Linux下的串口總線驅(qū)動(dòng)（一）

一．系統(tǒng)理論

PC機(jī)南橋的LPC總線（Low Pin Count并行總線，代替以前的ISA總線）上掛接了一個(gè)超級(jí)I/O模塊，而UART是這個(gè)超級(jí)模塊芯片組的一部分，這個(gè)UART通過RS232線程轉(zhuǎn)換與串行端口相連。與RS232不同，RS485并不是標(biāo)準(zhǔn)的PC接口，但在嵌入式領(lǐng)域，會(huì)為了可靠通信而使用RS485，RS485使用差分信號(hào)，因此其傳輸距離可以達(dá)到數(shù)百米，而RS232傳輸距離僅數(shù)幾米，在處理器一端，RS485接口是半雙工的UART操作。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201611/319918.htm

Linux包含如下幾種終端設(shè)備：串行端口終端（/dev/ttySn）、偽終端（/dev/pty）、控制終端(/dev/tty)、控制臺(tái)終端(/dev/ttyn，/dev/conslole)。串行端口終端使用的設(shè)備名為/dev/ttyS0，/dev/ttyS1等，對(duì)應(yīng)的設(shè)備號(hào)為(4,0)，（4,1）。通過查看/proc/tty/drivers文件可以知道什么類型的tty設(shè)備存在以及什么驅(qū)動(dòng)被加載到內(nèi)核，這個(gè)文件包括一個(gè)當(dāng)前存在的不同tty驅(qū)動(dòng)的列表，包括驅(qū)動(dòng)名，缺省的節(jié)點(diǎn)名，驅(qū)動(dòng)的主編號(hào)，驅(qū)動(dòng)的次編號(hào)范圍，以及tty驅(qū)動(dòng)的類型。

I/O系統(tǒng)調(diào)用是從帶有線路規(guī)程的TTY I/O核心開始，然后通過TTY層，最后到達(dá)UART驅(qū)動(dòng)層。主要涉及串口內(nèi)核配置、UART層內(nèi)核代碼、TTY層內(nèi)核代碼、線路規(guī)程內(nèi)核代碼、串口測(cè)試代碼五個(gè)部分。

二．串口內(nèi)核配置

對(duì)于Mini2440串口驅(qū)動(dòng)，我想從配置開始講起。在內(nèi)核中Kconfig必須完成一層層調(diào)用，如果沒有在上一個(gè)Kconfig中調(diào)用該層Kconfig，那么該層Kconfig中的內(nèi)容不會(huì)在此出現(xiàn)。這種情況下，只有當(dāng)該層的Kconfig被其他層調(diào)用，該層Kconfig中的內(nèi)容才會(huì)被顯示。所以我們找找drivers/serial/Kconfig在哪里被調(diào)用的呢？

在/drivers/char/kconfig中可以看到一行代碼source "drivers/serial/Kconfig"，那我們就到drivers/serial/Kconfig下看看

Samsung SoC serial support對(duì)應(yīng)于samsung.oserial_core.o

config SERIAL_SAMSUNG

tristate "Samsung SoC serial support"

depends on ARM && PLAT_S3C

select SERIAL_CORE

Support for console on Samsung SoC serial port對(duì)應(yīng)于控制臺(tái)驅(qū)動(dòng)

Samsung S3C2440/S3C2442 Serial port support對(duì)應(yīng)于s3c2440.o

在/drivers/char/Makefile中可以看到

obj-y+= mem.o random.o tty_io.o n_tty.o tty_ioctl.o tty_ldisc.o tty_buffer.o tty_port.o

我們知道tty_io.on_tty.o tty_ioctl.otty_ldisc.o tty_buffer.o tty_port.o已編入內(nèi)核

自此，我們知道關(guān)于串口驅(qū)動(dòng)，我們內(nèi)核中被編譯了s3c2440.osamsung.oserial_core.o tty_io.on_tty.o tty_ioctl.otty_ldisc.o tty_buffer.o tty_port.o

我們對(duì)此進(jìn)行分類，屬于UART層的是s3c2440.osamsung.o；屬于TTY層的是serial_core.o；屬于線路規(guī)程的是tty_io.on_tty.o tty_ioctl.otty_ldisc.o tty_buffer.o tty_port.o 。

