开发者学堂课程【HaaS 物联网应用开发课程：3_4_AliOS Things 基础 AOS API 及 HAL API 介绍】学习笔记，与课程紧密联系，让用户快速学习知识。
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3_4_AliOS Things 基础 AOS API 及 HAL API 介绍
内容介绍:
一、AOS & HAL API 介绍
二、系统定时器
三、演示环节
先对 AOS & HAL API 进行简单介绍，然后以定时器模块为例介绍 AOStimerAPI 的使用方法，之后再以系统中断和GPIO 操作为例介绍HAL API 用法。
一、AOS&HAL API 介绍
AOS API
在前面系统架构图中提到 AOS API 是 AliOS 操作系统，对系统提供的基础功能的集合。如果要使用 AOS API，需要包含声明它们的头文件。
AOS API 头文件位置
include/aos/kernel.h
AOS API 类型
按照功能对 AOS API 进行划分，分为：
>任务管理(task、workqueue) 如果使用任务管理的 API，可以去 kernel.h 中搜索 task，可以找到所有任务管理的API 及其说明。也可以通过阿里云官方帮助文档来查看 API 的使用方法以及案例。
>锁与信号量(mutex、semaphore等)
>消息队列(msg queue)
>定时器(timer)
>内存管理(malloc、free等)
>时间管理（日历，系统时间等)
>系统管理(重启等)
HAL API 介绍
HAL 是 Hardware Abstract Layer 缩写，中文是硬件抽象层
HAL 的概念最早是由微软在 Windows 系统上面提出来的。之后的操作系统不管是 Linux、Android 都有自己的 HAL层定义。HAL 层的概念也比较适合于嵌入式操作系统中，但并非所有的主流嵌入式系统都对 HAL 层进行了定义。
HAL 位于操作系统内核与硬件电路之间的接口层，其目的在于将硬件功能进行抽象并形成统一的 API 供操作系统内核或应用程序调用。通过 HAL 层对特定平台的硬件接口特性及细节进行隐藏。所以基于 HAL API 实现的功能（组件、内核、应用等）跟特定硬件平台解耦合，方便于功能组件在不同平台之间的移植。
图上代表在硬件平台 A 上可以使用的内核/组件、应用可以直接放置在硬件平台 B 上直接执行，不需要进行修改。
AliOS Things HAL API 设计思想
1．层次化思想
通过 HAL API 层的定义，将操作系统分为“硬件无关层”和“硬件相关层”两大层，上层在进行硬件操作时就无需关注当前硬件平台的具体细节，从而降低系统复杂度，并简化组件及应用的开发，出现问题之后也可以以 HAL API 为界限进行问题的界定，方便排查问题。
2．模块化思想
每个硬件模块均有一组 HAL API 对其能力进行定义。模块和模块之间相互隔离，没有耦合性。应用程序根据自己的功能需求设定对 HAL 实现层模块的依赖关系这样就可以做到 HAL 及其应用可伸缩、可裁剪的灵活性。
3．对象化思想
模块化思想也是对象化思想的一部分。除此之外，针对有多个相同功能模块的硬件平台的情况,数据结构中有用id/config 等结构对相同类型的硬件模块进行编号，并保存其独有的参数，不管类型是否相同，每个模块都有自己独有的数据结构对其私有参数进行描述，以提高软件的扩展性及重用性。
AliOS Things 对这十二种进行了抽象，包括 GPIO、UART、SPI、I2C、FLASH、RTC、PWM、TIMER、ADC、DAC、WTD、RNG
HAL API头文件：include/aos/hal/
下图是比较形象的表达，上方应用层在呼叫，
hal_gpio_output_high(&LED)代码可以在很多平台上，无需修改通过很少量的配置可以直接运行。
二、系统定时器
硬件定时器:硬件定时器会产生固定的时钟节拍，作为操作系统的时钟基准(Tick )，其数量是受硬件数量限制的。
软件定时器:通过软件程序模拟出来的定时器，软件定时器会消耗一定的 CPU 和内存资源。在精确度上不如硬件计时器，优点在于数量可以很多。本节主要讲述软件计时器的概念，每个软件计时器都保存着自己的到期时间以及时间超时。软件计时器管理模块会扫描所有的软件定时器设定，每个软件计时器到期之后会呼叫其预定的超时时间处理函数。
定时器安装是否重复可以分为一次性定时器和周期性定时器两种
AliOS Things 操作系统对用户提供定时器接口的是 Timer 模块。同样可以设定 Timer 是一次性的还是周期性的。是需要 Timer 到期自动执行还是需要手动启动 Timer。
1. 一次性 Timer
2. 周期性 Timer
3. 自动/手动运行 Timer
API名称 |
功能 |
aos_timer_new |
创建一个软件定时器，创建后自动运行 |
aos_timer_new_ext |
创建一个软件定时器，可通过入参决定创建后是否自动运行。 |
aos_timer_start |
启动软件定时器 |
aos_timer_stop |
停止软件定时器 |
aos_timer_change |
修改软件定时器的定时参数 |
aos_timer_free |
删除软件定时器 |
创建单次定时任务的代码：
#include "aos/ kernel.h"
aos_timer_t g_single_timer;
static void g_single_timer_handler(void *arg1,voids arg2) //超时处理函数
{
printf("enter %s\r\n",__func__);
return;
}
/**
* set up a timer with timeout value of period and set timer 's handler to g_single_timer_handler
* @param period - timer timeout value,in unit of ms
*
* @return 0 for success; negative no. for failure
*/
int single_timer_example(int period){
int ret = -1;
if (period <= 0) {
printf("invalid period:%d\r\n", period);
return -1;
}
/*setup a timer with timeout value set to period ms and disable autoload function */
ret = aos_timer_new_ext(&g_single_timer，g_single_timer_handler，NULL，period，0，0);
//第一个0-单次定时 第二个0-不自动执行
if (ret != 0) {
printf("timer create failed\r\n");
return 2;
}
/* start the timer */
aos_timer_start(&g_single_timer); //启动定时器
/* sleep for (period * 2) ms */
usleep (period * 2 * 1000);
/* stop the timer again */
aos_timer_stop(&g_single_timer); //停止定时器
/*
* setup timer’s timeout value to 1000 ms
* should change timer's settings when timer is stopped
*/
