在異構(gòu)系統(tǒng)并存的今天，IO序列化操作成為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間互操作性的核心技術(shù)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式（如JSON、Protobuf、Hessian等），不同語(yǔ)言、平臺(tái)的系統(tǒng)得以無(wú)縫交換信息。合理設(shè)計(jì)序列化策略，可大幅提升系統(tǒng)的集成能力與擴(kuò)展性。

一、概述

ioqueue 模塊提供了 IO 序列操作的功能，可以通過(guò)硬件定時(shí)器精確控制 GPIO 的操作時(shí)序。

注意事項(xiàng)：

對(duì)于 Air700EXX 系列、Air780EXX 系列、Air8000 系列模組，硬件定時(shí)器有如下要求：

硬件定時(shí)器 id：0-5，六個(gè)硬件定時(shí)器，

定時(shí)器精度：20 微秒，為硬件支持的最小時(shí)間單位。

3 和 5 固定被底層占用不可使用

pwm 功能依賴硬件定時(shí)器，ioqueue 不可與 pwm 功能同時(shí)使用

pwm0 對(duì)應(yīng) 0

pwm4 對(duì)應(yīng) 4

以此類推

注意：Air6101/Air8101 不支持此功能

1.1 使用場(chǎng)景

ioqueue 主要是輸出一些特殊的電平序列，捕獲自定義協(xié)議。

如果有以下需要就可以使用該庫(kù)：

精確控制多個(gè) GPIO 的開(kāi)關(guān)時(shí)序

循環(huán)執(zhí)行固定的 GPIO 操作序列

捕獲 GPIO 邊沿變化的精確時(shí)間戳

模擬非標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議

1.1.1 輸入捕獲場(chǎng)景（以 DHT11 數(shù)據(jù)讀取為例）

單總線協(xié)議要求嚴(yán)格的時(shí)序控制、主機(jī)需要先發(fā)送特定啟動(dòng)信號(hào)、傳感器響應(yīng)時(shí)間精確到微秒級(jí)、數(shù)據(jù)通過(guò)脈沖寬度編碼

使用流程：

下面演示使用硬件定時(shí)器精確控制 DHT11 通信時(shí)序，通過(guò)捕獲下降沿時(shí)間戳解碼溫濕度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)精確通信：

dht11 通訊協(xié)議介紹：

數(shù)據(jù)分為小數(shù)部分和整數(shù)部分，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit，高位先出

數(shù)據(jù)格式：8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 校驗(yàn)

8bit 校驗(yàn) = 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)

校驗(yàn)可以判斷數(shù)據(jù)是否正確發(fā)送

DHT11 工作時(shí)序：

主機(jī)發(fā)送起始信號(hào)以后，DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，然后發(fā)送 40bit 的數(shù)據(jù)，高位在前

總時(shí)序圖如下：

起始信號(hào)：總線空閑狀態(tài)由 DHT11 內(nèi)置上拉電阻拉高，主機(jī)拉低總線至少 18ms 后釋放總線 20-40us

DHT11 響應(yīng)：存在的 DHT11 會(huì)及時(shí)響應(yīng)主機(jī)，同時(shí)拉低總線 80us 后，釋放總線 80us，然后拉低總線，表示開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)

發(fā)送數(shù)據(jù)：當(dāng)總線是低電平是表示開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)存在 50us 低電平時(shí)隙，之后拉高總線，高電平的持續(xù)時(shí)間表示發(fā)送 0 或者 1，當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間為 26us-28us 表示發(fā)送 0，高電平持續(xù)時(shí)間為 70us 時(shí)，表示發(fā)送 1

數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，由上拉電阻拉高，置回空閑高電平狀態(tài)

具體波形如下：

1.1.2 輸出精確脈沖場(chǎng)景

需要不同的脈沖寬度、軟件循環(huán)無(wú)法滿足精度要求、需要連續(xù)輸出大量脈沖

使用流程：

下面演示利用硬件定時(shí)器生成固定頻率或可變寬度的精確脈沖序列，支持連續(xù)和單次延時(shí)模式，實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)脈沖控制：

固定間隔脈沖

可變寬度脈沖序列

二、核心示例

示例可參考 1.1.1 章節(jié)具體使用分析。

三、常量詳解

核心庫(kù)常量，顧名思義是由 LuatOS 內(nèi)核固件中定義的、不可重新賦值或修改的固定值，在腳本代碼中不需要聲明，可直接調(diào)用；

ioqueue 模塊沒(méi)有常量。

四、函數(shù)詳解

ioqueue.init(hwtimer_id, cmd_cnt, repeat_cnt)

功能

初始化一個(gè) io 操作隊(duì)列。

參數(shù)

hwtimer_id

cmd_cnt

repeat_cnt

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.setdelay(hwtimer_id, time_us, time_tick, continue)

功能

對(duì) io 操作隊(duì)列增加延時(shí)命令。

參數(shù)

hwtimer_id

time_us

time_tick

continue

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.delay(hwtimer_id)

功能

對(duì) io 操作隊(duì)列增加一次重復(fù)延時(shí)，在前面必須有 setdelay 并且是連續(xù)延時(shí)。

注意事項(xiàng)

必須在前面的 ioqueue.setdelay 設(shè)置 continue=true

參數(shù)

hwtimer_id

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.setgpio(hwtimer_id, pin, is_input, pull_mode, init_level)

功能

對(duì) io 操作隊(duì)列增加設(shè)置 gpio 命令。

參數(shù)

hwtimer_id

pin

is_input

pull_mode

init_level

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.input(hwtimer_id, pin)

