Harmony鸿蒙南向驱动开发-GPIO

GPIO(General-purpose input/output)即通用型输入输出。通常,GPIO控制器通过分组的方式管理所有GPIO管脚,每组GPIO有一个或多个寄存器与之关联,通过读写寄存器完成对GPIO管脚的操作。

基本概念

GPIO又俗称为I/O口,I指的是输入(in),O指的是输出(out)。可以通过软件来控制其输入和输出,即I/O控制。

  • GPIO输入

    输入是检测各个引脚上的电平状态,高电平或者低电平状态。常见的输入模式有:模拟输入、浮空输入、上拉输入、下拉输入。

  • GPIO输出

    输出是当需要控制引脚电平的高低时需要用到输出功能。常见的输出模式有:开漏输出、推挽输出、复用开漏输出、复用推挽输出。

运作机制

在HDF框架中,同类型设备对象较多时(可能同时存在十几个同类型配置器),若采用独立服务模式,则需要配置更多的设备节点,且相关服务会占据更多的内存资源。相反,采用统一服务模式可以使用一个设备服务作为管理器,统一处理所有同类型对象的外部访问(这会在配置文件中有所体现),实现便捷管理和节约资源的目的。GPIO模块采用统一服务模式(如图1所示)。

在统一模式下,所有的控制器都被核心层统一管理,并由核心层统一发布一个服务供接口层,因此这种模式下驱动无需再为每个控制器发布服务。

GPIO模块各分层作用:

  • 接口层:提供操作GPIO管脚的标准方法。

  • 核心层:提供GPIO管脚资源匹配,GPIO管脚控制器的添加、移除以及管理的能力,通过钩子函数与适配层交互,供芯片厂家快速接入HDF框架。

  • 适配层:由驱动适配者将钩子函数的功能实例化,实现与硬件相关的具体功能。

图 1 GPIO统一服务模式结构图

GPIO统一服务模式结构图

开发指导

场景介绍

GPIO主要是对GPIO管脚资源进行管理。驱动开发者可以使用GPIO模块提供的操作接口,实现对管脚的具体控制。当驱动开发者需要将GPIO适配到OpenHarmony时,需要进行GPIO驱动适配。下文将介绍如何进行GPIO驱动适配。

接口说明

为了保证上层在调用GPIO接口时能够正确的操作GPIO管脚,核心层在//drivers/hdf_core/framework/support/platform/include/gpio/gpio_core.h中定义了以下钩子函数,驱动适配者需要在适配层实现这些函数的具体功能,并与钩子函数挂接,从而完成适配层与核心层的交互。

GpioMethod定义:

struct GpioMethod {int32_t (*request)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);                 // 【预留】int32_t (*release)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);                 // 【预留】int32_t (*write)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t val);int32_t (*read)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t *val);int32_t (*setDir)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t dir);int32_t (*getDir)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t *dir);int32_t (*toIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t *irq);    // 【预留】int32_t (*setIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t mode);int32_t (*unsetIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);int32_t (*enableIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);int32_t (*disableIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);
}

表 1 GpioMethod结构体成员的钩子函数功能说明

函数成员入参出参返回值功能
writecntlr:结构体指针,核心层GPIO控制器
local:uint16_t类型,GPIO端口标识号
val:uint16_t类型,电平传入值
HDF_STATUS相关状态GPIO引脚写入电平值
readcntlr:结构体指针,核心层GPIO控制器
local:uint16_t类型,GPIO端口标识号
val:uint16_t类型指针,用于传出电平值。HDF_STATUS相关状态GPIO引脚读取电平值
setDircntlr:结构体指针,核心层GPIO控制器
local:uint16_t类型,GPIO端口标识号
dir:uint16_t类型,管脚方向传入值
HDF_STATUS相关状态设置GPIO引脚输入/输出方向
getDircntlr:结构体指针,核心层GPIO控制器
local:uint16_t类型,GPIO端口标识号
dir:uint16_t类型指针,用于传出管脚方向值HDF_STATUS相关状态读GPIO引脚输入/输出方向
setIrqcntlr:结构体指针,核心层GPIO控制器
local:uint16_t类型,GPIO端口标识号
mode:uint16_t类型,表示触发模式(边沿或电平)
HDF_STATUS相关状态将GPIO引脚设置为中断模式
unsetIrqcntlr:结构体指针,核心层GPIO控制器
local:uint16_t类型,GPIO端口标识号
HDF_STATUS相关状态取消GPIO中断设置
enableIrqcntlr:结构体指针,核心层GPIO控制器
local:uint16_t类型,GPIO端口标识号
HDF_STATUS相关状态使能GPIO管脚中断
disableIrqcntlr:结构体指针,核心层GPIO控制器
local:uint16_t类型,GPIO端口标识号
HDF_STATUS相关状态禁止GPIO管脚中断

