六.面向对象的嵌入式底层开发-LED（C面向对象开发）

内容参考于《抽象接口技术和组件开发规范及其思想》、《面向ametal框架和接口的C编程》

六.面向对象的嵌入式底层开发-LED

Ametal中LED的实现

资源图

1. demo_std_led.c

demo属于应用层。am_led_on和am_led_off属于通用接口，通用接口的第一个参数表示要操作的具体对象。一个系统可能有多颗LED，为每一颗LED分配一个ID号。通过ID形式隐藏了底层的对象和指针，对APP层更加友好，不被非业务的逻辑所影响。通过ID能查找到对象，但是，ID和对象并非是一对一的，一个对象可以拥有几个ID，可以理解为，主设备号（对象）下拥有这多个次设备号（ID）。

#include "ametal.h"
#include "am_led.h"
#include "am_delay.h"void demo_std_led_entry (int led_id)
{while (1) {am_led_on(led_id);am_mdelay(500);am_led_off(led_id);am_mdelay(500);}
}

2. am_led.h（LED标准接口）

demo_std_led.c依赖于am_led.h

#ifndef __AM_LED_H
#define __AM_LED_H#ifdef __cplusplus
extern "C" {#endif#include "am_common.h"int am_led_set(int led_id, am_bool_t state);
int am_led_on(int led_id);
int am_led_off(int led_id);
int am_led_toggle(int led_id);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif /* __AM_LED_H */

3. am_led_dev.c（通用LED设备管理器）

通用接口的实现

先看看int am_led_on (int led_id)和int am_led_off (int led_id)，发现其实整个的核心代码是int am_led_set (int led_id, am_bool_t state) 和 int am_led_toggle (int led_id)，这两个函数屏蔽了底层的差异，无论底层如何变化（GPIO或者HC595），其使用p_dev->p_funcs->pfn_led_set 和 p_dev->p_funcs->pfn_led_toggle即可，这部分下面再进行细讲。
am_led_dev_t * __led_dev_find_with_id(int id)，其通过ID号查找到对象，将对象屏蔽在底层。
一般来说，在嵌入式底层，对象都是确定的，有几个LED，有几个UART，在硬件设计那一刻就确定了，代码通过宏进行声明。应用层启动前会对对象进程初始化，再进入应用。把LED对象，挂在 *static am_led_dev_t __gp_head 这个链表下面，这部分下面再进行细讲。

