I/O設備指的是嵌入式系統中的一些Input輸入/Output輸出設備，輸入輸出設備是嵌入式系統重要的組成部分。輸入和輸出設備可以看做是計算機系統和外界進行溝通的橋梁，因此在計算機組成原理中輸入輸出設備是重要的組成部分。

計算機組成原理中的5大組成部分：

控制器（Control）：控制和協調計算機系統中各外設的工作和內存的訪問，對程序、數據、地址進行控制訪問

運算器（Datapath）：對數據進行算數運算和邏輯運算

存儲器（Memory）：存儲程序、程序運行時的臨時數據等（RAM+ROM）

輸入設備（Input System）：將外部的字符、控制指令、或者采集到的原始數據輸入到計算機系統中進行處理的設備，常見的有鼠標、鍵盤等

輸出設備（Output System）：將計算機系統中的計算結果、各種字符、控制信號等對外輸出的設備，常見的有顯示器、打印機等

• I/O設備模型框架

RT-Thread程序可以分為三層，即上圖中三種顏色框出的部分，紅色部分為應用程序層，綠色部分為驅動層，藍色為硬件層。

【應用程序層】應用層只需關心業務邏輯，而不需要關心底層硬件

【驅動層】給應用程序層提供接口使其可以間接的使用硬件，從而搭建起了應用層和硬件層之間的橋梁，驅動層未實現的硬件驅動應用層無法調用

【硬件層】具體的硬件，可配置其內部的寄存器實現硬件功能的定制

應用程序通過 I/O 設備管理接口獲得正確的設備驅動，然后通過這個設備驅動與底層 I/O 硬件設備進行數據（或控制）交互。

I/O 設備管理層實現了對設備驅動程序的封裝。應用程序通過 I/O 設備層提供的標準接口訪問底層設備，設備驅動程序的升級、更替不會對上層應用產生影響。這種方式使得設備的硬件操作相關的代碼能夠獨立于應用程序而存在，雙方只需關注各自的功能實現，從而降低了代碼的耦合性、復雜性，提高了系統的可靠性。

設備驅動框架層是對同類硬件設備驅動的抽象，將不同廠家的同類硬件設備驅動中相同的部分抽取出來，將不同部分留出接口，由驅動程序實現。

設備驅動層是一組驅使硬件設備工作的程序，實現訪問硬件設備的功能。它負責創建和注冊 I/O 設備，對于操作邏輯簡單的設備，可以不經過設備驅動框架層，直接將設備注冊到 I/O 設備管理器中

應用程序層只負責用戶業務邏輯的實現，通過對驅動層統一接口的調用實現對硬件層的實際操作。因此當硬件層有所改動時，只需要更改驅動層的具體實現（驅動層修改時需保證給應用程序層提供的調用接口不能變），驅動程序的升級更改不會對上層應用程序層產生影響。

程序分層的原因及好處：

不對程序進行分層也可以實現功能，實際上在小型的項目中往往是不分驅動層、應用層的，如寫一個芯片的驅動程序這些可能都是放在一個.c文件中完成的。但是當項目變大后，可能使用到的芯片有幾十種，那么針對這幾十種芯片寫驅動程序的話重復工作很多，代碼也很難復用，提供給用戶調用的接口也不同。因此就會考慮是否可以將這些芯片對接到統一的框架中，通過框架給用戶提供統一接口，這樣不管是什么芯片對于應用戶程序來說沒區別。應用層通過驅動層實現對硬件層設備的訪問，驅動層程序的升級更改并不會影響應用層大程序。以此可以實現驅動層程序和應用層程序的低耦合，可獨立進行開發。可以這樣去理解，【硬件層】是一堆原材料，【驅動層】是一個工匠，他可以將這些原材料打造成各種各樣的工具，【應用層】是人，他只能使用工匠打造好的工具而不能直接去使用原材料。

RT-Thread中的I/O設備模型框架處于應用程序層和硬件層之間，總共有三層組成，即I/O設備管理層、設備驅動框架層（簡單的設備可以不需要這一層）、設備驅動層。

• I/O設備模型

RT-Thread中的設備都是基于基類rt_object之上再添加自身特有的參數所構成的，設備是一類對象，因此被納入對象管理器進行統一的管理。每種設備都是由基類派生而來，因此每種設備都可以繼承父類對象的屬性，并派生出自身的私有屬性。

設備對象定義的結構體如下所示：

struct rt_device {struct rt_object parent; /* 內 核 對 象 基 類 */enum rt_device_class_type type; /* 設 備 類 型 */rt_uint16_t flag; /* 設 備 參 數 */rt_uint16_t open_flag; /* 設 備 打 開 標 志 */rt_uint8_t ref_count; /* 設 備 被 引 用 次 數 */rt_uint8_t device_id; /* 設 備 ID,0 - 255 *//* 數 據 收 發 回 調 函 數 */rt_err_t (*rx_indicate)(rt_device_t dev, rt_size_t size);rt_err_t (*tx_complete)(rt_device_t dev, void *buffer);const struct rt_device_ops *ops; /* 設 備 操 作 方 法 *//* 設 備 的 私 有 數 據 */void *user_data; }; typedef struct rt_device *rt_device_t;

重點需要注意數據收發回調函數和設備操作方法。

1、設備的創建

可以調用rt_device_t rt_device_create(int type, int attach_size); 創建設備，設備創建后需要實現其訪問硬件的操作方法，即需要實現ops設備操作方法

/*** operations set for device object*/ struct rt_device_ops {/* common device interface */rt_err_t (*init) (rt_device_t dev);rt_err_t (*open) (rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag);rt_err_t (*close) (rt_device_t dev);rt_size_t (*read) (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void *buffer, rt_size_t size);rt_size_t (*write) (rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void *buffer, rt_size_t size);rt_err_t (*control)(rt_device_t dev, int cmd, void *args); };

ops中各個函數的說明如下，可以根據設備具體功能選擇實現全部或部分接口

2、設備的注冊

設備被創建后，還需要將其注冊到I/O設備管理器中，這樣才能進行統一管理，應用程序才能夠訪問的到，可以使用rt_err_t rt_device_register(rt_device_t dev, const char* name, rt_uint8_t flags); 進行設備的注冊。注冊就相當于是在系統中上戶口一樣，只有注冊了才能找到相關信息。

3、設備的訪問

應用程序通過 I/O 設備管理接口來訪問硬件設備，當設備驅動實現后，應用程序就可以訪問該硬件。 I/O 設備管理接口與 I/O 設備的操作方法的映射關系下圖所示：

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的RT-Thread I/O设备模型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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