开发步骤

GPIO模块适配包含以下四个步骤:

  • 实例化驱动入口

  • 配置属性文件

  • 实例化GPIO控制器对象

  • 驱动调试

开发实例

下方将基于Hi3516DV300开发板以//device/soc/hisilicon/common/platform/gpio/gpio_hi35xx.c驱动为示例,展示需要驱动适配者提供哪些内容来完整实现设备功能。

  1. 实例化驱动入口

    驱动入口必须为HdfDriverEntry(在hdf_device_desc.h中定义)类型的全局变量,且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总,形成一个类似数组的段地址空间,方便上层调用。

    一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数,再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时,HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

    GPIO驱动入口开发参考:

    struct HdfDriverEntry g_gpioDriverEntry = {.moduleVersion = 1,.Bind = Pl061GpioBind,                // GPIO不需要实现Bind,本例是一个空实现,驱动适配者可根据自身需要添加相关操作.Init = Pl061GpioInit,                // 挂接Gpio模块Init实例化.Release = Pl061GpioRelease,          // 挂接Gpio模块Release实例化.moduleName = "hisi_pl061_driver",    // 【必要且需要与HCS文件中里面的moduleName匹配】
    };
    HDF_INIT(g_gpioDriverEntry);              // 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
  2. 配置属性文件

    完成驱动入口注册之后,下一步请在device_info.hcs文件中添加deviceNode信息,deviceNode信息与驱动入口注册相关。本例以一个GPIO控制器为例,如有多个器件信息,则需要在device_info.hcs文件增加deviceNode信息,以及在gpio_config.hcs文件中增加对应的器件属性。器件属性值与核心层GpioCntlr成员的默认值或限制范围有密切关系,需要在gpio_config.hcs中配置器件属性。

    统一服务模式的特点是device_info.hcs文件中第一个设备节点必须为GPIO管理器,其各项参数如表2所示:

    表 2 device_info.hcs节点参数说明

    成员名
    policy驱动服务发布的策略,GPIO管理器具体配置为2,表示驱动对内核态和用户态都发布服务
    priority驱动启动优先级(0-200),值越大优先级越低。GPIO管理器具体配置为10
    permission驱动创建设备节点权限,GPIO管理器具体配置为0664
    moduleName驱动名称,GPIO管理器固定为HDF_PLATFORM_GPIO_MANAGER
    serviceName驱动对外发布服务的名称,GPIO管理器服务名设置为HDF_PLATFORM_GPIO_MANAGER
    deviceMatchAttr驱动私有数据匹配的关键字,GPIO管理器没有使用,可忽略
    • device_info.hcs 配置参考:

      在//vendor/hisilicon/hispark_taurus/hdf_config/device_info/device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。

      root {device_info {platform :: host {hostName = "platform_host";priority = 50;device_gpio :: device {device0 :: deviceNode {policy = 2;priority = 10;permission = 0644;moduleName = "HDF_PLATFORM_GPIO_MANAGER";serviceName = "HDF_PLATFORM_GPIO_MANAGER";}device1 :: deviceNode {policy = 0;                                    // 等于0,不需要发布服务priority = 10;                                 // 驱动启动优先级permission = 0644;                             // 驱动创建设备节点权限moduleName = "hisi_pl061_driver";              // 【必要】用于指定驱动名称,需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致deviceMatchAttr = "hisilicon_hi35xx_pl061";    // 【必要】用于配置控制器私有数据,要与gpio_config.hcs中对应控制器保持一致,其他控制器信息也在文件中}}}}
      }
    • gpio_config.hcs配置参考:

      此处以Hi3516DV300为例,给出HCS配置参考。其中部分字段为Hi3516DV300特有功能,驱动适配者可根据需要进行删除或添加字段。

      root {platform {gpio_config {controller_0x120d0000 {match_attr = "hisilicon_hi35xx_pl061";    // 【必要】必须和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致groupNum = 12;                            // 【必要】GPIO组索引,需要根据设备情况填写bitNum = 8;                               // 【必要】每组GPIO管脚数regBase = 0x120d0000;                     // 【必要】物理基地址regStep = 0x1000;                         // 【必要】寄存器偏移步进irqStart = 48;                            // 【必要】开启中断irqShare = 0;                             // 【必要】共享中断}template gpio_info {                          // gpio_info模板gpioCustomName = "";                      // gpio管脚默认名称}GPIO0 :: gpio_info {                          gpioCustomName = "GPIO0_0";}......}}
      }

      需要注意的是,新增gpio_config.hcs配置文件后,必须在产品对应的hdf.hcs文件中将其包含如下语句所示,否则配置文件无法生效。

      #include "../../../../device/soc/hisilicon/hi3516dv300/sdk_liteos/hdf_config/gpio/gpio_config.hcs" // 配置文件相对路径

      本例基于Hi3516DV300开发板的小型系统LiteOS内核运行,对应的hdf.hcs文件路径为vendor/hisilicon/hispark_taurus/hdf_config/hdf.hcs以及//device/hisilicon/hispark_taurus/sdk_liteos/hdf_config/hdf.hcs。驱动适配者需根据实际情况选择对应路径下的文件进行修改。

  3. 实例化GPIO控制器对象

    完成驱动入口注册之后,下一步就是以核心层GpioCntlr对象的初始化为核心,包括驱动适配者自定义结构体(传递参数和数据),实例化GpioCntlr成员GpioMethod(让用户可以通过接口来调用驱动底层函数),实现HdfDriverEntry成员函数(Bind,Init,Release)。

    • 驱动适配者自定义结构体参考。

      从驱动的角度看,自定义结构体是参数和数据的载体,而且gpio_config.hcs文件中的数值会被HDF读入并通过DeviceResourceIface来初始化结构体成员,其中一些重要数值也会传递给核心层GpioCntlr对象,例如索引、管脚数等。

      //GPIO分组信息定义
      struct Pl061GpioGroup {struct GpioCntlr cntlr;             // 【必要】是核心层控制对象,其成员定义见下面。volatile unsigned char *regBase;    // 【必要】寄存器基地址。unsigned int index;unsigned int irq;OsalIRQHandle irqFunc;OsalSpinlock lock;uint32_t irqSave;bool irqShare;struct PlatformDumper *dumper;char *dumperName;
      };struct Pl061GpioData {volatile unsigned char *regBase;    // 【必要】寄存器基地址。uint32_t phyBase;                   // 【必要】物理基址。uint32_t regStep;                   // 【必要】寄存器偏移步进。uint32_t irqStart;                  // 【必要】中断开启。uint16_t groupNum;                  // 【必要】用于描述厂商的GPIO端口号的参数。uint16_t bitNum;                    // 【必要】用于描述厂商的GPIO端口号的参数。uint8_t irqShare;                   // 【必要】共享中断。struct Pl061GpioGroup *groups;      // 【可选】根据厂商需要设置。struct GpioInfo *gpioInfo;void *priv;
      };struct GpioInfo {struct GpioCntlr *cntlr;char name[GPIO_NAME_LEN];OsalSpinlock spin;uint32_t irqSave;struct GpioIrqRecord *irqRecord;
      };
      // GpioCntlr是核心层控制器结构体,其中的成员在Init函数中会被赋值。
      struct GpioCntlr {struct PlatformDevice device;struct GpioMethod *ops;uint16_t start;uint16_t count;struct GpioInfo *ginfos;bool isAutoAlloced;void *priv;
      };
    • GpioCntlr成员钩子函数结构体GpioMethod的实例化。