#include "ametal.h"
#include "am_led.h"
#include "am_led_dev.h"
#include "am_int.h"static am_led_dev_t *__gp_head;static am_led_dev_t * __led_dev_find_with_id (int id)
{am_led_dev_t *p_cur   = __gp_head;int key = am_int_cpu_lock();while (p_cur != NULL) {if ((id >= p_cur->p_info->start_id) &&(id <= p_cur->p_info->end_id)) {break;}p_cur = p_cur->p_next;}am_int_cpu_unlock(key);return p_cur;
}static int __led_dev_add (am_led_dev_t *p_dd)
{int key = am_int_cpu_lock();/* add the device to device list */p_dd->p_next = __gp_head;__gp_head    = p_dd;am_int_cpu_unlock(key);return AM_OK;
}static int __led_dev_del (am_led_dev_t *p_dd)
{int            ret     = -AM_ENODEV;am_led_dev_t **pp_head = &__gp_head;am_led_dev_t  *p_prev  = AM_CONTAINER_OF(pp_head, am_led_dev_t, p_next);am_led_dev_t  *p_cur   = __gp_head;int key = am_int_cpu_lock();while (p_cur != NULL) {if (p_cur == p_dd) {p_prev->p_next = p_dd->p_next;p_dd->p_next   = NULL;ret            = AM_OK;break;}p_prev = p_cur;p_cur  = p_cur->p_next;}am_int_cpu_unlock(key);return ret;
}int am_led_dev_lib_init (void)
{__gp_head = NULL;return AM_OK;
}int am_led_dev_add (am_led_dev_t             *p_dev,const am_led_servinfo_t  *p_info,const am_led_drv_funcs_t *p_funcs,void                     *p_cookie)
{if ((p_dev == NULL) || (p_funcs == NULL) || (p_info == NULL)) {return -AM_EINVAL;}if (__led_dev_find_with_id(p_info->start_id) != NULL) {return -AM_EPERM;}if (__led_dev_find_with_id(p_info->end_id) != NULL) {return -AM_EPERM;}p_dev->p_info   = p_info;p_dev->p_funcs  = p_funcs;p_dev->p_next   = NULL;p_dev->p_cookie = p_cookie;return __led_dev_add(p_dev);
}int am_led_dev_del (am_led_dev_t *p_dd)
{if (p_dd == NULL) {return -AM_EINVAL;}return __led_dev_del(p_dd);
}int am_led_set (int led_id, am_bool_t state)
{am_led_dev_t *p_dev = __led_dev_find_with_id(led_id);if (p_dev == NULL) {return -AM_ENODEV;}if (p_dev->p_funcs->pfn_led_set) {return p_dev->p_funcs->pfn_led_set(p_dev->p_cookie, led_id, state);}return -AM_ENOTSUP;
}int am_led_toggle (int led_id)
{am_led_dev_t *p_dev = __led_dev_find_with_id(led_id);if (p_dev == NULL) {return -AM_ENODEV;}if (p_dev->p_funcs->pfn_led_toggle) {return p_dev->p_funcs->pfn_led_toggle(p_dev->p_cookie, led_id);}return -AM_ENOTSUP;
}int am_led_on (int led_id)
{return am_led_set(led_id, AM_TRUE);
}int am_led_off (int led_id)
{return am_led_set(led_id, AM_FALSE);
}

4. am_led_dev.h（通用LED设备管理器）

让我们来看看led的抽象类。其实am_led_dev.h和am_led.h本该属于同一个H文件，这里分为2个文件，一个对内，一个对外，am_led.h是提供给应用层的，称为LED标准接口。am_led_dev是LED类的通用LED设备管理器，因为其不仅仅包含了抽象类，还包含了抽象类的链表。
am_led_dev_t就是LED类，这里称为通用LED设备。
am_led_dev_t第一个组成是抽象方法const am_led_drv_funcs_t，这里称为驱动函数，注意是const类型，驱动函数从硬件确定便已经确定了。
am_led_dev_t第二个组成是成员void *p_cookie，驱动函数参数，通常指向对象本身，其作用下面再细讲。
am_led_dev_t第三个组成是成员const am_led_servinfo_t *p_info，其记录着这个对象的基本消息，LED编号（一个LED设备下有几路LED）。
am_led_dev_t第四个组成是成员struct am_led_dev *p_next，把所有的LED设备链起来，那么就能够统一管理所有的设备，具有设备管理器的功能。

