從內存對象到可存儲或可傳輸的字節流，IO序列化操作完成了數據形態的轉化。這一過程不僅涉及編碼與解碼邏輯，還需處理版本兼容、安全性與性能開銷等問題。全面掌握這一技術路徑，有助于構建更加健壯的應用系統。

一、概述

ioqueue 模塊提供了 IO 序列操作的功能，可以通過硬件定時器精確控制 GPIO 的操作時序。

注意事項：

對于 Air700EXX 系列、Air780EXX 系列、Air8000 系列模組，硬件定時器有如下要求：

硬件定時器 id：0-5，六個硬件定時器，

定時器精度：20 微秒，為硬件支持的最小時間單位。

3 和 5 固定被底層占用不可使用

pwm 功能依賴硬件定時器，ioqueue 不可與 pwm 功能同時使用

pwm0 對應 0

pwm4 對應 4

以此類推

注意：Air6101/Air8101 不支持此功能

1.1 使用場景

ioqueue 主要是輸出一些特殊的電平序列，捕獲自定義協議。

如果有以下需要就可以使用該庫：

精確控制多個 GPIO 的開關時序

循環執行固定的 GPIO 操作序列

捕獲 GPIO 邊沿變化的精確時間戳

模擬非標準通信協議

1.1.1 輸入捕獲場景（以 DHT11 數據讀取為例）

單總線協議要求嚴格的時序控制、主機需要先發送特定啟動信號、傳感器響應時間精確到微秒級、數據通過脈沖寬度編碼

使用流程：

下面演示使用硬件定時器精確控制 DHT11 通信時序，通過捕獲下降沿時間戳解碼溫濕度數據，實現微秒級精確通信：

dht11 通訊協議介紹：

數據分為小數部分和整數部分，一次完整的數據傳輸為 40bit，高位先出

數據格式：8bit 濕度整數數據 +8bit 濕度小數數據 +8bit 溫度整數數據 +8bit 溫度小數數據 +8bit 校驗

8bit 校驗 = 8bit 濕度整數數據 +8bit 濕度小數數據 +8bit 溫度整數數據 +8bit 溫度小數數據

校驗可以判斷數據是否正確發送

DHT11 工作時序：

主機發送起始信號以后，DHT11 發送響應信號，然后發送 40bit 的數據，高位在前

總時序圖如下：

起始信號：總線空閑狀態由 DHT11 內置上拉電阻拉高，主機拉低總線至少 18ms 后釋放總線 20-40us

DHT11 響應：存在的 DHT11 會及時響應主機，同時拉低總線 80us 后，釋放總線 80us，然后拉低總線，表示開始傳送數據

發送數據：當總線是低電平是表示開始發送數據，同時存在 50us 低電平時隙，之后拉高總線，高電平的持續時間表示發送 0 或者 1，當高電平持續時間為 26us-28us 表示發送 0，高電平持續時間為 70us 時，表示發送 1

數據發送完畢，由上拉電阻拉高，置回空閑高電平狀態

具體波形如下：

1.1.2 輸出精確脈沖場景

需要不同的脈沖寬度、軟件循環無法滿足精度要求、需要連續輸出大量脈沖

使用流程：

下面演示利用硬件定時器生成固定頻率或可變寬度的精確脈沖序列，支持連續和單次延時模式，實現微秒級脈沖控制：

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 章節具體使用分析。

三、常量詳解

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

ioqueue 模塊沒有常量。

四、函數詳解

ioqueue.init(hwtimer_id, cmd_cnt, repeat_cnt)

功能

初始化一個 io 操作隊列。

參數

hwtimer_id

cmd_cnt

repeat_cnt

返回值

無返回值。

示例

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

功能

對 io 操作隊列增加延時命令。

參數

hwtimer_id

time_us

time_tick

continue

返回值

無返回值。

示例

ioqueue.delay(hwtimer_id)

