AMetal平台学习——初步了解篇

AMetal是广州周立功科技股份有限公司开发的一套轻量级嵌入式开发平台，它为各种外设定义了统一的抽象接口，使应用程序与芯片底层可以完全分离，轻松实现“跨平台”复用。除此之外，AMetal还致力于为用户提供大量“可裁剪、可替换、可配置”的组件，提升开发的灵活性。

目前Amteal原生支持的MCU情况如下：

理论上，Ametal支持所有的MCU，但是官方仅推出了以上表格中所列举的MCU(PS:居然都没有STM32？？？)的硬件层驱动，如果想移植到其他MCU上，需要自己实现硬件层驱动，实际上，同一内核的MCU硬件层驱动实现方法类似，移植起来难度不是很大，就是比较繁琐，这也是我接下来需要完成的工作。

接下来就进入正题，开始移植Ametal到STM32F103RCT6芯片上，由于STM32F103RCT6是Cortex-M3内核，所以我决定在同是M3内核的ZLG217芯片的源码基础上进行修改移植，这样就大大降低了工作量。

一、获取源码

AMetal 的源码已在 github及码云上进行开源，源码地址为：github gitee

Down下来的Ametal源码目录如下：

AMetal 根目录结构:

documents目录下有很多Ametal的说明与应用文档以及API参考手册等。我们可以将documents目录下的文档都通读一遍，简单了解下Ametal，有利于后面的移植工作。board目录下是各种开发板的模版工程，由于我们是基于ZLG217开发板进行移植，所以我们需要打开ZLG217下的模版工程，打开路径：ametal\board\am217_core\project_example\projects_keil5的keil5工程。打开main.c(user_code文件夹下)

工程目录结构说明：

文件夹	说明
bsp_common	通用的板级支持文件，例如C库的适配文件“am_bsp_armlib.c” 、系统堆的适配文件“am_bsp_system_heap.c”等。
arm	ARM 内核相关的文件，如 NVIC、SysTick 等文件。
drivers	通用外设及模块的标准驱动文件，如按键、矩阵键盘、温度传感器模块、ZigBee 模块等。
libc	C 库适配器文件，如 armlib_adpater，主要用于适配相应的 C 库。
service	通用服务组件的驱动文件，如 ADC、蜂鸣器等。
util	AMetal 通用辅助工具文件，如堆管理器、软件定时器以及打印输出函数等。
soc	包含了与 MCU 密切相关的文件，包括硬件层和驱动层文件。
examples_board	板级例程，它们调用驱动层和硬件层的例层，控制开发板的各个硬件
examples_components	常用芯片的例程如常见的 flash 芯片“EP24Cxx”和“MX25xx”等。
examples_soc	硬件层例程，这些例程通过调用硬件层函数实现。
examples_std	驱动层例程，主要通过调用驱动层的函数来实现
startup	内核的启动代码，是一个汇编文件
user_code	用户代码如main.c
user_config	用户配置文件每个外设都对应一个配置文件

这个工程包含很多例程(examples_开头的文件夹)，以及很多外设和模块的驱动，这些都不需要修改，因为它们都是调用标准接口实现的，与具体的MCU无关。对于移植工作，我们需要重点关注的就是soc文件夹下的文件，它包括硬件层和驱动层文件，这些文件是与具体的MCU息息相关的。

刚刚我们注意到main.c这个文件中并没有main函数，而是am_main函数，实际上，在Ametal中，main函数在user_config文件夹下的am_prj_config.c文件中，这里的main函数的主要作用是完成时钟、NVIC、GPIO以及板级外设初始化，并在函数的最后调用am_main函数。这样做的好处是屏蔽了硬件，应用开发者无需关心底层硬件，真正意义上做到了应用和硬件分离。

AMetal共分为三层，硬件层、驱动层和标准接口层，这三层对应的接口均可被应用程序使用。硬件层对SOC做最原始封装；驱动层在硬件层的基础上进一步封装，简化对外设的操作；标准接口层提取出了一套标准API接口，用户使用这些标准API接口开发程序，即可做到一次编程、终生使用、跨平台。

Ametal架构如下图所示：

硬件层（HardWare）：硬件层对 SOC做最原始封装，其提供的 API 基本上是直接操作寄存器的内联函数，效率最高。当需要操作外设的特殊功能，或者对效率等有需求时，可以调用硬件层 API。硬件层等价于传统SOC原厂的裸机包。硬件层接口使用amhw_/AMHW_ +芯片名作为命名空间，如 amhw_zlg116、AMHW_ZLG116。