      //GpioMethod结构体成员都是钩子函数,驱动适配者需要根据表1完成相应的函数功能。
      static struct GpioMethod g_method = {.request = NULL,.release = NULL,.write = Pl061GpioWrite,              // 写管脚.read = Pl061GpioRead,                // 读管脚.setDir = Pl061GpioSetDir,            // 设置管脚方向.getDir = Pl061GpioGetDir,            // 获取管脚方向.toIrq = NULL,                        .setIrq = Pl061GpioSetIrq,            // 设置管脚中断,如不具备此能力可忽略.unsetIrq = Pl061GpioUnsetIrq,        // 取消管脚中断设置,如不具备此能力可忽略.enableIrq = Pl061GpioEnableIrq,      // 使能管脚中断,如不具备此能力可忽略.disableIrq = Pl061GpioDisableIrq,    // 禁止管脚中断,如不具备此能力可忽略
      };
    • Init函数开发参考

      入参:

      HdfDeviceObject:HDF框架给每一个驱动创建的设备对象,用来保存设备相关的私有数据和服务接口。

      返回值:

      HDF_STATUS相关状态(表3为部分展示,如需使用其他状态,可参考//drivers/hdf_core/interfaces/inner_api/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS定义)。

      表 3 HDF_STATUS相关状态说明

      状态(值)问题描述
      HDF_ERR_INVALID_OBJECT控制器对象非法
      HDF_ERR_MALLOC_FAIL内存分配失败
      HDF_ERR_INVALID_PARAM参数非法
      HDF_ERR_IOI/O 错误
      HDF_SUCCESS初始化成功
      HDF_FAILURE初始化失败

      函数说明:

      初始化自定义结构体对象,初始化GpioCntlr成员,调用核心层GpioCntlrAdd函数,接入VFS(可选)。

      static struct Pl061GpioData g_pl061 = {.groups = NULL,.groupNum = PL061_GROUP_MAX,.bitNum = PL061_BIT_MAX,
      };static int32_t Pl061GpioInitGroups(struct Pl061GpioData *pl061)
      {int32_t ret;uint16_t i;struct Pl061GpioGroup *groups = NULL;if (pl061 == NULL) {return HDF_ERR_INVALID_PARAM;}groups = (struct Pl061GpioGroup *)OsalMemCalloc(sizeof(*groups) * pl061->groupNum);if (groups == NULL) {return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;}pl061->groups = groups;for (i = 0; i < pl061->groupNum; i++) {// 相关信息初始化groups[i].index = i;groups[i].regBase = pl061->regBase + i * pl061->regStep;groups[i].irq = pl061->irqStart + i;groups[i].irqShare = pl061->irqShare;groups[i].cntlr.start = i * pl061->bitNum;groups[i].cntlr.count = pl061->bitNum;groups[i].cntlr.ops = &g_method;groups[i].cntlr.ginfos = &pl061->gpioInfo[i * pl061->bitNum];if ((ret = OsalSpinInit(&groups[i].lock)) != HDF_SUCCESS) {goto ERR_EXIT;}ret =  GpioCntlrAdd(&groups[i].cntlr); // 向HDF core中添加相关信息if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("%s: err add controller(%hu:%hu):%d", __func__,groups[i].cntlr.start, groups[i].cntlr.count, ret);(void)OsalSpinDestroy(&groups[i].lock);goto ERR_EXIT;}ret = GpioDumperCreate(&pl061->groups[i]);if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("%s: create dumper failed:%d", __func__, ret);return ret;}}return HDF_SUCCESS;ERR_EXIT:while (i-- > 0) {GpioCntlrRemove(&groups[i].cntlr);(void)OsalSpinDestroy(&groups[i].lock);}pl061->groups = NULL;OsalMemFree(groups);return ret;
      }static int32_t Pl061GpioInit(struct HdfDeviceObject *device)
      {int32_t ret;struct Pl061GpioData *pl061 = &g_pl061;if (device == NULL || device->property == NULL) {HDF_LOGE("%s: device or property null!", __func__);return HDF_ERR_INVALID_OBJECT;}pl061->gpioInfo = OsalMemCalloc(sizeof(struct GpioInfo) * GPIO_MAX_INFO_NUM);if (pl061->gpioInfo == NULL) {HDF_LOGE("%s: failed to calloc gpioInfo!", __func__);return HDF_ERR_MALLOC_FAIL;}ret = Pl061GpioReadDrs(pl061, device->property);                                 // 利用从gpio_config.HCS文件读取的属性值来初始化自定义结构体对象成员if (ret != HDF_SUCCESS) {                                                        HDF_LOGE("%s: failed to read drs:%d", __func__, ret);                        return ret;                                                                  }                                                                                if (pl061->groupNum > PL061_GROUP_MAX || pl061->groupNum <= 0 ||                 pl061->bitNum > PL061_BIT_MAX || pl061->bitNum <= 0) {                       HDF_LOGE("%s: err groupNum:%hu, bitNum:%hu", __func__, pl061->groupNum, pl0  61->bitNum);return HDF_ERR_INVALID_PARAM;                                                }                                                                                pl061->regBase = OsalIoRemap(pl061->phyBase, pl061->groupNum * pl061->regStep);  // 地址映射if (pl061->regBase == NULL) {HDF_LOGE("%s: err remap phy:0x%x", __func__, pl061->phyBase);return HDF_ERR_IO;}ret = Pl061GpioInitGroups(pl061);                                                // group信息初始化,并添加到HDF核心层if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("%s: err init groups:%d", __func__, ret);OsalIoUnmap((void *)pl061->regBase);pl061->regBase = NULL;return ret;}pl061->priv = (void *)device->property;device->priv = (void *)pl061;Pl061GpioDebug(pl061);#ifdef PL061_GPIO_USER_SUPPORTif (GpioAddVfs(pl061->bitNum) != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("%s: add vfs fail!", __func__);}
      #endifHDF_LOGI("%s: dev service:%s init success!", __func__, HdfDeviceGetServiceName(device));return HDF_SUCCESS;
      }
    • Release函数开发参考

      入参:

      HdfDeviceObject:HDF框架给每一个驱动创建的设备对象,用来保存设备相关的私有数据和服务接口。

      返回值:

      无。

      函数说明:

      释放内存和删除控制器,该函数需要在驱动入口结构体中赋值给Release接口,当HDF框架调用Init函数初始化驱动失败时,可以调用Release释放驱动资源。

      说明:
      所有强制转换获取相应对象的操作前提是在Init函数中具备对应赋值的操作。

      static void Pl061GpioUninitGroups(struct Pl061GpioData *pl061)
      {uint16_t i;struct Pl061GpioGroup *group = NULL;for (i = 0; i < pl061->groupNum; i++) {group = &pl061->groups[i];GpioDumperDestroy(&pl061->groups[i]);GpioCntlrRemove(&group->cntlr);        // 从HDF核心层删除}OsalMemFree(pl061->groups);pl061->groups = NULL;
      }static void Pl061GpioRelease(struct HdfDeviceObject *device)
      {struct Pl061GpioData *pl061 = NULL;HDF_LOGI("%s: enter", __func__);if (device == NULL) {HDF_LOGE("%s: device is null!", __func__);return;}#ifdef PL061_GPIO_USER_SUPPORTGpioRemoveVfs();
      #endifpl061 = (struct Pl061GpioData *)device->priv;if (pl061 == NULL) {HDF_LOGE("%s: device priv is null", __func__);return;}Pl061GpioUninitGroups(pl061);OsalMemFree(pl061->gpioInfo);pl061->gpioInfo = NULL;OsalIoUnmap((void *)pl061->regBase);pl061->regBase = NULL;
      }
  4. 驱动调试