#ifndef __AM_LED_DEV_H
#define __AM_LED_DEV_H#include "ametal.h"
#include "am_led.h"#ifdef __cplusplus
extern "C" {#endif/*** \brief LED驱动函数*/
typedef struct am_led_drv_funcs {/* 设置LED的状态 */int (*pfn_led_set)   (void *p_cookie, int id, am_bool_t on);/* 翻转LED的状态 */int (*pfn_led_toggle)(void *p_cookie, int id);} am_led_drv_funcs_t;/*** \brief 通用LED服务信息*/
typedef struct am_led_servinfo {int         start_id;        /**< \brief 本设备提供的LED服务的起始编号 */int         end_id;          /**< \brief 本设备提供的LED服务的结束编号 */
} am_led_servinfo_t;/*** \brief 通用LED设备*/
typedef struct am_led_dev {const am_led_drv_funcs_t     *p_funcs;   /**< \brief 驱动函数            */void                         *p_cookie;  /**< \brief 驱动函数参数  */const am_led_servinfo_t      *p_info;    /**< \brief LED服务信息     */struct am_led_dev            *p_next;    /**< \brief 下一个LED设备 */
} am_led_dev_t;/** * \brief LED设备库管理初始化* \retval AM_OK : LED设备库管理初始化库初始化成功*/
int am_led_dev_lib_init (void);/*** \brief 添加一个LED设备** \param[in] p_dev    : LED设备实例* \param[in] p_info   ：LED设备服务信息* \param[in] p_funcs  : LED设备的驱动函数* \param[in] p_cookie : 驱动函数的参数** \retval AM_OK      : 添加成功* \retval -AM_EINVAL ：添加失败，参数存在错误* \retval -AM_EPERM  : 添加失败，该设备对应的LED编号已经存在*/
int am_led_dev_add (am_led_dev_t             *p_dev,const am_led_servinfo_t  *p_info,const am_led_drv_funcs_t *p_funcs,void                     *p_cookie);
/*** \brief 删除一个LED设备** \param[in] p_dev     : LED设备实例** \retval AM_OK      : 删除成功* \retval -AM_EINVAL ：删除失败，参数存在错误* \retval -AM_ENODEV : 删除失败，无此参数*/
int am_led_dev_del (am_led_dev_t *p_dev);/* @} */#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif /* __AM_LED_DEV_H */

5. __gp_head

通过上面的代码，我们知道，最终操作的是static am_led_dev_t *__gp_head这个链表下的各个设备（对象），那么从am_led_dev_add开始入手。
am_led_dev_add第一个参数要求输入一个设备（对象），第二个参数要求输入这个设备的信息（LED的ID范围，次设备号），第三个参数要求输入这个设备的驱动函数am_led_drv_funcs_t，第三个参数要求输入驱动函数的参数void *p_cookie。

以上描述了接口的使用、设备的抽象接口内容、设备管理器，下面描述其底层实现

通过gpio控制led的接口实现

6. am_led_gpio.h

am_led_gpio_dev是实现接口后的类，其还包含自己的成员变量
const am_led_gpio_info_t *p_info，方法（构造函数和析构函数） am_led_gpio_init 和 am_led_gpio_deinit。
am_led_gpio_info_t成员包含着，gpio特有的一些数据。

#ifndef __AM_LED_GPIO_H
#define __AM_LED_GPIO_H#include "ametal.h"
#include "am_led_dev.h"#ifdef __cplusplus
extern "C" {#endif/*** \brief LED信息（GPIO驱动）*/
typedef struct am_led_gpio_info {/** \brief LED基础服务信息 ，包含起始编号和结束编号     */am_led_servinfo_t  serv_info;/** \brief 使用的GPIO引脚，引脚数目应该为 （结束编号 - 起始编号 + 1）   */const int         *p_pins;/** \brief LED是否是低电平点亮  */am_bool_t          active_low;} am_led_gpio_info_t;/*** \brief LED设备（GPIO驱动）*/
typedef struct am_led_gpio_dev {am_led_dev_t               isa;const am_led_gpio_info_t  *p_info;
} am_led_gpio_dev_t;/*** \brief LED设备初始化（GPIO驱动）** \param[in] p_dev  : LED设备* \param[in] p_info : LED设备信息** \retval AM_OK      : 初始化成功* \retval -AM_EINVAL : 初始化失败*/
int am_led_gpio_init (am_led_gpio_dev_t         *p_dev,const am_led_gpio_info_t  *p_info);/*** \brief LED设备解初始化（GPIO驱动）** \param[in] p_dev  : LED设备** \retval AM_OK      : 解初始化成功* \retval -AM_EINVAL : 解初始化失败*/
int am_led_gpio_deinit (am_led_gpio_dev_t *p_dev);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif /* __AM_LED_GPIO_H */