功能

對(duì) io 操作隊(duì)列增加讀取 gpio 命令。

應(yīng)用場(chǎng)景：在精確時(shí)序點(diǎn)讀取 GPIO 電平狀態(tài)

使用時(shí)必須先調(diào)用 ioqueue.setgpio 設(shè)置輸入模式，然后通過(guò) ioqueue.get()讀取輸入數(shù)據(jù)

參數(shù)

hwtimer_id

pin

返回值

無(wú)返回值。讀取的數(shù)據(jù)需要通過(guò) ioqueue.get 獲取。

示例

ioqueue.output(hwtimer_id, pin, level)

功能

對(duì) io 操作隊(duì)列增加輸出 GPIO 命令。

參數(shù)

hwtimer_id

pin

level

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.set_cap(hwtimer_id, pin, pull_mode, irq_mode, max_tick)

功能

對(duì) io 操作隊(duì)列增加設(shè)置捕獲某個(gè) IO 命令。

捕獲的配置命令

參數(shù)

hwtimer_id

pin

pull_mode

irq_mode

max_tick

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.capture(hwtimer_id)

功能

對(duì) io 操作隊(duì)列增加捕獲一次 IO 狀態(tài)命令。

捕獲的執(zhí)行命令，必須先經(jīng)過(guò) ioqueue.set_cap 配置后才能使用 ioqueue.capture 來(lái)捕獲，一個(gè) set_cap 配置可以被多個(gè) capture 命令復(fù)用

參數(shù)

hwtimer_id

返回值

無(wú)返回值。捕獲的數(shù)據(jù)需要通過(guò) ioqueue.get 獲取。

示例

ioqueue.cap_done(hwtimer_id, pin)

功能

對(duì) io 操作隊(duì)列結(jié)束捕獲某個(gè) IO 命令。

使用場(chǎng)景：

1.捕獲任務(wù)完成時(shí) ：主動(dòng)結(jié)束，告訴系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取完成，停止 gpio 捕獲

2.切換捕獲目標(biāo)時(shí)：比如從捕獲 gpio1 切換到捕獲 gpio2，需要先結(jié)束捕獲 gpio1。

3.錯(cuò)誤處理或者提前退出時(shí)調(diào)用。

參數(shù)

hwtimer_id

pin

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.get(hwtimer_id, input_buff, capture_buff)

功能

獲取 io 操作隊(duì)列中輸入和捕獲的數(shù)據(jù)。

注意事項(xiàng)

input，set_cap，capture 這三個(gè)配置接口配置的功能，緩存到的輸入數(shù)據(jù)和捕獲數(shù)據(jù)，都是通過(guò) get 接口來(lái)讀取出來(lái)

input_buff ← 存儲(chǔ) ioqueue.input() 的即時(shí)電平采樣結(jié)果

capture_buff ← 存儲(chǔ) ioqueue.capture() 的邊沿事件 + 時(shí)間戳

input_cnt = 成功的 ioqueue.input() 操作數(shù)量

capture_cnt = 成功的 ioqueue.icapture() 操作數(shù)量（可能因超時(shí)而小于計(jì)劃數(shù)）

參數(shù)

hwtimer_id

input_buff

capture_buff

返回值

local input_cnt, capture_cnt = ioqueue.get(hwtimer_id, input_buff, capture_buff)

input_cnt

capture_cnt

示例

ioqueue.start(hwtimer_id)

功能

啟動(dòng) io 操作隊(duì)列。

參數(shù)

hwtimer_id

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.stop(hwtimer_id)

功能

停止 io 操作隊(duì)列，可以通過(guò) start 從頭開(kāi)始。

參數(shù)

hwtimer_id

返回值

local loop_cnt, cmd_cnt = ioqueue.stop(hwtimer_id)

loop_cnt

cmd_cnt

示例

ioqueue.release(hwtimer_id)

功能

釋放 io 操作隊(duì)列的資源，下次使用必須重新 init。

參數(shù)

hwtimer_id

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.clear(hwtimer_id)

功能

清空 io 操作隊(duì)列。

此接口重置了命令隊(duì)列但保留了硬件定時(shí)器資源，可以直接添加新的命令。前提是你確信之前隊(duì)列的狀態(tài)完全被清空，且新的命令序列與之前的結(jié)構(gòu)兼容。

參數(shù)

hwtimer_id

返回值

無(wú)返回值。

示例

ioqueue.done(hwtimer_id)

功能

檢測(cè) io 操作隊(duì)列是否已經(jīng)執(zhí)行完成。

參數(shù)

hwtimer_id

返回值

local is_done = ioqueue.done(hwtimer_id)

is_done

示例

ioqueue.exti(pin, pull_mode, irq_mode, onoff)

功能

啟動(dòng)/停止一個(gè)帶系統(tǒng) tick 返回的外部中斷。

ioqueue.exti 是一個(gè)獨(dú)立的外部中斷接口，與 ioqueue 隊(duì)列系統(tǒng)完全分離，提供簡(jiǎn)單的 GPIO 邊沿事件捕獲功能。

使用場(chǎng)景：簡(jiǎn)單的按鍵檢測(cè)、傳感器狀態(tài)監(jiān)控、旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)

參數(shù)

pin

pull_mode

irq_mode

onoff

返回值

無(wú)返回值。

示例

五、模組支持說(shuō)明

僅支持 Air700EXX 系列、Air780EXX 系列、Air8000 系列模組，Air6101/Air8101 不支持此功能。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