rt-smart用户态通过IPC通信玩转传感器数据

Rice加饭

发布于 2022-05-10 17:41:58

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简介

首先纠正一下上一篇文章中，在我的仓库中，1月11日的代码会出现系统崩溃。原因在于我的驱动中内存物理地址映射到虚拟地址的操作有问题，我已经把这个bug解决了，如果有兴趣，欢迎拉取最新的代码。
这一篇来介绍我在rt-smart的第二个应用。这个应用将加入rt-smart与rt-thread区别之处--进程间的通信。
功能主要是在用户态读取传感器数据，传感器是100ASK_imx6ull板载的ap3216c，它是采用I2C总线进行通信。
为啥这次会先对接I2C呢？因为接下来想把屏幕在rt-smart跑起来，但是屏幕的触摸芯片采用I2C，所以就把他先跑起来。
目前屏幕已经在rt-thread上跑起来，但是在rt-smart没有跑起来，目前在研究LCD的缓存是一个什么样一个形式。
100ask_imx6ull驱动对接情况：

	rt-thread	rt-smart
GPIO	√	√
I2C	√	√
lcd	√	×

100ask_imx6ull的rtt仓库：

rt-thread的仓库：https://gitee.com/RiceChen0/imx6ull_rt_rthread
rt-smart的厂库：https://gitee.com/RiceChen0/imx6ull_rt_smart

环境

100ask_imx6ull开发板。
两条micro USB线。
电源。
windows电脑一台。

I2C驱动适配

在imx6ull中，我适配的是硬件I2C，imx6ull有4组I2C接口。软件I2C后续不会进行适配，因为在这颗芯片上，软件I2C的必要性不大。
如果你要了解RT-Thread的I2C设备驱动框架，可以看一下我之前的文章《rt-thread驱动框架分析》-i2c驱动
在上一篇文章中《rt-smart的第一个应用程序，imx6ull用户态点灯》讲到，rt-smart不能直接使用物理地址访问硬件，而需要采用虚拟地址。所以需要进行地址映射（rtt提供的API：rt_hw_kernel_phys_to_virt）。
首先需要查看imx6ull的芯片手册，需要将I2C相关的物理地址找到。为了不要重复造轮子，定义了一个结构体：struct i2c_addr_config，并把4组I2C相关的地址作为一个表格。如下：

#define I2C1_SCL_MUX_BASE       0x020E00B4U
#define I2C2_SCL_MUX_BASE       0x020E00BCU
#define I2C3_SCL_MUX_BASE       0x020E00E4U
#define I2C4_SCL_MUX_BASE       0x020E00ECU

#define I2C1_SCL_CFG_BASE       0x020E0340U
#define I2C2_SCL_CFG_BASE       0x020E0348U
#define I2C3_SCL_CFG_BASE       0x020E0370U
#define I2C4_SCL_CFG_BASE       0x020E0378U

#define I2C1_SCL_INPUT_BASE     0x020E05A4U
#define I2C2_SCL_INPUT_BASE     0x020E05ACU
#define I2C3_SCL_INPUT_BASE     0x020E05B4U
#define I2C4_SCL_INPUT_BASE     0x020E05BCU

#define I2C1_SDA_MUX_BASE       0x020E00B8U
#define I2C2_SDA_MUX_BASE       0x020E00C0U
#define I2C3_SDA_MUX_BASE       0x020E00E8U
#define I2C4_SDA_MUX_BASE       0x020E00F0U

#define I2C1_SDA_CFG_BASE       0x020E0344U
#define I2C2_SDA_CFG_BASE       0x020E034CU
#define I2C3_SDA_CFG_BASE       0x020E0374U
#define I2C4_SDA_CFG_BASE       0x020E037CU

#define I2C1_SDA_INPUT_BASE     0x020E05A8U
#define I2C2_SDA_INPUT_BASE     0x020E05B0U
#define I2C3_SDA_INPUT_BASE     0x020E05B8U
#define I2C4_SDA_INPUT_BASE     0x020E05C0U

struct i2c_addr_config
{
    I2C_Type *i2c;
    size_t i2c_scl_mux_base;
    size_t i2c_scl_config_base;
    size_t i2c_scl_input_base;
    size_t i2c_sda_mux_base;
    size_t i2c_sda_config_base;
    size_t i2c_sda_input_base
};

