Some Serial - 嵌入式串口驱动集合

一个为嵌入式和裸机环境设计的 统一串口驱动集合，提供多种常见串口硬件的高性能、可靠驱动实现。

🎯 项目定位

Some Serial 旨在为嵌入式开发者提供统一的串口通信解决方案，支持多种硬件平台：

• 🔌 统一接口 - 所有驱动使用相同的 API 接口
• 🚀 高性能 - 针对裸机环境优化的零拷贝设计
• 🛡️ 内存安全 - 基于 Rust 类型系统的内存安全保证
• 🔧 易于扩展 - 模块化设计，轻松添加新的驱动支持

🚀 核心特性

通用架构特性

• 🏗️ 统一抽象接口 - 基于 rdif-serial 的统一串口抽象
• 🛡️ 无标准库设计 (no_std) - 适用于裸机和嵌入式系统
• 📦 模块化架构 - 每个驱动独立模块，按需选择
• 🔒 类型安全 - 使用 Rust 类型系统确保内存安全
• 🧪 全面测试 - 包含完整的测试套件，覆盖各种使用场景

驱动功能特性

• ⚡ 中断驱动 - 支持 TX/RX 中断，提供高效异步通信
• 📊 FIFO 支持 - 硬件 FIFO 缓冲，可配置触发级别
• 🎛️ 灵活配置 - 支持波特率、数据位、停止位、奇偶校验配置
• 🔄 回环测试 - 内置回环模式支持，便于测试和调试
• 📈 性能优化 - 零拷贝数据传输，直接硬件访问

🔌 支持的驱动类型

当前支持

• ✅ ARM PL011 UART - ARM PrimeCell UART (PL011)

  • 广泛用于 ARM Cortex-A、Cortex-M、Cortex-R 系列
  • 支持 FIFO、中断、回环等完整功能
  • 适用于树莓派、STM32 等 ARM 平台

• ✅ NS16550/16450 UART - 经典串口控制器系列

  • NS16550Mmio - 内存映射 I/O 版本（通用嵌入式平台）
  • NS16550Pio - 端口 I/O 版本（x86_64 架构）
  • 支持 16 字节 FIFO 缓冲和中断驱动
  • 广泛兼容 PC 兼容串口设备和嵌入式系统

计划支持

• 🚧 更多 ARM UART 驱动 - 扩展 ARM 平台支持
• 🚧 RISC-V 平台适配 - 支持 RISC-V 嵌入式系统

🚀 快速开始

添加依赖

在你的 Cargo.toml 中添加：

[dependencies]
some-serial = "0.1.0"

通用接口使用

所有驱动都实现了统一的 Serial trait，提供一致的使用体验：

use core::ptr::NonNull;
use some_serial::{Serial, Config};

// 根据平台选择合适的驱动
#[cfg(target_arch = "aarch64")]
use some_serial::pl011::Pl011;

#[cfg(not(target_arch = "aarch64"))]
use some_serial::ns16550::Ns16550Mmio;

// 创建串口实例
let base_addr = 0x9000000 as *mut u8; // 你的 UART 基地址
let clock_freq = match target_arch {
    "aarch64" => 24_000_000, // ARM PL011: 24MHz
    _ => 1_843_200,          // NS16550: 1.8432MHz
};

let mut uart = match target_arch {
    "aarch64" => Pl011::new(
        NonNull::new(base_addr).unwrap(),
        clock_freq
    ),
    _ => Ns16550Mmio::new(
        NonNull::new(base_addr).unwrap(),
        clock_freq
    ),
};

// 统一配置接口
let config = Config::new()
    .baudrate(115200)
    .data_bits(some_serial::DataBits::Eight)
    .stop_bits(some_serial::StopBits::One)
    .parity(some_serial::Parity::None);

uart.set_config(&config).expect("Failed to configure UART");
uart.open().expect("Failed to open UART");

// 启用回环模式进行测试（如果支持）
uart.enable_loopback();

// 获取 TX/RX 接口进行数据传输
let mut tx = uart.take_tx().unwrap();
let mut rx = uart.take_rx().unwrap();

