameter);
- return;
- }
- ​
- if (rt_device_open(dev, RT_DEVICE_FLAG_RDWR) != RT_EOK)
- {
- rt_kprintf("open device failed!\n");
- return;
- }
- rt_device_control(dev, RT_SENSOR_CTRL_SET_ODR, (void *)100);
- ​
- while (1)
- {
- res = rt_device_read(dev, 0, &sensor_data, 1);
- if (res != 1)
- {
- rt_kprintf("read data failed!size is %d\n", res);
- rt_device_close(dev);
- return;
- }
- else
- {
- rt_kprintf("temp:%3d.%dC, timestamp:%5d\n", sensor_data.data.temp / 10, sensor_data.data.temp % 10, sensor_data.timestamp);
- }
- rt_thread_mdelay(100);
- }
- }
复制代码通过 FinSH 控制台,查看该线程源源不断输出的数据: 温度数据在线程中被正确读取出来了,到此为止,本周任务就算是成功完成了的,因吹斯听~(^_^) 5. 开源代码为了更进一步便于大家学习,第一周任务的代码已经开源啦~ 请点击这里查看 6. 注意事项- <font face="宋体">RT-Thread Components --->
- Device Drivers --->
- </font><font face="宋体"> Using Sensor device drivers</font>
复制代码stm32f407-atk-explorer 文件夹里面的工程就是第一周的任务 是基于正点原子的探索者开发板的 BSP 制作的,手头有这款开发板的可以直接打开工程编译下载即可。使用其他开发板的,如果已经有 BSP 支持的,可以直接使用对应的 BSP 来做,并将 stm32f407-atk-explorer\board\ports 文件夹中的 sensor_dallas_ds18b20.c 文件引入到自己的工程当中即可。其余开发板,可以参考该 Demo 程序,照葫芦画瓢。
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