好了，對(duì)于串口的地圖我們已經(jīng)分析好了，那我們就按照UART層，TTY層，線路規(guī)程一個(gè)個(gè)的逛逛吧。

三．UART層內(nèi)核代碼

我們先看看samsung.o的init代碼吧，這里面完成了uart_driver的注冊(cè)

static int __init s3c24xx_serial_modinit(void)

{

int ret;

ret = uart_register_driver(&s3c24xx_uart_drv);//注冊(cè)u(píng)art_driver

if (ret < 0) {

printk(KERN_ERR "failedto register UART driver\n");

return -1;

}

return 0;

}

static struct uart_driver s3c24xx_uart_drv = {

.owner= THIS_MODULE,

.dev_name= "s3c2410_serial", //設(shè)備名

.nr= CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS,//UART端口個(gè)數(shù)

.cons= S3C24XX_SERIAL_CONSOLE,//指向控制臺(tái)結(jié)構(gòu)

.driver_name= S3C24XX_SERIAL_NAME,//驅(qū)動(dòng)的名字

.major= S3C24XX_SERIAL_MAJOR,//串口主設(shè)備號(hào)

.minor= S3C24XX_SERIAL_MINOR,//串口次設(shè)備號(hào)

};

我們關(guān)注下上面這個(gè)結(jié)構(gòu)體中一個(gè)成員S3C24XX_SERIAL_CONSOLE

#define S3C24XX_SERIAL_CONSOLE &s3c24xx_serial_console

static struct console s3c24xx_serial_console = {

.name= S3C24XX_SERIAL_NAME,

.device= uart_console_device,

.flags= CON_PRINTBUFFER,

.index= -1,

.write= s3c24xx_serial_console_write,

.setup= s3c24xx_serial_console_setup

};

上面是控制臺(tái)的結(jié)構(gòu)體成員。

對(duì)于UART驅(qū)動(dòng)，我們除了需要注冊(cè)u(píng)art_driver外，還需要注冊(cè)端口，我們看看s3c2440.o。

這個(gè)文件里面注冊(cè)了一個(gè)平臺(tái)設(shè)備，其中平臺(tái)設(shè)備的探測(cè)函數(shù)最終調(diào)用了samsung.o中的s3c24xx_serial_probe函數(shù)。

int s3c24xx_serial_probe(struct platform_device *dev,

struct s3c24xx_uart_info *info)

{

struct s3c24xx_uart_port *ourport;

int ret;

dbg("s3c24xx_serial_probe(%p, %p) %d\n", dev, info, probe_index);

ourport = &s3c24xx_serial_ports[probe_index]; //選擇s3c24xx_uart_port

probe_index++; //索引號(hào)自增

dbg("%s: initialising port %p...\n", __func__, ourport);

ret = s3c24xx_serial_init_port(ourport, info, dev);//初始化串口

if (ret < 0)

goto probe_err;

dbg("%s: adding port\n", __func__);

uart_add_one_port(&s3c24xx_uart_drv, &ourport->port); //向內(nèi)核注冊(cè)端口

platform_set_drvdata(dev, &ourport->port); //設(shè)置私有數(shù)據(jù)

ret = device_create_file(&dev->dev, &dev_attr_clock_source); //添加設(shè)備屬性

if (ret < 0)

printk(KERN_ERR "%s: failed to add clksrc attr.\n", __func__);

ret = s3c24xx_serial_cpufreq_register(ourport);//注冊(cè)CPU頻率

if (ret < 0)

dev_err(&dev->dev, "failed to add cpufreq notifier\n");

return 0;

probe_err:

return ret;

}

通過上面的函數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)在UART層，我們調(diào)用了uart_add_one_port函數(shù)完成端口的添加，我們來看看添加了什么端口呢？

static struct s3c24xx_uart_port s3c24xx_serial_ports[CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS] = {

[0] = {

.port = {

.lock= __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[0].port.lock),

.iotype= UPIO_MEM,

.irq= IRQ_S3CUART_RX0,

.uartclk= 0,

.fifosize= 16,

.ops= &s3c24xx_serial_ops,//對(duì)UART操作的函數(shù)