    【可选】针对新增驱动程序,建议验证驱动基本功能,例如GPIO控制状态,中断响应情况等。

最后

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总结

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论文中快速插入公式的方法

formula OCR 原地址&#xff1a;https://simpletex.cn/ai/latex_ocr&#xff08;防止超链接失效&#xff09; 找到参考文献中的公式&#xff0c;截图粘贴到网站&#xff0c;点击copy mathML&#xff0c;返回要插入公式的word文档&#xff0c;直接ctrlv&#xff0c;非常快捷和方…

MySQL-7.mysql约束

约束用于确保数据库中的数据满足特定的商业规则。 MySQL约束包含五种&#xff1a;not null、unique、primary key、foreign key、check 7.1 primary key 主键 字段名 字段类型 primary key 用于唯一的标识表的行数据&#xff0c;当定义主键约束后&#xff0c;该列不能重复。 pr…

中药配方颗粒备案信息数据库<2.5W+备案>

中药配方颗粒备案信息是指中药配方颗粒生产企业向国家药品监督管理局申报备案的相关信息。备案信息包括中药配方颗粒的名称、备案号、备案时间、备案状态、生产企业、生产地址、规格、包装、执行标准、保质期、不良反应检测、备案省局等信息。 通过对中药配方颗粒备案信息的查…

Rabbitmq怎么保证消息的可靠性?

一、消费端消息可靠性保证&#xff1a; 消息确认&#xff08;Acknowledgements&#xff09;&#xff1a; 消费者在接收到消息后&#xff0c;默认情况下RabbitMQ会自动确认消息&#xff08;autoAcktrue&#xff09;。为保证消息可靠性&#xff0c;可以设置autoAckfalse&#x…

密码应用方案测评要点及测评过程

&#xff08;1&#xff09;背景 《GBT39786-2021 信息系统密码应用基本要求》中第1-4级密码应用基本要求均包括“应依据相关标准和密码应用需求&#xff0c;制定密码应用方案”。第1-4级密码应用基本要求对于“投入运行前进行密码应用安全性评估”的具体如下。 第一级&#xff…

单例模式(饿汉模型,懒汉模型)

在着里我们先了解什么是单例模式。 就是某个类在进程中只能有单个实例&#xff0c;这里的单例模式需要一定的编程技巧&#xff0c;做出限制&#xff0c;一旦程序写的有问题&#xff0c;创建了多个实例&#xff0c;编程就会报错。 如果我们学会了单例模式&#xff0c;这种模式…

Fabric入门【00】简介

一、Hyperledger Fabric 1.IBM公司开发的联盟链&#xff1a;必须经过授权认证才能加入&#xff08;优点&#xff1a;避免了PoW资源开销、提高交易处理速率。缺点&#xff1a;去中心化程度减低&#xff09; 二、主要组成部分 1.Ledger&#xff1a; &#xff08;1&#xff09;…

微机原理——绪论

本篇文章是我在观看网课时记录的笔记。如有错误欢迎批评指正。 微机原理————绪论 我们在使用计算机时&#xff0c;最重要最核心的就是计算机的CPU(中央处理器)&#xff0c;决定了计算机的计算速度&#xff0c;但是CPU无法直接读取外界的温度、湿度、压力之类的物理量&…

前端html+css+js常用总结快速入门

&#x1f525;博客主页&#xff1a; A_SHOWY&#x1f3a5;系列专栏&#xff1a;力扣刷题总结录 数据结构 云计算 数字图像处理 力扣每日一题_ 学习前端全套所有技术性价比低下且容易忘记&#xff0c;先入门学会所有基础的语法&#xff08;cssjsheml&#xff09;&#xff…

用代码验证,esm 导出的是值的引用,commonjs导出的是值的拷贝

首先需要学习一下 esm 和 commonjs 的区别&#xff0c;其中一条关于导出值我们可以手动验证一下&#xff0c;先记住结论 esm 导出的是值的引用commonjs导出的是值的拷贝 没错我又遇到这个问题了&#xff0c;面试官先问我 commonjs 和 esm 有啥区别&#xff1f; 然后问如果 com…