Linux驱动开发-14、串行设备驱动模型

串行设备驱动模型

1、TTY概念解析

a) 串口终端（/dev/ttyS*）

串口终端是使用计算机串口连接的终端设备；Linux以字符设备来处理这种串行端口；这些端口所对应的设备名称是/dev/ttySAC0-N

 

b) 控制台终端（/dev/console ）

计算机的输出设备通常被称为控制台终端，特指printk信息输出到的设备；/dev/console是一个虚拟设备；它需要映射到真正的tty上，这可以在内核启动参数中配置

 

c) 虚拟终端（/dev/tty*）

用户登录时，使用的是虚拟终端 ，tty0是当前使用虚拟终端的别名

 

2、TTY子系统架构

a) tty 核心：为tty驱动提供接口，隔离上层应用与底层硬件

b) tty线路规程:加工与tty驱动交互的数据（数据的格式化等），勾勒串行层的行为，有助于复用底层的代码来支持不同的技术

i. N_TTY -----> /dev/ttySX    （终端）

ii. N_IRDA----> /dev/ircommX （红外）

iii. N_PPP -----> ppp0

 

c) tty驱动：关注uart或者其他底层串行硬件特征的驱动程序

d) 串行子系统有提供一些内核API

e) 架构图

 

 

 

3、回溯函数：dump_stack(); 使用方法：将该函数加入到要回溯的函数中去，之后内核启动会自动串口打印回溯信息

 

4、串口驱动重要数据结构：

struct uart_driver：一个结构表示一个驱动；驱动能支持多个串口

struct uart_port：一个结构表示一个实在的串口：如串口0，串口1

struct uart_ops：串口操作集合，TTY最终调用的读写功能都在里面定义关联函数

 

 

5、串口驱动为了将自身和内核联系起来，必须完成两个步骤：

a) 通过调用：uart_register_driver(struct uart_driver *);向串行核心注册

b) 通过调用：uart_add_one_port(struct uart_driver*,struct uart_port *)，注册其支持的每个端口

 

传统的UART使用TTY驱动程序为

/driver/serial/serial_core.c

USB-串行端口转换器的TTY驱动程序在目录：

 driver/usb/serial/usb-serial.c

TTY架构驱动追踪分析

1、分析思路

a) TTY属于字符设备

b) TTY为分层架构

 

2、初始化设备

a) 串口在CPU启动时引导向内核注册为平台设备

b) 设备驱动初始化在prob函数进行

c) 初始化需要完成以下内容：

i. 获取端口（一个端口就为一个串口）

ii. 初始化端口

iii. 添加端口

iv. 向内核申请私有空间

v. 创建属性设备文件

vi. 提供调频支持

 

 

 

 

 

3、打开设备：上层调用到底层的历程：

a) 思路：用户打开open函数；系统需要寻找对应的file_operations

b) file_operations 是由谁注册的？驱动中找找

 

底层驱动-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

c) 查看驱动只有uart_register_driver();

 

TTY核心---------------------------------tty_io.c/h----------------------------------------------------------------

 

d) 进入查看，串口驱动向tty核心注册了tty_driver：tty_register_driver(normal)

e) 查看tty_register_driver():在这里注册了字符设备

i. cdev_init(&driver->cdev, &tty_fops);

ii. cdev_add(&driver->cdev, dev, driver->num);

f) 注册字符设备对应的操作函数集在

i. &tty_fops  --> static const struct file_operations tty_fops

ii.  ---->tty_fops.open

iii.  ----> tty_open(struct inode *inode, struct file *filp)

iv. 在tty_open函数中对struct tty_operations uart_ops进行操作，通过下面语句

v. ----->retval = tty->ops->open(tty, filp); 通过这层调用进入TTY驱动层

 

TTY驱动----------------------------------serial_core.c/h------------------------------------------------------

 

vi. ----> 跟踪 struct tty_operations uart_ops结构体中的 open函数

vii. ----> 进入static int uart_open(struct tty_struct *tty, struct file *filp)

viii. ----> 该函数又调用 uart_startup()函数

ix. ----> 该函数通过retval = uport->ops->startup(uport);进入驱动层

 

底层驱动--------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

x. ---->最终调用到驱动程序中的struct uart_ops中的操作集

xi. ----> int (*startup)(struct uart_port *);

4、总结：用户应用 的 open 通过层层调用到达驱动函数中的 xxx_startup(...);

