C ++ классы для абстракции выводов ввода / вывода

Я ищу абстракции C ++ для аппаратных точек ввода / вывода или выводов. Такие вещи, как in_pin, out_pin, inout_pin, может быть open_collector_pin и т. Д.

Я, конечно, могу сам придумать такой набор абстракций, поэтому я не ищу ответы типа «эй, ты мог бы сделать это таким образом», а скорее «посмотри на эту библиотеку, которая использовалась в этом, этом и этот проект'.

Google не обнаружил ничего, возможно, потому что я не знаю, как другие назвали бы это.

Моя цель состоит в том, чтобы создать библиотеки ввода-вывода, которые основаны на таких точках, но также обеспечивают такие точки, поэтому было бы легко, например, подключить HD44780 LCd либо к выводам ввода-вывода микросхемы, либо к I2C (или SPI) Расширитель ввода / вывода или любая другая точка, которой можно каким-либо образом управлять, без каких-либо изменений в классе LCD.

Я знаю, что это на грани электроники / программного обеспечения, извините, если это не принадлежит здесь.

@leon: проводка Это большой пакет программного обеспечения, мне нужно будет присмотреться. Но, похоже, они не используют абстракцию булавки, как я хочу. Например, в реализации клавиатуры я вижу

digitalWrite(columnPins[c], LOW);   // Activate the current column.

Это подразумевает, что есть одна функция (digitalWrite), которая знает, как записать на вывод ввода / вывода. Это делает невозможным добавление нового типа вывода ввода / вывода (например, на MCP23017, поэтому его необходимо записать через I2C) без перезаписи функции digitalWrite.

@Oli: Я погуглил пример Arduino IO, но похоже, что он использует тот же подход, что и библиотека Wiring:

int ledPin = 13;                 // LED connected to digital pin 13
void setup(){
    pinMode(ledPin, OUTPUT);      // sets the digital pin as output
}

Краткий ответ: к сожалению, нет библиотеки, чтобы делать то, что вы хотите. Я делал это сам много раз, но всегда в проектах без открытого исходного кода. Я подумываю над тем, чтобы положить что-то на github, но я не уверен, когда смогу.

Почему С ++?

1. Компилятор может использовать динамическое вычисление выражения размера слова. C распространяется на Int. Вашу байтовую маску / сдвиг можно сделать быстрее / меньше.
2. Встраивание.
3. Операции с шаблонами позволяют вам изменять размер слова и другие свойства с безопасностью типов.

Позвольте мне бесстыдно подключить мой проект с открытым исходным кодом https://Kvasir.io . Часть Kvasir :: Io предоставляет функции управления выводами. Сначала вы должны определить свой пин с помощью Kvasir :: Io :: PinLocation следующим образом:

constexpr PinLocation<0,4> led1;    //port 0 pin 4
constexpr PinLOcation<0,8> led2;

Обратите внимание, что на самом деле это не использует RAM, потому что это переменные constexpr.

Во всем коде вы можете использовать эти положения выводов в функциях «фабрики действий», таких как makeOpenDrain, set, clear, makeOutput и так далее. «Фабрика действий» фактически не выполняет действие, а возвращает Kvasir :: Register :: Action, который можно выполнить с помощью Kvasir :: Register :: apply (). Причина этого заключается в том, что apply () объединяет переданные ему действия, когда они воздействуют на один и тот же регистр, что дает выигрыш в эффективности.

apply(makeOutput(led1),
    makeOutput(led2),
    makeOpenDrain(led1),
    makeOpenDrain(led2));

Поскольку создание и объединение действий выполняется во время компиляции, это должно привести к тому же коду ассемблера, что и к типичному эквиваленту, закодированному вручную:

PORT0DIR |= (1<<4) | (1<<8);
PORT0OD |= (1<<4) | (1<<8);

Проект Wiring использует такую ​​абстракцию:

http://wiring.org.co/

и компилятор написан на C ++. Вы должны найти множество примеров в исходном коде. Программное обеспечение Arduino основано на проводке.

В C ++ можно написать класс, чтобы вы могли использовать порты ввода-вывода, как если бы они были переменными, например

  PORTB = 0x12; / * Запись в 8-битный порт * /
  if (RB3) LATB4 = 1; / * Чтение одного бита ввода / вывода и условно запись другого * /

без учета базовой реализации. Например, если используется аппаратная платформа, которая не поддерживает операции на битовом уровне, но поддерживает операции регистра на уровне байтов, можно (возможно, с помощью некоторых макросов) определить статический класс IO_PORTS со встроенным чтением-записью свойства, называемые bbRB3 и bbLATB4, так что последнее приведенное выше утверждение превратится в

  if (IO_PORTS.bbRB3) IO_PORTS.bbLATB4 = 1;

который в свою очередь будет преобразован во что-то вроде:

  if (!! (PORTB & 8)) (1? (PORTB | = 16): (PORTB & = ~ 16));

Компилятор должен иметь возможность замечать константное выражение в операторе?: И просто включать «истинную» часть. Можно было бы уменьшить количество свойств, создаваемых макрокомандой, до чего-то вроде:

  if (IO_PORTS.ppPORTB [3]) IO_PORTS.ppPORTB [4] = 1;

или

  if (IO_PORTS.bb (addrPORTB, 3)) IO_PORTS.bbPORTB (addrPORTB, 4) = 1;

но я не уверен, что компилятор сможет встроить код так хорошо.

Я ни в коем случае не хочу подразумевать, что использование портов ввода-вывода, как если бы они были переменными, - это всегда хорошая идея, но, поскольку вы упоминаете C ++, это полезная уловка. Моим собственным предпочтением в C или C ++, если совместимость с кодом, использующим вышеупомянутый стиль, не требуется, вероятно, будет определять некоторый тип макроса для каждого бита ввода-вывода, а затем определять макросы для «readBit», «writeBit», «setBit» и «clearBit» при условии, что аргумент идентификации битов, передаваемый этим макросам, должен быть именем порта ввода / вывода, предназначенного для использования с такими макросами. Например, приведенный выше пример будет записан как

  if (readBit (RB3)) setBit (LATB4);

и переводится как

  if (!! (_ PORT_RB3 & _BITMASK_RB3)) _PORT_LATB4 | = _BITMASK_LATB4;

Это будет немного больше работы для препроцессора, чем стиль C ++, но это будет меньше работы для компилятора. Это также позволило бы обеспечить оптимальную генерацию кода для многих реализаций ввода-вывода и достойную реализацию кода практически для всех.

Если вы ищете что-то действительно классное для абстрагирования аппаратного обеспечения и уверены в своих навыках C ++, попробуйте этот шаблон:

https://en.wikipedia.org/wiki/Curiously_recurring_template_pattern

Я использовал его в одной попытке абстрагировать аппаратное обеспечение для чипа Cortex-M0. Я еще ничего не писал об этом опыте (я сделаю это когда-нибудь), но поверьте мне, он был очень полезен из-за его статической полиморфной природы: один и тот же метод для разных чипов, без затрат (по сравнению с динамическим полиморфизмом).