驱动层（Driver）：驱动层在硬件层的基础上做了进一步封装，进一步简化对外设的操作。驱动层分为标准驱动和非标准驱动，前者是指GPIO、UART、ADC、SPI、I2C等常见外设驱动，这类驱动通常只会提供一个初始化函数（例如，ZLG116 的 ADC 标准驱动提供的初始化函数命名形形式可能为：am_zlg116_adc_init()），初始化后即可使用标准接口操作相应的外设。
后者是指DMA等特殊外设，它未能实现标准化接口，它需要用户自定义接口供应用程序调用。

标准接口层（Standard API）：标准接口层对常见外设的操作进行了抽象，提出了一套标准 API 接口，可以保证在不同的硬件上，标准 API 的行为都是一样的，接口命名空间 am_/AM_。用户使用一个 GPIO 的过程：先调用驱动初始化函数，后续在编写应用程序时仅需直接调用标准接口函数即可。可见，应用程序基于标准 API 实现的，标准 API 与硬件平台无关，使得应用程序可以轻松的在不同的硬件平台上运行，传统实现是直接实现接口。

二、Ametal思想

Ametal的核心思想是面向对象的思想，同时提出了服务(Handle)的概念，所有的设备都被抽象成一个标准服务，也就是一个对象，比如LED设备、UART设备、SPI设备等等。标准接口都是基于这些服务实现的，因为服务是抽象的，它与具体芯片没有任何关系，所以标准接口也与具体芯片没有关系，这样就实现了跨平台性。

下面是一段uart设备的标准接口代码：

int am_uart_poll_send (am_uart_handle_t  handle,const uint8_t    *p_txbuf,uint32_t          nbytes)

参数	说明
handle	UART标准服务
p_txbuf	发送缓存区
nbytes	发送数据长度

UART标准服务由底层UART设备初始化代码提供：

/** UART1实例初始化，获得uart1标准服务句柄 */
am_uart_handle_t am_zlg217_uart1_inst_init (void)
{return am_zlg_uart_init(&__g_uart1_dev, &__g_uart1_devinfo);
}

am_uart_handle_t 的定义如下：

/*** \brief UART服务*/
typedef struct am_uart_serv
{/** \brief UART驱动函数结构体指针    */struct am_uart_drv_funcs *p_funcs;/** \brief 用于驱动函数的第一个参数  */void                     *p_drv;
} am_uart_serv_t;/** \brief UART标准服务操作句柄类型定义  */
typedef am_uart_serv_t *am_uart_handle_t;

am_uart_drv_funcs 是一个函数指针结构体，里面包含了UART设备操作函数的集合，类似Linux设备驱动下的file_operations结构体，它的定义如下：

/*** \brief UART驱动函数结构体*/
struct am_uart_drv_funcs
{/**\brief UART控制函数     */int (*pfn_uart_ioctl)(void *p_drv,int request, void *p_arg);/**\brief 启动UART发送函数 */int (*pfn_uart_tx_startup)(void *p_drv);/**\brief 设置串口回调函数 */int (*pfn_uart_callback_set)(void  *p_drv,int    callback_type,void  *pfn_callback,void  *p_arg);/**\brief 从串口获取一个字符（查询模式） */int (*pfn_uart_poll_getchar)(void *p_drv, char *p_inchar);/**\brief 输出一个字符（查询模式）       */int (*pfn_uart_poll_putchar)(void *p_drv, char outchar);};

上面提到的串口实例化初始化函数am_zlg217_uart1_inst_init实现的主要功能就是初始化串口和填充am_uart_drv_funcs 结构体。这样就相当于建立了标准接口层和底层硬件的联系。UART驱动函数结构体的实现如下：

/** \brief 标准层接口函数实现 */
static const struct am_uart_drv_funcs __g_uart_drv_funcs =
{__uart_ioctl,__uart_tx_startup,__uart_callback_set,__uart_poll_getchar,__uart_poll_putchar,
};
//这些函数就是直接操作串口对应的寄存器实现对应的功能

Ametal架构大致的思想就是这样，上述的也仅仅针对UART、SPI等标准外设，对于DMA等特殊外设还需要特殊处理，这放在后面再详细讲解。总结来说，Ametal就是通过抽象服务的概念实现跨平台和复用的。