在xxx_startup函数中需要完成的任务

1、使能串口接收功能：rx_enabled(port) = 1;

2、注册数据接收中断处理程序：request_irq();

3、使能发送功能：tx_enabled(port) = 1;

4、注册发送中断处理函数：request_irq();

5、出错处理

 

 

 

6、写设备

a) 思路：用户打开write函数；系统需要寻找对应的file_operations

b) file_operations 是由谁注册的？驱动中找找

 

TTY核心---------------------------------tty_io.c/h----------------------------------------------------------------

 

c) 进入查看，串口驱动向tty核心注册了tty_driver：tty_register_driver(normal)

d) 查看tty_register_driver():在这里注册了字符设备

i. cdev_init(&driver->cdev, &tty_fops);

ii. cdev_add(&driver->cdev, dev, driver->num);

e) 注册字符设备对应的操作函数集在

i. &tty_fops  --> static const struct file_operations tty_fops

ii.  ---->tty_fops.write函数

iii.  ----> tty_write(struct inode *inode, struct file *filp)

iv. 在该函数中调用了：do_tty_write(ld->ops->write, tty, file, buf, count)

 

TTY线路规程------------------------------tty_ldisc.c/h  n_tty.c--------------------------------------

 

v. 以上传递进来的是ld->ops  ==  struct tty_ldisc_ops *ops;

vi. ops->write 调用到struct tty_ldisc_ops tty_ldisc_N_TTY.write函数

vii. 在n_tty_write函数中对struct tty_operations uart_ops进行操作，通过下面语句

viii. -----> tty->ops->write(tty, b, nr);通过这层调用进入TTY驱动层

 

TTY驱动----------------------------------serial_core.c/h------------------------------------------------------

 

ix. ----> 跟踪 struct tty_operations uart_ops结构体中的 write函数

x. ----> 进入uart_write

xi. ----> 该函数又调用了uart_ops结构中的 uart_startup()函数

xii. ---->接着再调用void __uart_start(struct tty_struct *tty)

xiii. ----> 之后再进过指针传递调用驱动程序

 

底层驱动--------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

xiv. ---->最终调用到驱动程序中的struct uart_ops中的操作集

xv. ---->  void (*start_tx)(struct uart_port *);

在发送函数中需要做的就是

1、使能发送中断

2、具体发送在中断函数中进行

a) 判断x_char 是否为0，不为0则发送x_char (x_char用来通知数据缓存是否忙碌)

b) 判断发送换从是否为空:uart_circ_empty();或者是驱动设置为停止发送状态:uart_tx_stoped()，则取消发送

c) 循环发送直到循环缓冲为空

i. 发送FIFO满，退出发送

ii. 将要发送的数据写入发送寄存器

iii. 修改循环缓冲位置

d) 如果发送缓冲有空闲空间，则唤醒发送进程： uart_wake_up();

e) 如果发送缓冲为空，则关闭发送使能：uart_tx_stoped();

 

 

7、设备读

a) 同理从用户层到驱动，最终调用到驱动的

i. 其中要注意的是线路规程中的n_tty_read函数，不直接操作底层驱动的串口缓存，需要通过tty->read_buf[tty->read_tail]; 其中的数据是串口驱动通过发送函数（tty_push将数据推送到该buf中）

b) 驱动中的发送函数处理流程

蓝色底为内核提供的函数

while(max_count-- > 0) /*这个用来平衡系统的性能*/

{

i. 读取UPFCON寄存器rd_regl();

ii. 读取UFSTAT寄存器  rd_regl();

iii. 通过以上读取的数据判断FIFO缓存是否为空，空则退出循环

iv. 读取UERSTAT寄存器

v. 读取URXH，从该寄存器中取出字符

vi. 流控处理

vii. 根据UFSTAT记录错误类型

viii. 如果收到的是sysrq字符，进行特出处理，调用内核函数：

1. uart_handle_sysrq_char(port, ch)

ix. 把接收到的字符送到串口驱动的uart_insert_char();

}

最后一步：将串口缓存中的数据推送到tty->read_buf中tty_flip_buffer_push();

 

 

 

流控：Linux使用的是自动硬件流控 或者是 软件流控-->使用x_char来通讯标识

最后

以上就是轻松日记本为你收集整理的Linux驱动开发-14、串行设备驱动模型的全部内容，希望文章能够帮你解决Linux驱动开发-14、串行设备驱动模型所遇到的程序开发问题。

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