// 发送和接收数据
let test_data = b"Hello, Serial!";
let sent = tx.send(test_data);
println!("Sent {} bytes", sent);

let mut buffer = [0u8; 64];
let received = rx.receive(&mut buffer).expect("Failed to receive");
println!("Received {} bytes: {:?}", received, &buffer[..received]);

驱动选择示例

根据硬件平台和访问方式选择合适的驱动：

// ARM 平台 - 使用 PL011
#[cfg(target_arch = "aarch64")]
use some_serial::pl011::Pl011;

// x86_64 平台 - 使用端口 I/O
#[cfg(target_arch = "x86_64")]
use some_serial::ns16550::Ns16550Pio;

// 其他嵌入式平台 - 使用内存映射 I/O
#[cfg(not(any(target_arch = "aarch64", target_arch = "x86_64")))]
use some_serial::ns16550::Ns16550Mmio;

// 平台特定的创建函数
fn create_uart_for_platform(base_addr: *mut u8, clock_freq: u32) -> Box<dyn Serial> {
    #[cfg(target_arch = "aarch64")]
    {
        Box::new(Pl011::new(
            NonNull::new(base_addr).unwrap(),
            clock_freq
        ))
    }

    #[cfg(target_arch = "x86_64")]
    {
        Box::new(Ns16550Pio::new(
            NonNull::new(base_addr).unwrap(),
            clock_freq
        ))
    }

    #[cfg(not(any(target_arch = "aarch64", target_arch = "x86_64")))]
    {
        Box::new(Ns16550Mmio::new(
            NonNull::new(base_addr).unwrap(),
            clock_freq
        ))
    }
}

// 统一的创建和使用方式
let mut uart = create_uart_for_platform(base_addr, clock_freq);
// ... 后续使用方式完全相同

高级功能

中断驱动通信

use some_serial::{Serial, InterruptMask};
use some_serial::pl011::Pl011;

// 创建并配置 UART
let mut uart = Pl011::new(base_addr, clock_freq);
uart.set_config(&config).unwrap();
uart.open().unwrap();

// 启用中断
uart.enable_interrupts(InterruptMask::RX_AVAILABLE | InterruptMask::TX_EMPTY);

// 注册中断处理程序
let irq_handler = uart.irq_handler().unwrap();
// 在你的中断控制器中注册 irq_handler...

// 现在可以在中断处理中高效处理数据传输

平台检测与适配

// 运行时平台检测示例
fn create_serial_for_platform(base_addr: *mut u8, clock_freq: u32) -> Box<dyn Serial> {
    #[cfg(target_arch = "aarch64")]
    {
        // ARM64 平台，使用 PL011
        Box::new(Pl011::new(
            NonNull::new(base_addr).unwrap(),
            clock_freq
        ))
    }

    #[cfg(target_arch = "x86_64")]
    {
        // x86_64 平台，使用 NS16550 端口 I/O
        Box::new(Ns16550Pio::new(
            NonNull::new(base_addr).unwrap(),
            clock_freq
        ))
    }

    #[cfg(not(any(target_arch = "aarch64", target_arch = "x86_64")))]
    {
        // 其他嵌入式平台，使用 NS16550 内存映射 I/O
        Box::new(Ns16550Mmio::new(
            NonNull::new(base_addr).unwrap(),
            clock_freq
        ))
    }
}

// 系统集成示例
fn init_system_uart() -> Result<Box<dyn Serial>, &'static str> {
    let (base_addr, clock_freq) = get_platform_uart_config()?;

    let mut uart = create_serial_for_platform(base_addr, clock_freq);

    // 标准配置
    let config = Config::new()
        .baudrate(115200)
        .data_bits(DataBits::Eight)
        .stop_bits(StopBits::One)
        .parity(Parity::None);

    uart.set_config(&config).map_err(|_| "Failed to configure UART")?;
    uart.open().map_err(|_| "Failed to open UART")?;

    Ok(uart)
}

// 平台特定配置获取
fn get_platform_uart_config() -> Result<(*mut u8, u32), &'static str> {
    #[cfg(target_arch = "aarch64")]
    {
        // ARM 平台常见配置
        Ok((0x9000000 as *mut u8, 24_000_000))
    }

