하드웨어 추상화 계층 (std::hal)

std/hal/은 흔히 쓰이는 임베디드 주변장치를, 해당 주변장치의 MMIO 베이스 주소를 담고 있는 구조체 인스턴스의 메서드로 감싼다 — 대응하는 *_init() 함수로 인스턴스를 만든 다음 그 위에서 메서드를 호출하면 된다. 모든 모듈이 프리스탠딩 환경에서 안전하며(libc 의존성 없음), 일반적인 --target 크로스 컴파일은 물론 --freestanding에서도 동작한다.

#include <std/hal/gpio.h>

void blink(void* gpio_base, int pin) {
    struct GpioPin led = std::gpio_init(gpio_base, pin, GPIO_OUTPUT);
    led.write(1);
    led.toggle();
}

생성자 함수는 네임스페이스가 적용되지만 구조체 타입 자체는 그렇지 않다는 점에 유의한다 — struct std::GpioPin이 아니라 struct GpioPin 이다(네임스페이스 참고).

범용 주변장치

모듈	헤더	타입	설명
GPIO	hal/gpio.h	GpioPin	gpio_init(base, pin, direction); set_direction, write, read, toggle, set_pull
I2C	hal/i2c.h	I2cBus	i2c_init(base, speed); write, read, write_read(결합 트랜잭션), probe
SPI	hal/spi.h	SpiDevice	spi_init(base, mode); transfer(1바이트, 전이중), cs_assert/cs_deassert, write, read
UART	hal/uart.h	Uart	uart_init(base, baud); write_byte, read_byte, write_str, rx_ready, tx_ready(모두 폴링 기반)
Timer	hal/timer.h	Timer	timer_init(base, prescaler); set_period, start, stop, read, clear_flag, flag_set
Watchdog	hal/watchdog.h	Watchdog	watchdog_init(base, timeout); enable(일반적으로 한 번 활성화되면 비활성화할 수 없음), feed, caused_reset

모두 원시 MMIO 주소에 직접 작동하는 폴링 기반 드라이버다(인터럽트 기반 변형은 없음) — 주변장치가 완료를 비동기적으로 알려야 할 경우 인터럽트를 다루는 쪽은 std::interrupt(ISR 등록, 벡터 테이블, MMIO 비트필드 헬퍼)를 참고한다.

ARM Cortex-M

hal/cortex_m.h — NVIC, SysTick, SCB를 Cortex-M 표준 메모리 맵 주소에 위치한 전역 인스턴스로 제공한다. 전체 설명(HAL 사용법, DSP 확장 내장 함수, MVE)은 베어메탈 → ARM Cortex-M을 참고한다.

AArch64

hal/aarch64.h — 위의 Cortex-M 마이크로컨트롤러 HAL과는 별개로, ARMv8-A 애플리케이션 코어(Cortex-A53/A57/A72/A55/A76)를 대상으로 한다.

시스템 레지스터(인스턴스 없이 사용하는 자유 함수): aa64_read_mpidr()(프로세서 어피니티/CPU ID), aa64_read_currentel() (예외 레벨 EL0–EL3), aa64_read_daif()/aa64_write_daif()(인터럽트 마스크 비트), aa64_irq_enable()/aa64_irq_disable(), aa64_fiq_enable()/aa64_fiq_disable(), aa64_isb()/aa64_dsb_sy()/ aa64_dmb_sy()(배리어).

제네릭 타이머(Aa64Timer, 전역 인스턴스 aa64_timer): read_cntpct()(시스템 카운터), read_cntfrq()(카운터 주파수), set_tval(), enable()/disable(), fire_pending().

GIC(GICv2 호환; GicDist/GicCpu, 전역 인스턴스 gic_dist/ gic_cpu, gic_init(dist_base, cpu_base)로 초기화): 분배기(distributor) 쪽의 enable_irq/disable_irq, set_priority, set_target(CPU 어피니티 마스크), set_config(에지 트리거 대 레벨 트리거), is_pending/clear_pending; CPU 인터페이스 쪽의 ack()(대기 중인 IRQ 번호를 반환)/eoi()(인터럽트 종료).

RISC-V

hal/riscv.h — 주소는 SiFive FE310 / 표준 RISC-V MMIO 맵을 따른다.

CSR 접근(인라인 asm을 사용하는 자유 함수): rv_csr_read_mstatus/rv_csr_write_mstatus, rv_csr_read_mie/ rv_csr_write_mie, rv_csr_read_mip, rv_csr_read_mcause, rv_csr_read_mepc/rv_csr_write_mepc, rv_csr_read_mtvec/ rv_csr_write_mtvec, rv_csr_read_time/rv_csr_read_cycle/ rv_csr_read_instret, 그리고 rv_global_irq_enable/ rv_global_irq_disable.

CLINT(Clint, 전역 인스턴스 clint, clint_init(base)로 생성): set_msip/clear_msip(하트별 소프트웨어 인터럽트), set_mtimecmp/ read_mtime, schedule(delta)(delta 틱 뒤에 타이머 인터럽트 발생).

PLIC(Plic, 전역 인스턴스 plic, plic_init(base)로 생성): set_priority, enable/disable, set_threshold, claim()(우선순위가 가장 높은 대기 중 IRQ, 0이면 없음), complete(irq).