一种MCU设备框架设计与实现

引言

在嵌入式系统开发中，一个良好的设备驱动框架可以大大提高代码的可维护性和可移植性。本文将介绍一个轻量级的MCU设备框架实现，该框架采用面向对象的思想，通过抽象设备接口，实现了设备管理的统一化和标准化。

框架设计

1. 核心思想

统一设备操作接口
支持动态设备注册/注销
链表管理多个设备
面向对象的设计理念

2. 关键数据结构

首先在头文件device_framework.h中定义核心数据结构：

struct device_ops {int (*init)(void *private_data);int (*read)(void *private_data, void *buf, size_t size);int (*write)(void *private_data, const void *buf, size_t size);int (*ioctl)(void *private_data, unsigned int cmd, void *arg);int (*config)(void *private_data, void *cfg);void (*deinit)(void *private_data);
};struct device {const char *name;              // 设备名称struct device_ops *ops;        // 设备操作函数集void *private_data;           // 私有数据struct device *next;          // 链表下一节点
};

3. 核心功能实现

在device_framework.c中实现框架的核心功能：

#include "device_framework.h"
#include <string.h>// 设备链表头
static struct device *device_list = NULL;// 注册设备
int device_register(struct device *dev) {if (!dev || !dev->name || !dev->ops) {return -1;}// 检查设备是否已存在if (device_find(dev->name)) {return -1;}// 添加到链表头dev->next = device_list;device_list = dev;return 0;
}// 注销设备
void device_unregister(const char *name) {struct device *dev = device_list;struct device *prev = NULL;while (dev) {if (strcmp(dev->name, name) == 0) {if (prev) {prev->next = dev->next;} else {device_list = dev->next;}return;}prev = dev;dev = dev->next;}
}// 查找设备
struct device* device_find(const char *name) {struct device *dev = device_list;while (dev) {if (strcmp(dev->name, name) == 0) {return dev;}dev = dev->next;}return NULL;
}

4. 设备操作函数实现

// 设备操作函数实现
int device_init(struct device *dev) {if (!dev || !dev->ops || !dev->ops->init) {return -1;}return dev->ops->init(dev->private_data);
}int device_read(struct device *dev, void *buf, size_t size) {if (!dev || !dev->ops || !dev->ops->read) {return -1;}return dev->ops->read(dev->private_data, buf, size);
}int device_write(struct device *dev, const void *buf, size_t size) {if (!dev || !dev->ops || !dev->ops->write) {return -1;}return dev->ops->write(dev->private_data, buf, size);
}int device_ioctl(struct device *dev, unsigned int cmd, void *arg) {if (!dev || !dev->ops || !dev->ops->ioctl) {return -1;}return dev->ops->ioctl(dev->private_data, cmd, arg);
}int device_config(struct device *dev, void *cfg) {if (!dev || !dev->ops || !dev->ops->config) {return -1;}return dev->ops->config(dev->private_data, cfg);
}void device_deinit(struct device *dev) {if (dev && dev->ops && dev->ops->deinit) {dev->ops->deinit(dev->private_data);}
}

框架特点

1. 统一的操作接口

框架提供了统一的设备操作接口：

init: 设备初始化
read: 读取数据
write: 写入数据
ioctl: 设备控制
config: 配置设备
deinit: 设备去初始化

2. 良好的扩展性

通过private_data支持设备私有数据
设备操作函数可以根据需要选择性实现
易于添加新的设备类型

3. 设备管理

支持动态注册/注销设备
通过设备名称唯一标识设备
链表结构方便设备的增删改查

使用示例

// 定义UART设备操作函数
static struct device_ops uart_ops = {.init = uart_init,.read = uart_read,.write = uart_write,.ioctl = uart_ioctl,.config = uart_config,.deinit = uart_deinit
};// 定义UART设备
static struct device uart_dev = {.name = "uart1",.ops = &uart_ops,.private_data = NULL
};// 注册设备
device_register(&uart_dev);// 使用设备
struct device *dev = device_find("uart1");
if (dev) {device_init(dev);char buf[32];device_read(dev, buf, sizeof(buf));device_write(dev, "hello", 5);
}