7. am_led_gpio.c

#include "ametal.h"
#include "am_led_gpio.h"
#include "am_gpio.h"static int __led_gpio_set (void *p_cookie, int led_id, am_bool_t state)
{am_led_gpio_dev_t *p_dev = (am_led_gpio_dev_t *)p_cookie;led_id = led_id - p_dev->p_info->serv_info.start_id;am_gpio_set(p_dev->p_info->p_pins[led_id], state ^ p_dev->p_info->active_low);return AM_OK;
}static int __led_gpio_toggle (void *p_cookie, int led_id)
{am_led_gpio_dev_t *p_dev = (am_led_gpio_dev_t *)p_cookie;led_id = led_id - p_dev->p_info->serv_info.start_id;am_gpio_toggle(p_dev->p_info->p_pins[led_id]);return AM_OK;
}static const am_led_drv_funcs_t __g_led_gpio_drv_funcs = {__led_gpio_set,__led_gpio_toggle
};int am_led_gpio_init (am_led_gpio_dev_t         *p_dev,const am_led_gpio_info_t  *p_info)
{int i;int num;if ((p_dev == NULL) || (p_info == NULL)) {return -AM_EINVAL;}num = p_info->serv_info.end_id - p_info->serv_info.start_id + 1;if (num <= 0) {return -AM_EINVAL;}p_dev->p_info = p_info;for (i = 0; i < num; i++) {if (p_info->active_low) {am_gpio_pin_cfg(p_info->p_pins[i], AM_GPIO_OUTPUT_INIT_HIGH);} else {am_gpio_pin_cfg(p_info->p_pins[i], AM_GPIO_OUTPUT_INIT_LOW);}}return am_led_dev_add(&p_dev->isa,&p_info->serv_info,&__g_led_gpio_drv_funcs,p_dev);
}int am_led_gpio_deinit (am_led_gpio_dev_t *p_dev)
{int i;int num;if (p_dev == NULL) {return -AM_EINVAL;}num = p_dev->p_info->serv_info.end_id - p_dev->p_info->serv_info.start_id + 1;if (num <= 0) {return -AM_EINVAL;}for (i = 0; i < num; i++) {am_gpio_pin_cfg(p_dev->p_info->p_pins[i], AM_GPIO_INPUT | AM_GPIO_FLOAT);}return am_led_dev_del(&p_dev->isa);
}

8. am_hwconf_xx.c

应用启动前的硬件初始化，这里我们称为板级初始化，姑且这么认为（涉及到框架），这个路径就很有趣board\am217_core\project_template\user_config\am_hwconf_usrcfg。

/* GPIO形式 */
static am_led_gpio_dev_t  __g_miniport_led;
static const int __g_miniport_led_pins[] = {PIOB_7, PIOB_6, PIOB_15, PIOB_13, PIOC_10, PIOB_14, PIOB_12, PIOC_14
};static const am_led_gpio_info_t __g_miniport_led_info = {{0,                            /* 起始编号0 */7                             /* 结束编号7，共计8个LED */},__g_miniport_led_pins,AM_TRUE
};int am_miniport_led_inst_init (void)
{return am_led_gpio_init(&__g_miniport_led, &__g_miniport_led_info);
}/* HC595形式 */
static am_led_hc595_dev_t  __g_miniport_led_595;
static uint8_t __g_miniport_led_595_buf[1];
static const am_led_hc595_info_t __g_miniport_led_595_info = {{8,                            /* 起始编号8 */9                             /* 结束编号9，共计2个LED */},1,__g_miniport_led_595_buf,AM_TRUE
};int am_miniport_led_595_inst_init (void)
{return am_led_hc595_init(&__g_miniport_led_595,&__g_miniport_led_595_info,am_miniport_595_inst_init());
}

