硬件抽象层对下必须检验查看目前硬件配置的能力与限制，以及将来可能的扩展性，对上得倾听系统软件得需求。简单得说，HAL就是我们系统的“硬件”，而“硬件”的功能就是它所提供的API，即所有上层的程序完全不需要知道硬件与驱动程序的细节，只能通过HAL来操控硬件。按照这样的逻辑，通常我们实现HAL的流程如下：

  • 定义HAL的规模（Scope）：根据需求分析上层的系统和应用程序需要哪些硬件功能，这些需求就是HAL必须要包含的基本模块，然后再根据硬件配置，分析是否仍有目前系统没用到的硬件功能，这些功能可能会在下一代产品中实现，我们可以为其设计相应的HAL模块的API，但可以先不实现；
  • 定义HAL API：
    • 系统工程师说明系统需求，包含系统对硬件事件的处理方式。
    • 固件工程师根据硬件功能，提供第一版的HAL API定义文件；
    • 系统工程师协同固件工程师逐一review HAL API。
    • 在HAL API立项前，必须针对项目中的所有软件工程师做详细报告，收集建议，并做必要的修正。
  • 由固件工程师实现所有的HAL的功能，并执行每个模块的单元测试；
  • 固件工程师release第一版HAL库，由系统工程师负责整合测试。

所以HAL不过是驱动程序提供给上层应用的API标准而已。

1、HAL基本设计原则

HAL设计文件是以驱动来区分章节，不同的驱动由不同专长的工程师负责设计与编写。因此设计文件的第一章是HAL基本设计原则，第二章是共享数据结构与常数定义。以下是设计原则：

  • 往前兼容，新版的HAL的API可以变多，但不能减少；
  • HAL旨在对硬件做抽象化，不应与任何系统有直接关系。若OS对驱动有特殊需求（Linux有制式的驱动写法），应由系统团队根据需求自行在HAL之上再往上包一层high level driver。
  • 驱动模块化，尽量降低驱动间的耦合度。
  • 每个驱动分别设计，但章节内的结构必须保持一致，主要包含以下信息：
    • 数据结构
    • API
    • 控制流程或状态机
    • 会产生的硬件事件，以及事件传递流程
  • 每个驱动模块应该尽量包装以下的API，以保持所有驱动模块的API风格一致：
    • Open()：执行该设备的初始化（包含硬件的初始化、取得驱动所需的buffer、数据结构或配置的设定等）
    • Enable()：驱动开始运行
    • Disable：驱动暂停运行
    • Close()：关掉硬件设备，还回buffer，reset 驱动的数据结构或配置。
    • Set_Power_mode()：设定该设备的power mode（full run、idle、sleep mode）,即使该硬件不需要这种电压管理，也要设计出空的Set_Power_mode函数，以保持所有驱动接口的一致性。
  • 驱动与电源管理的配合：驱动仅提供电源管理的机制，而电源管理的策略由系统的power manager 统一管控，即HAL中的每一个驱动模块都必须配合power manager 的需求，例如都必须实现Set_Power_mode() 这样的API。
  • HAL的每个驱动模块都必须遵守共同的命名规则与API风格。
  • 统一定义HAL的系统配置：这些配置必须开放给系统使用，是的本项目不需要的驱动模块或功能不会被连接进来。例如： 
#include <hal.h>
#ifdef HAL_WITH_GPS //HAL_WITH_GPS为HAL配置之一，定义在hal.h中
...
#endif

2、驱动程序与系统的沟通机制

系统与HAL的沟通方式有3种：

  • HAL API：系统可以直接调用HAL开放的API。
  • ISR 与 硬件事件：当硬件产生中断时，相应的ISR会执行；当ISR处理完后，可将硬件事件抽象化，包装成硬件事件，往上层系统传递，传递的方式有：
    • 全局变量flag：当上层程序发现flag的值变化了，即表示发生了某硬件事件。但这种方法的时效性差，且还要注意Critical section的保护；
    • 在ISR内调用系统功能，如send_message()、wakeup_task()等，这是普遍的做法，但破坏了HAL必须与上层系统无关的规范。
    • 好的做法是，HAL不决定传递硬件事件的机制，改为提供API，让系统可“注册”用以传递硬件事件的函数（回调函数callback function），ISR会在适当时机调用这些函数，至于系统如何处理硬件事件，ISR并不知道。
  • Callback：HAL 提供注册callback function的API，并明确说明调用此callback function的时机。系统只要传入function pointer，HAL即会在上述时机调用这些callback function。例如当HAL准备关机时，会去调用系统预线注册的callback function，让系统有机会做一些处理。

3、驱动接口

我们以HAL里重要的驱动——Audio为例，看一下该驱动的接口。按照设计文件风格规范，必须先描述这个模块中所有的API的关系：

HAL设计文件中的流程图范例

HalAudEn

HalAudDis

HalAudSetSampleRate

获取更多知识，请点击关注：
嵌入式Linux&ARM
CSDN博客
简书博客
知乎专栏