aos_timer_change(&g_single_timer，1000); //修改定时器超时时间
/* satart the timer */
aos_timer_start(&g_single_timer); //重新启动定时器
/* sleep for (period * 2) ms */
usleep (period * 2 * 1000) ; //等待2秒
/* stop the timer */
aos_timer_stop(&g_single_timer); //停止定时器
/* free the timer's resource */
aos_timer_free(&g_single_timer); //删除定时器
return 0;
}
创建自动加载周期性定时器
aos_timer_t g_repeat_autoload_timer;
static void repeat_autoload_repeat_non_autoload_timer_handler(void *arg1，void* arg2)
{
printf("enter %s\r\n".,__func_);
return;
}
/**
* set up an auto reload timer with timeout value of period and set timer's handler to repeat autoload_repeat_non autoload_timer handler
* param period - timer timeout value, in unit of ms
*
* return 0 for success; negative no. for failure
*/
int g_repeat_autoload_timer_example(int period){
int ret = -1;
if (period <= 0){
printf("invalid period:%d\r\n", period);
return -1;
}
/*setup a timer with timeout value set to period ms and enable autoload function */
ret = aos_timer_new(&g_repeat_autoload_timer，repeat_autoload_repeat_non_autoload_timer_handler,NULL，period，1); //此处1为周期性加载
if (ret != 0) {
printf("timer create failed\r\n");
return 2;
}
/* start the timer */
aos_timer_start(&g_repeat_autoload_timer) ;
/* sleep for(period * 2)ms */
usleep (period * 2 * 1000);
/* stop the timer again */
aos_timer_stop(&g_repeat_autoload_timer);
/* free the timer's resource*/
aos_timer_free(&g_repeat_autoload_timer);
return 0;
}
添加定时器测试CLI命令
#include <aos/cli.h>
static void single_timer(char *buf， int len，int argc，char **argv)
{
single_timer_example(1000); //single_timer的处理函数里呼叫single_timer_example，传入1000ms
return;
}
static void repeat_timer(char *buf， int len， int argc，char **argv)
{
repeat_timer_example(2000); //repeat_timer呼叫repeat_timer_example，传入2000ms
return;
}
static void autoload_repeat_timer(char *buf，int len，int argc，char **argv)
{
g_repeat_autoload_timer_example(3000) ;
return;
}
struct cli_command timer_cli_cmds [] = { //这组测试包括三个命令
{"stimer" ,"single timer test" , single_timer},
{"rtimer" ,"non-autoload repeat timer test" , repeat_timer}, //不自动加载的周期性Timer
{"artimer","autoload repeat timer test", autoload_repeat_timer}, //自动加载的周期性Timer
};
static int timer_test_cmd_init(void){
return aos_cli_register_commands(&timer_cli_cmds [0], //呼叫aos_cli_register_commands把timer_cli_cmds这组定时器的测试指令添加到command中
sizeof(timer_cli_cmds)/sizeof(timer_cli_cmds[0]));
}
三、演示环节
以之前创建的 new_comp 组件为例，将 Timer 的实现都放在 new component 组件中，输入
vim components/peripherals/new_comp/src/
将所有的 timer_test 函数都放在 timer_test.c 中，输入 vim components/peripherals/new_comp/src/timer_test.c
入口函数就是 int new_comp_timer_test_cmd_init(void){}，它里面就是将 stimer、rtimer、artimer 这一组测试指令添加到 cli 组件中
再来查看 single_timer，
single_timer 中呼叫 single_timer_example
repeat_timer 中呼叫 repeat_timer_example
再将该文件添加到 makefile 中，
输入 vim components/peripherals/new_comp/aos.mk
进入后将./src/timer_test.c 添加到 new_comp 的 makefile 中
退出后输入
vim components/peripherals/new_comp/src/new_comp.c
进入后在 new_comp 组件初始化的地方呼叫
new_comp_timer_test_cmd_init()
退出后输入
vim application/example/helloworld_demo/appdemo.c
呼叫函数 new_comp_init()
退出后进行编译，先来进行清理输入 aos make disclean
再输入 aos make helloworld_demo@haaseduk1 -c config
再执行 aos make
编译完成后执行 aos upload
烧录完成后打开一个新的串口，打开 picocom 查看串口输出日志
依次执行 stimer、rtimer、artimer 三条指令，输入#stimer，结果显示1秒后超时处理了三次，执行#rtimer，结果显示2秒后进入超时处理，输入#artimer，结果显示3秒超时后进入了 autoload_repeat。