static struct i2c_addr_config addr_config[] = 
{
    {I2C1, I2C1_SCL_MUX_BASE, I2C1_SCL_CFG_BASE, I2C1_SCL_INPUT_BASE, I2C1_SDA_MUX_BASE, I2C1_SDA_CFG_BASE, I2C1_SDA_INPUT_BASE},
    {I2C2, I2C2_SCL_MUX_BASE, I2C2_SCL_CFG_BASE, I2C2_SCL_INPUT_BASE, I2C2_SDA_MUX_BASE, I2C2_SDA_CFG_BASE, I2C2_SDA_INPUT_BASE},
    {I2C3, I2C3_SCL_MUX_BASE, I2C3_SCL_CFG_BASE, I2C3_SCL_INPUT_BASE, I2C3_SDA_MUX_BASE, I2C3_SDA_CFG_BASE, I2C3_SDA_INPUT_BASE},
    {I2C4, I2C4_SCL_MUX_BASE, I2C4_SCL_CFG_BASE, I2C4_SCL_INPUT_BASE, I2C4_SDA_MUX_BASE, I2C4_SDA_CFG_BASE, I2C4_SDA_INPUT_BASE},
};

将物理地址转为虚拟地址，代码如下：

for(i = 0; i < sizeof(addr_config) / sizeof(addr_config[0]); i++)
{
   addr_config[i].i2c                 = (I2C_Type *)rt_hw_kernel_phys_to_virt((void*)(addr_config[i].i2c), 0x1000);
   addr_config[i].i2c_scl_mux_base    = (size_t)rt_hw_kernel_phys_to_virt((void*)(addr_config[i].i2c_scl_mux_base), 0x1000);
   addr_config[i].i2c_scl_config_base = (size_t)rt_hw_kernel_phys_to_virt((void*)(addr_config[i].i2c_scl_config_base), 0x1000);
   addr_config[i].i2c_scl_input_base  = (size_t)rt_hw_kernel_phys_to_virt((void*)(addr_config[i].i2c_scl_input_base), 0x1000);
   addr_config[i].i2c_sda_mux_base    = (size_t)rt_hw_kernel_phys_to_virt((void*)(addr_config[i].i2c_sda_mux_base), 0x1000);
   addr_config[i].i2c_sda_config_base = (size_t)rt_hw_kernel_phys_to_virt((void*)(addr_config[i].i2c_sda_config_base), 0x1000);
   addr_config[i].i2c_sda_input_base  = (size_t)rt_hw_kernel_phys_to_virt((void*)(addr_config[i].i2c_sda_input_base), 0x1000);
}

在imx6ull中，I2C需要的步骤，引脚初始化为I2C，然后I2C总线初始化便可以了。
目前imx6ull上，rt-thread和rt-smart都适配I2C，所以可以先看一下rt-thread的仓库，然后再看rt-smart的仓库，可能更加理解它的区别。

I2C的应用：

100ask_imx6ull中，板载有ap3216c传感器，挂载在I2C1总线上。而且RT-Thread中有相应的软件包，对接了RT-Thread的传感器设备框架，这给我验证代码提供便携。不过要在用户态中使用该软件包，还需要做一点操作，需要注册该传感器设备。

int ap3216c_test()
{
    struct rt_sensor_config cfg;
    cfg.intf.dev_name = "i2c1";
    cfg.mode = RT_SENSOR_MODE_POLLING;

    rt_hw_ap3216c_init("ap", &cfg);
    return RT_EOK;
}
INIT_DEVICE_EXPORT(ap3216c_test);

然后编译烧录，通过list_device就可以看到相对应的设备（pr_ap和li_ap）,如下:

RT_Thread的传感器框架很贴心，提供了测试命令（sensor_polling li_ap），这样就可以初步验证传感器是否正常工作，通过验证，传感器和I2C适配都能正常工作：

上面的验证都是在内核态中测试的，而这篇文章的目的是要在用户态中读取传感器数据，为了进一步了解rt-smart和RT-Thread的区别，我这个应用采用进程通信（IPC）做了例子，该例子将上一篇文章例子结合起来：
- 有两个进程, 进程1和进程2
- 进程1，通过接收等待进程2读取的传感器数据是否超标的状态，来进行闪灯。
- 进程2，通过读取ap3216c传感器光强度数据，判断是否超过50lux，如果超过则通知进程1进行闪灯提示。
IPC通信，详情可以查看官网：https://www.rt-thread.org/document/site/rt-smart/architecture/architecture/。
进程1，等待接收通道发来的"warning"信息，然后进行闪灯操作：

int main(int argc, char **argv)
{
    struct rt_device_pin_mode pin_mode;
    struct rt_device_pin_status pin_status;

    int server_ch;
    int shmid;
    struct rt_channel_msg msg_text;
    char *str;

    printf("RiceChen rt-smart first app\n");

