1、LINUX下TTY、CONSOLE、串口之間是怎樣的層次關系？具體的函數接口是怎樣的？串口是如何被調用的？

2、printk函數是把信息發送到控制臺上吧？如何讓PRINTK把信息通過串口送出？或者說系統在什么地方來決定是將信息送到顯示器還是串口？


3、start_kernel中一開始就用到了printk函數（好象是printk(linux_banner什么的），在 這個時候整個內核還沒跑起來呢 那這時候的printk是如何被調用的？在我們的系統中，系統啟動是用的現代公司的BOOTLOADER程序，后來好象跳到了LINUX下的head-armv.s， 然后跳到start_kernel，在bootloader 里串口已經是可用的了，那么在進入內核后是不是要重新設置？


以上問題可能問的比較亂，因為我自己腦子里也比較亂，主要還是對tty,console,serial之間的關系，特別是串口是如何被調用的沒搞清這方面的資料又比較少（就情景分析中講了一點），希望高手能指點一二，非常謝！ 我最近也在搞這方面的東西，也是寫一個串口設備的驅動
搞了將近一個月了，其中上網找資料，看源代碼，什么都做了
但還是一蹋糊涂的，有些問題還是不明白，希望一起討論討論

在/proc/device（沒記錯應該是這個文件）
里面有一個叫serial的驅動，其主設備號是4，次設備號是64-12X（沒記錯應該是這個范圍）
大家都知道，串口的次設備號是從64開始的，串口1 /dev/ttyS0就對應次設備號64，串口2就對應65
問題是現在我機上只有兩個串口，它注冊這么多次設備號來干什么？

對于一個接在串口1的設備，在我注冊驅動的時候
我是需要自己找一個主設備號呢？
還是就用主設備號4，次設備號從上面12X的后面選？
還是就用主設備號4，次設備號64？

在linux的內核中有一個tty層，我看好像有些串口驅動是從這里開始的
例如調用tty_register_driver()來注冊驅動
就像在pci子系統里調用pci_register_driver()那樣的
那么，用這種機制來注冊的驅動，
它是直接對串口的端口操作呢（例如用inb(),outb()....之類的）
還是某些更底層的驅動接口呢？

這些問題纏了我很久都沒解決，搞得最后不得不放棄
現在轉向用戶空間的應用程序，看能不能有些更高效的方法來實現
（在用戶空間只能用open("/dev/ttyS0", O_RDWR)來實現了） 另外還有，系統里已經為我們實現了串口的驅動
所以我們在用戶空間的程序里直接open("/dev/ttyS0")就可用了
但是現在要寫的是接在串口上的設備的驅動
在內核模塊中可不可以包含某個頭文件，然后就可以直接用串口驅動中的接口呢？ 看到你們的問題后，感覺很有典型性，因此花了點工夫看了一下，做了一些心得貼在這里，歡迎討論并指正：
1、LINUX下TTY、CONSOLE、串口之間是怎樣的層次關系？具體的函數接口是怎樣的？串口是如何被調用的？
tty和console這些概念主要是一些虛設備的概念，而串口更多的是指一個真正的設備驅動Tty實際是一類終端I/O設備的抽象，它實際上更多的是一個管理的概念，它和tty_ldisc（行規程）和tty_driver（真實設備驅動）組合在一起，目的是向上層的VFS提供一個統一的接口t 通過file_operations結構中的tty_ioctl可以對其進行配置。查tty_driver，你將得到n個結果，實際都是相關芯片的驅動因此，可以得到的結論是（實際情況比這復雜得多）：每個描述tty設備的tty_struct在初始化時必然掛如了某個具體芯片的字符設備驅動（不一定是字符設備驅動），可以是很多，包括顯卡或串口chip不知道你的ARM Soc是那一款，不過看情況你們應該用的是常見的chip，這些驅動實際上都有而console是一個緩沖的概念，它的目的有一點類似于tty實際上console不僅和tty連在一起，還和framebuffer連在一起，具體的原因看下面的鍵盤的中斷處理過程Tty的一個子集需要使用console(典型的如主設備號4，次設備號1―64)，但是要注意的是沒有console的tty是存在的
而串口則指的是tty_driver舉個典型的例子：
分析一下鍵盤的中斷處理過程：
keyboard_interrupt―>handle_kbd_event―>handle_keyboard_event―>handle_scancode
void handle_scancode(unsigned char scancode, int down)
{
……..
tty = ttytab? ttytab[fg_console]: NULL;
if (tty && (!tty->driver_data)) {
……………
tty = NULL;
}
………….
schedule_console_callback();
}
這段代碼中的兩個地方很值得注意，也就是除了獲得tty外（通過全局量tty記錄），還進行了console 回顯schedule_console_callbackTty和console的關系在此已經很明了！！！