    #[cfg(target_arch = "x86_64")]
    {
        // x86 平台常见配置
        Ok((0x3F8 as *mut u8, 1_843_200))
    }

    #[cfg(not(any(target_arch = "aarch64", target_arch = "x86_64")))]
    {
        // 默认嵌入式配置
        Ok((0x40000000 as *mut u8, 16_000_000))
    }
}

API 文档

配置选项

use some_serial::{Config, DataBits, StopBits, Parity};

let config = Config::new()
    .baudrate(115200)           // 波特率
    .data_bits(DataBits::Eight) // 数据位：5/6/7/8
    .stop_bits(StopBits::One)   // 停止位：1/2
    .parity(Parity::None);      // 校验位：None/Odd/Even/Mark/Space

状态查询

// 查询线路状态
let status = uart.line_status();
if status.contains(some_serial::LineStatus::DATA_READY) {
    // 有数据可读
}

if status.contains(some_serial::LineStatus::TX_HOLDING_EMPTY) {
    // 可以发送数据
}

// 查询当前配置
let current_baudrate = uart.baudrate();
let data_bits = uart.data_bits();
let stop_bits = uart.stop_bits();
let parity = uart.parity();

测试

这个库包含了一个全面的测试套件，使用 bare-test 框架在裸机环境中运行。

运行测试

# 安装 ostool 用于裸机测试
cargo install ostool

# 运行测试
cargo test --test test --  --show-output
# 真机测试
cargo test --test test --  --show-output --uboot

测试覆盖

• 基础回环测试 - 验证基本的发送/接收功能
• 资源管理测试 - 验证 RAII 和资源生命周期
• 配置测试 - 验证各种配置选项
• 中断测试 - 验证中断功能和掩码控制
• 压力测试 - 高频数据传输测试
• 多模式测试 - 不同数据模式的测试

性能特性

• 低延迟 - 直接硬件寄存器访问
• 高吞吐量 - FIFO 支持提高传输效率
• 内存效率 - 零拷贝数据传输
• 中断优化 - 最小化中断处理开销

许可证

本项目采用以下许可证：

• MIT License
• Apache License 2.0

你可以选择其中任何一个许可证使用本项目。

🤝 贡献指南

我们欢迎社区贡献！以下是贡献方式：

添加新驱动支持

1. 创建驱动模块：在 src/ 目录下创建新的驱动文件
2. 实现 Serial trait：确保实现统一的 rdif-serial 接口
3. 添加测试：为新驱动编写完整的测试套件
4. 更新文档：在 README 中添加驱动说明和使用示例
5. 提交 PR：详细描述新驱动的功能和使用方法

参考实现

可以参考现有的 src/pl011.rs 作为新驱动的实现模板：

// 新驱动的基本结构示例
pub struct NewDriver {
    // 驱动特定的状态
}

impl Serial for NewDriver {
    // 实现 Serial trait 的所有方法
}

impl NewDriver {
    // 驱动特定的初始化和配置方法
}

📚 相关资源

技术文档

• ARM PL011 Technical Reference Manual - PL011 硬件规格
• rdif-serial - 统一串口接口抽象
• bare-test - 裸机测试框架

硬件参考

• 16550/16450 UART 数据手册 - 经典串口控制器

致谢

感谢所有为嵌入式串口通信生态系统做出贡献的开发者和项目！

更新日志

v0.1.0 (2024-01-XX)

• ✨ 初始发布 - 嵌入式串口驱动集合
• ✅ 完整的 ARM PL011 UART 支持
• ✅ 新增 NS16550/16450 UART 驱动支持
  • ✅ NS16550Mmio - 内存映射 I/O 版本
  • ✅ NS16550Pio - 端口 I/O 版本（x86_64）
  • ✅ 支持 FIFO、中断、回环等完整功能
• ✅ 基于 rdif-serial 的统一接口抽象
• ✅ 中断驱动通信和 FIFO 功能
• ✅ 全面测试套件和文档
• ✅ 性能优化和类型安全改进
• 🏗️ 模块化架构，支持多平台驱动选择

未来计划

• 🎯 扩展更多 ARM UART 驱动支持
• 🎯 RISC-V 平台适配
• 🎯 更多性能优化和功能特性