    /* create the IPC channel for 'server' */
    server_ch = rt_channel_open("server", O_CREAT);
    if (server_ch == -1) {
        printf("Error: rt_channel_open: fail to create the IPC channel for server!\n");
        return -1;
    }
    printf("\nserver: wait on the IPC channel: %d\n", server_ch);

    pin_dev = rt_device_find("pin");
    if(pin_dev == RT_NULL)
    {
        printf("not find pin device\n");
        return RT_ERROR;
    }

    rt_device_open(pin_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);

    pin_mode.pin = LED_PIN;
    pin_mode.mode = 0;      //OUTPUT

    rt_device_control(pin_dev, 0, (void *)&pin_mode);

    pin_status.pin = LED_PIN;
    while(1)
    {
        rt_channel_recv(server_ch, &msg_text); //接收通道信息

        shmid = (int)msg_text.u.d;
        if (shmid < 0 || !(str = (char *)lwp_shmat(shmid, NULL)))
        {
            msg_text.u.d = (void *)-1;
            printf("server: receive an invalid shared-memory page.\n");
            rt_channel_reply(server_ch, &msg_text);   /* send back -1 */
            continue;
        }

        if(strcmp(str, "warning") == 0)  //判断是否接收到"warning"信息
        {
            printf("light warning.\n");
            pin_status.status = 1;
            rt_device_write(pin_dev, 0, (void *)&pin_status, sizeof(pin_status));
            rt_thread_mdelay(200);
            pin_status.status = 0;
            rt_device_write(pin_dev, 0, (void *)&pin_status, sizeof(pin_status));
            rt_thread_mdelay(200);
            pin_status.status = 1;
            rt_device_write(pin_dev, 0, (void *)&pin_status, sizeof(pin_status));
            rt_thread_mdelay(200);
            pin_status.status = 0;
            rt_device_write(pin_dev, 0, (void *)&pin_status, sizeof(pin_status));
            rt_thread_mdelay(200);
        }
        lwp_shmdt(str);

        msg_text.type = RT_CHANNEL_RAW;
        msg_text.u.d = (void *)1;
        rt_channel_reply(server_ch, &msg_text);
    }

    return 0;
}

进程2，间隔两面读取一次传感器光强度数据，然后判断是否操作50lux，超过则通过通道通知进程1进行闪灯：

int main(int argc, char **argv)
{
    rt_device_t ap3216c_dev;
    struct rt_sensor_data sensor_data;
    int res;

    int server_ch;
    char warning_msg[256] = { 0 };
    size_t len = 0;
    /* channel messages to send and return back */
    struct rt_channel_msg ch_msg, ch_msg_ret;

    printf("RiceChen rt-smart second app\n");

    /* open the IPC channel created by 'pong' */
    server_ch = rt_channel_open("server", 0);
    if (server_ch == -1)
    {
        printf("Error: rt_channel_open: could not find the \'server\' channel!\n");
        return -1;
    }

    ap3216c_dev = rt_device_find(SENSOR_NAME);
    if (ap3216c_dev == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("Can't find device:%s", SENSOR_NAME);
        return -1;
    }

    if (rt_device_open(ap3216c_dev, RT_DEVICE_FLAG_RDWR) != RT_EOK)
    {
        rt_kprintf("open device failed!");
        return -1;
    }
    rt_device_control(ap3216c_dev, RT_SENSOR_CTRL_SET_ODR, (void *)100);

    while(1)
    {
        res = rt_device_read(ap3216c_dev, 0, &sensor_data, 1); //读取传感器数值
        if (res != 1)
        {
            rt_kprintf("read data failed!size is %d\n", res);
        }
        else
        {
            rt_kprintf("light:%5d lux, timestamp:%5d\n", sensor_data.light, sensor_data.timestamp);
        }
        if(sensor_data.light > 50)  //判断阈值
        {
            ch_msg.type = RT_CHANNEL_RAW;
            snprintf(warning_msg, 255, "%s", "warning");
            len = strlen(warning_msg) + 1;
            warning_msg[len] = '\0';
            int shmid = prepare_data(warning_msg, len);

            if (shmid < 0)
            {
                printf("clent: fail to prepare the clent message.\n");
                continue;
            }
            ch_msg.u.d = (void *)shmid;

            rt_channel_send_recv(server_ch, &ch_msg, &ch_msg_ret); //发送警报信息
            lwp_shmrm(shmid);
        }
        rt_thread_mdelay(2000);
    }
    rt_device_close(ap3216c_dev);
    rt_channel_close(server_ch);

    return 0;
}

演示

http://mpvideo.qpic.cn/0bf2tqacoaaax4ajtip5hfpvbhgde6oaajya.f10003.mp4?dis_k=eb7e60fac969d1a4d82f1977fe3b1233&dis_t=1652175640&vid=wxv_1692360264878194688&format_id=10003&support_redirect=0&mmversion=false

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原始发表：2021-01-12，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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