通过hc595控制led的接口实现

9. am_led_hc595.h

#ifndef __AM_LED_HC595_H
#define __AM_LED_HC595_H#include "ametal.h"
#include "am_led_dev.h"
#include "am_hc595.h"#ifdef __cplusplus
extern "C" {#endif/*** \brief LED信息（HC595驱动）*/
typedef struct am_led_hc595_info {/** \brief LED基础服务信息 ，包含起始编号和结束编号     */am_led_servinfo_t  serv_info;/** \brief HC595的级连个数  */int                hc595_num;/** \brief 数据缓存，大小与HC595的级连个数相同 */uint8_t           *p_buf;/** \brief LED是否是低电平点亮  */am_bool_t          active_low;} am_led_hc595_info_t;/*** \brief LED设备（GPIO驱动）*/
typedef struct am_led_hc595_dev {am_led_dev_t                isa;am_hc595_handle_t           handle;const am_led_hc595_info_t  *p_info;
} am_led_hc595_dev_t;/*** \brief LED设备初始化（HC595驱动）** \param[in] p_dev  : LED设备* \param[in] p_info : LED设备信息* \param[in] handle : HC595句柄** \retval AM_OK      : 初始化成功* \retval -AM_EINVAL : 初始化失败*/
int am_led_hc595_init (am_led_hc595_dev_t         *p_dev,const am_led_hc595_info_t  *p_info,am_hc595_handle_t           handle);/*** \brief LED设备解初始化（HC595驱动）** \param[in] p_dev  : LED设备** \retval AM_OK      : 解初始化成功* \retval -AM_EINVAL : 解初始化失败*/
int am_led_hc595_deinit (am_led_hc595_dev_t *p_dev);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif /* __AM_LED_HC595_H */

10. am_led_hc595.c

#include "ametal.h"
#include "am_hc595.h"
#include "string.h"
#include "am_led_hc595.h"static int __led_hc595_set (void *p_cookie, int led_id, am_bool_t state)
{am_led_hc595_dev_t *p_dev = (am_led_hc595_dev_t *)p_cookie;led_id = led_id - p_dev->p_info->serv_info.start_id;if (state ^ p_dev->p_info->active_low) {p_dev->p_info->p_buf[led_id >> 3] |= (1 << (led_id & 0x07));} else {p_dev->p_info->p_buf[led_id >> 3] &= ~(1 << (led_id & 0x07));}am_hc595_send(p_dev->handle,p_dev->p_info->p_buf,p_dev->p_info->hc595_num);return AM_OK;
}static int __led_hc595_toggle (void *p_cookie, int led_id)
{am_led_hc595_dev_t *p_dev = (am_led_hc595_dev_t *)p_cookie;led_id = led_id - p_dev->p_info->serv_info.start_id;p_dev->p_info->p_buf[led_id >> 3] ^= (1 << (led_id & 0x07));am_hc595_send(p_dev->handle,p_dev->p_info->p_buf,p_dev->p_info->hc595_num);return AM_OK;
}static const am_led_drv_funcs_t __g_led_hc595_drv_funcs = {__led_hc595_set,__led_hc595_toggle
};int am_led_hc595_init (am_led_hc595_dev_t         *p_dev,const am_led_hc595_info_t  *p_info,am_hc595_handle_t           handle)
{if ((p_dev == NULL) || (p_info == NULL)) {return -AM_EINVAL;}p_dev->p_info = p_info;if (p_info->active_low) {memset(p_info->p_buf, 0xFF, p_info->hc595_num);} else {memset(p_info->p_buf, 0x00, p_info->hc595_num);}am_hc595_send(handle, p_info->p_buf, p_info->hc595_num);return am_led_dev_add(&p_dev->isa,&p_info->serv_info,&__g_led_hc595_drv_funcs,p_dev);
}int am_led_hc595_deinit (am_led_hc595_dev_t *p_dev)
{const am_led_hc595_info_t  *p_info;if (p_dev == NULL) {return -AM_EINVAL;}p_info = p_dev->p_info;if (p_info->active_low) {memset(p_info->p_buf, 0xFF, p_info->hc595_num);} else {memset(p_info->p_buf, 0x00, p_info->hc595_num);}am_hc595_send(p_dev->handle, p_info->p_buf, p_info->hc595_num);return am_led_dev_del(&p_dev->isa);
}

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