功能

對 io 操作隊列增加一次重復延時，在前面必須有 setdelay 并且是連續延時。

注意事項

必須在前面的 ioqueue.setdelay 設置 continue=true

參數

hwtimer_id

返回值

無返回值。

示例

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

功能

對 io 操作隊列增加設置 gpio 命令。

參數

hwtimer_id

pin

is_input

pull_mode

init_level

返回值

無返回值。

示例

ioqueue.input(hwtimer_id, pin)

功能

對 io 操作隊列增加讀取 gpio 命令。

應用場景：在精確時序點讀取 GPIO 電平狀態

使用時必須先調用 ioqueue.setgpio 設置輸入模式，然后通過 ioqueue.get()讀取輸入數據

參數

hwtimer_id

pin

返回值

無返回值。讀取的數據需要通過 ioqueue.get 獲取。

示例

ioqueue.output(hwtimer_id, pin, level)

功能

對 io 操作隊列增加輸出 GPIO 命令。

參數

hwtimer_id

pin

level

返回值

無返回值。

示例

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

功能

對 io 操作隊列增加設置捕獲某個 IO 命令。

捕獲的配置命令

參數

hwtimer_id

pin

pull_mode

irq_mode

max_tick

返回值

無返回值。

示例

ioqueue.capture(hwtimer_id)

功能

對 io 操作隊列增加捕獲一次 IO 狀態命令。

捕獲的執行命令，必須先經過 ioqueue.set_cap 配置后才能使用 ioqueue.capture 來捕獲，一個 set_cap 配置可以被多個 capture 命令復用

參數

hwtimer_id

返回值

無返回值。捕獲的數據需要通過 ioqueue.get 獲取。

示例

ioqueue.cap_done(hwtimer_id, pin)

功能

對 io 操作隊列結束捕獲某個 IO 命令。

使用場景：

1.捕獲任務完成時 ：主動結束，告訴系統數據讀取完成，停止 gpio 捕獲

2.切換捕獲目標時：比如從捕獲 gpio1 切換到捕獲 gpio2，需要先結束捕獲 gpio1。

3.錯誤處理或者提前退出時調用。

參數

hwtimer_id

pin

返回值

無返回值。

示例

ioqueue.get(hwtimer_id, input_buff, capture_buff)

功能

獲取 io 操作隊列中輸入和捕獲的數據。

注意事項

input，set_cap，capture 這三個配置接口配置的功能，緩存到的輸入數據和捕獲數據，都是通過 get 接口來讀取出來

input_buff ← 存儲 ioqueue.input() 的即時電平采樣結果

capture_buff ← 存儲 ioqueue.capture() 的邊沿事件 + 時間戳

input_cnt = 成功的 ioqueue.input() 操作數量

capture_cnt = 成功的 ioqueue.icapture() 操作數量（可能因超時而小于計劃數）

參數

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 io 操作隊列。

參數

hwtimer_id

返回值

無返回值。

示例

ioqueue.stop(hwtimer_id)

功能

停止 io 操作隊列，可以通過 start 從頭開始。

參數

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 操作隊列的資源，下次使用必須重新 init。

參數

hwtimer_id

返回值

無返回值。

示例

ioqueue.clear(hwtimer_id)

功能

清空 io 操作隊列。

此接口重置了命令隊列但保留了硬件定時器資源，可以直接添加新的命令。前提是你確信之前隊列的狀態完全被清空，且新的命令序列與之前的結構兼容。

參數

hwtimer_id

返回值

無返回值。

示例

ioqueue.done(hwtimer_id)

功能

檢測 io 操作隊列是否已經執行完成。

參數

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/停止一個帶系統 tick 返回的外部中斷。

ioqueue.exti 是一個獨立的外部中斷接口，與 ioqueue 隊列系統完全分離，提供簡單的 GPIO 邊沿事件捕獲功能。

使用場景：簡單的按鍵檢測、傳感器狀態監控、旋轉編碼器計數

參數

pin

pull_mode

irq_mode

onoff

返回值

無返回值。

示例

五、模組支持說明

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

今天的內容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