.flags= UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line= 0,

}

},

[1] = {

.port = {

.lock= __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[1].port.lock),

.iotype= UPIO_MEM,

.irq= IRQ_S3CUART_RX1,

.uartclk= 0,

.fifosize= 16,

.ops= &s3c24xx_serial_ops,//對(duì)UART操作的函數(shù)

.flags= UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line= 1,

}

},

#if CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS >2

[2] = {

.port = {

.lock= __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[2].port.lock),

.iotype= UPIO_MEM,

.irq= IRQ_S3CUART_RX2,

.uartclk= 0,

.fifosize= 16,

.ops= &s3c24xx_serial_ops,//對(duì)UART操作的函數(shù)

.flags= UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line= 2,

}

},

#endif

#if CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS >3

[3] = {

.port = {

.lock= __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[3].port.lock),

.iotype= UPIO_MEM,

.irq= IRQ_S3CUART_RX3,

.uartclk= 0,

.fifosize= 16,

.ops= &s3c24xx_serial_ops,//對(duì)UART操作的函數(shù)

.flags= UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line= 3,

}

}

#endif

};

在端口的定義中，我們知道s3c24xx_uart_port中定義了一個(gè)uart_port結(jié)構(gòu)體，繼續(xù)跟蹤對(duì)UART的操作函數(shù)

static struct uart_ops s3c24xx_serial_ops = {

.pm= s3c24xx_serial_pm,

.tx_empty= s3c24xx_serial_tx_empty,//發(fā)送是否忙

.get_mctrl= s3c24xx_serial_get_mctrl,

.set_mctrl= s3c24xx_serial_set_mctrl,

.stop_tx= s3c24xx_serial_stop_tx,

.start_tx= s3c24xx_serial_start_tx,//類似于write

.stop_rx= s3c24xx_serial_stop_rx,

.enable_ms= s3c24xx_serial_enable_ms,

.break_ctl= s3c24xx_serial_break_ctl,

.startup= s3c24xx_serial_startup,//類似于open

.shutdown= s3c24xx_serial_shutdown,//類似于close

.set_termios= s3c24xx_serial_set_termios,//設(shè)置線路規(guī)程

.type= s3c24xx_serial_type,

.release_port= s3c24xx_serial_release_port,//釋放端口資源

.request_port= s3c24xx_serial_request_port,//申請(qǐng)端口資源

.config_port= s3c24xx_serial_config_port,//配置端口

.verify_port= s3c24xx_serial_verify_port,

};

對(duì)于上述uart_ops函數(shù)，我們需要自己去實(shí)現(xiàn)uart層的具體操作。

我們?cè)赨ART層主要涉及uart_driver，uart_port，uart_ops三個(gè)結(jié)構(gòu)體，并調(diào)用tty層的uart_register_driver和uart_add_one_port完成驅(qū)動(dòng)和端口的注冊(cè)，UART層具體操作函數(shù)需要用戶自己設(shè)計(jì)。

好了，總結(jié)下UART驅(qū)動(dòng)層需要完成的任務(wù)：

其一，定義uart_driver、uart_ops、uart_port等結(jié)構(gòu)體的實(shí)例并在適當(dāng)?shù)牡胤礁鶕?jù)具體硬件和驅(qū)動(dòng)的情況初始化它們，當(dāng)然具體設(shè)備XXX的驅(qū)動(dòng)可以將這些結(jié)構(gòu)套在新定義的XXX_uart_driver、XXX_uart_ops、XXX_uart_port之內(nèi)。

其二，在模塊初始化時(shí)調(diào)用uart_register_driver()和uart_add_one_port()以注冊(cè)UART驅(qū)動(dòng)并添加端口，在模塊卸載時(shí)調(diào)用uart_unregister_driver()和uart_remove_one_port()以注銷UART驅(qū)動(dòng)并移除端口。

其三，根據(jù)具體硬件的datasheet實(shí)現(xiàn)uart_ops中的成員函數(shù)，這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)成為UART驅(qū)動(dòng)的主體工作。

關(guān)鍵詞： Linux串口總線驅(qū)