2、printk函數是把信息發送到控制臺上吧？如何讓PRINTK把信息通過串口送出？或者說系統在什么地方來決定是將信息送到顯示器還是串口？
具體看一下printk函數的實現就知道了，printk不一定是將信息往控制臺上輸出，設置kernel的啟動參數可能可以打到將信息送到顯示器的效果。函數前有一段英文，很有意思：
/*This is printk. It can be called from any context. We want it to work.
*
* We try to grab the console_sem. If we succeed, it's easy - we log the output and
* call the console drivers. If we fail to get the semaphore we place the output
* into the log buffer and return. The current holder of the console_sem will
* notice the new output in release_console_sem() and will send it to the
* consoles before releasing the semaphore.
*
* One effect of this deferred printing is that code which calls printk() and
* then changes console_loglevel may break. This is because console_loglevel
* is inspected when the actual printing occurs.
*/
這段英文的要點：要想對console進行操作，必須先要獲得console_sem信號量如果獲得console_sem信號量，則可以“log the output and call the console drivers”，反之，則“place the output into the log buffer and return”，實際上，在代碼：
asmlinkage int printk(const char *fmt, ...)
{
va_list args;
unsigned long flags;
int printed_len;
char *p;
static char printk_buf[1024];
static int log_level_unknown = 1;
if (oops_in_progress) { /*如果為1情況下，必然是系統發生crush*/
/* If a crash is occurring, make sure we can't deadlock */
spin_lock_init(&logbuf_lock);
/* And make sure that we print immediately */
init_MUTEX(&console_sem);
}
/* This stops the holder of console_sem just where we want him */
spin_lock_irqsave(&logbuf_lock, flags);
/* Emit the output into the temporary buffer */
va_start(args, fmt);
printed_len = vsnprintf(printk_buf, sizeof(printk_buf), fmt, args);/*對傳入的buffer進行處理，注意還不是
真正的對終端寫，只是對傳入的string進行格式解析*/
va_end(args);
/*Copy the output into log_buf. If the caller didn't provide appropriate log level tags, we insert them here*/
/*注釋很清楚*/
for (p = printk_buf; *p; p++) {
if (log_level_unknown) {
if (p[0] != '<' || p[1] < '0' || p[1] > '7' || p[2] != '>') {
emit_log_char('<');
emit_log_char(default_message_loglevel + '0');
emit_log_char('>');
}
log_level_unknown = 0;
}
emit_log_char(*p);
if (*p == '\n')
log_level_unknown = 1;
}
if (!arch_consoles_callable()) {
/*On some architectures, the consoles are not usable on secondary CPUs early in the boot process.*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
goto out;
}
if (!down_trylock(&console_sem)) {
/*We own the drivers. We can drop the spinlock and let release_console_sem() print the text*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
console_may_schedule = 0;
release_console_sem();
} else {
/*Someone else owns the drivers. We drop the spinlock, which allows the semaphore holder to
proceed and to call the console drivers with the output which we just produced.*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
}
out:
return printed_len;
}
實際上printk是將format后的string放到了一個buffer中，在適當的時候再加以show,這也回答了在start_kernel中一開始就用到了printk函數的原因

3、start_kernel中一開始就用到了printk函數（好象是printk(linux_banner什么的)，在這個時候整個內核還沒跑起來呢。 那這時候的printk是如何被調用的？在我們的系統中，系統啟動是用的現代公司的BOOTLOADER程序，后來好象跳到了LINUX下的head-armv.s， 然后跳到start_kernel，在bootloader 里串口已經是可用的了，那么在進入內核后是不是要重新設置？
Bootloader一般會做一些基本的初始化，將kernel拷貝物理空間，然后再跳到kernel去執行。 可以肯定的是kernel肯定要對串口進行重新設置，原因是Bootloader有很多種，有些不一定對串口進行設置，內核不能依賴于bootloader而存在。
? 多謝樓上大俠，分析的很精辟。我正在看printk函數。

我們用的CPU是hynix的hms7202。在評估板上是用串口0作
控制臺，所有啟動過程中的信息都是通過該串口送出的。
在bootloader中定義了函數ser_printf通過串口進行交互。

但我還是沒想明白在跳轉到linux內核而console和串口尚未
初始化時printk是如何能夠工作的？我看了start_kernel
的過程（并通過超級終端作了一些跟蹤），console的初始化
是在console_init函數里，而串口的初始化實際上是在1號
進程里（init->do_basic_setup->do_initcalls->rs_init)，
那么在串口沒有初始化以前prink是如何工作的？特別的，在
start_kernel一開始就有printk(linux_banner)，而這時候
串口和console都尚未初始化呢。 ? 1.在start_kernel一開始就有printk(linux_banner)，而這時候串口和console都尚未初始化?
仔細分析printk可以對該問題進行解答代碼中的：
/* Emit the output into the temporary buffer */
va_start(args, fmt);
printed_len = vsnprintf(printk_buf, sizeof(printk_buf), fmt, args);
va_end(args);
將輸入放到了printk_buf中，接下來的
for (p = printk_buf; *p; p++) {
if (log_level_unknown) {
if (p[0] != '<' || p[1] < '0' || p[1] > '7' || p[2] != '>') {
emit_log_char('<');
emit_log_char(default_message_loglevel + '0');
emit_log_char('>');
}
log_level_unknown = 0;
}
emit_log_char(*p);
if (*p == '\n')
log_level_unknown = 1;
}
則將printk_buf中的內容進行解析并放到全局的log_buf（在emit_log_char函數）中if (!down_trylock(&console_sem)) {
/*
* We own the drivers. We can drop the spinlock and let
* release_console_sem() print the text
*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
console_may_schedule = 0;
release_console_sem();
} else {
/*
* Someone else owns the drivers. We drop the spinlock, which
* allows the semaphore holder to proceed and to call the
* console drivers with the output which we just produced.
*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
}
則是根據down_trylock(&console_sem)的結果調用release_console_sem()，在release_console_sem()中才真正的對全局的log_buf中的內容相應的console設備驅動進行處理。至此，可以得到如下的一些結論：
（1）printk的主操作實際上還是針對一個buffer(log_buf),該buffer中的內容是否顯示（或者說向終端輸出），則要看是否可以獲得console_sem（2）printk所在的文件為printk.c，是和體系結構無關的，因此對任何平臺都一樣。 可以推測的結論是：
（1）kernel在初始化時將console_sem標為了locked，因此在start_kernel一開始的printk(linux_banner)中實際只將輸入寫入了緩沖，等在串口和console初始化后，對printk的調用才一次將緩沖中的內容向串口和console輸出。 （2）在串口和console的初始化過程中，必然有對console_sem的up操作。
（3）因此，在embedded的調試中，如果在console的初始化之前系統出了問題，不會有任何的輸出。? 唯一可以使用的只能是led或jtag了。（4）因此，你的問題可以看出解答。2.console的初始化.
不知道你用的是那一個內核版本，在我看的2.4.18和2.4.19中，都是在start_kernel中就對console進行的初始化。從前面的分析來看，console的初始化不應該太晚，否則log_buf有可能溢出。 多謝樓上，分析的很精彩！

我們用的內核版本是2.4.18，console的初始化確實是在
start_kernel->console->init。關于tty和串口，我這里還想再問一下tty設備的操作的總入口
是

static struct file_operations tty_fops = {
llseek: no_llseek,
read: tty_read,
write: tty_write,
poll: tty_poll,
ioctl: tty_ioctl,
open: tty_open,
release: tty_release,
fasync: tty_fasync,
};

而對串口的操作定義在：

static struct tty_driver serial_driver 這個結構中
serial.c中的多數函數都是填充serial_driver中的函數指針
那么在對串口操作時，應該是先調用tty_fops中的操作（比如
tty_open等），然后再分流到具體的串口操作（rs_open等）吧？
但tty_driver（對串口就是serial_driver)中有很多函數指針
并不跟file_operations中的函數指針對應，不知道這些對應
不上的操作是如何被執行的？比如put_char,flush_char,read_proc,
write_proc,start,stop等。 以下是我對這個問題的一些理解：
這實際上還是回到原先的老問題，即tty和tty_driver之間的關系。 從實現上看，tty_driver實際上是tty機制的實現組件之一，借用面向對象設計中的常用例子，這時的tty_driver就象是tty這部汽車的輪胎，tty這部汽車要正常運行，還要tty_ldisc（行規程），termios，甚至struct tq_struct tq_hangup（看tty_struct）等基礎設施。它們之間的關系并非繼承。至于tty_driver中的函數指針，再打個C++中的比喻，它們實際上很象虛函數，也就是說，可以定義它們，但并不一定實現它們、實際上還不用說tty_driver，只要查一下serial_driver都會發現n多個具體的實現，但對各個具體的設備，其tty_driver中的函數不一定全部實現、所以put_char,flush_char,read_proc, write_proc,start,stop這些函數的情況是有可能實現，也有可能不實現 即使被實現，也不一定為上層(VFS層)所用.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LINUX下的tty，console与串口分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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