前言

寫文章的目的是想通過記錄自己的學習過程，以便以后使用到相關的知識點可以回顧和參考。

一、簡介

串口是很常用的一個外設，在 Linux 下通常通過串口和其他設備或傳感器進行通信，根據電平的不同，串口分為 TTL ， RS232和RS485。不管是什么樣的接口電平，其驅動程序都是一樣的，通過外接 RS485 這樣的芯片就可以將串口轉換為 RS485 信號。
同 I2C、SPI 一樣，Linux 也提供了串口驅動框架，我們只需要按照相應的串口框架編寫驅動程序即可。串口驅動沒有什么主機端和設備端之分，就只有一個串口驅動，而且這個驅動也已經由 soc廠家 編寫好在內核中了，我們真正要做的就是在arch/arm/mach-s5p6818/dev-uart.c中通過platform_device結構體描述設備的信息并注冊進內核，如果是使用設備樹來描述設備信息的，就到對應的.dts文件中添加所要使用的串口節點信息，當系統啟動以后串口驅動和設備匹配成功，相應的串口就會被驅動起來，生成/dev/ttySACX(X=0….n)文件。

二、UART 驅動的幾個重要結構體

在編寫 UART t驅動程序中，一共有三個結構體比較重要，分別為：uart_driver, uart_port, uart_ops。

1、uart_driver 結構體

uart_driver 結構體表示 UART 驅動， 它定義在include/linux/serial_core.h文件中，內容如下：

struct uart_driver {struct module *owner;const char *driver_name;const char *dev_name;int major;int minor;int nr;struct console *cons;/** these are private; the low level driver should not* touch these; they should be initialised to NULL*/struct uart_state *state;struct tty_driver *tty_driver; };

每個串口驅動都需要定義一個 uart_driver，加載驅動的時候通過uart_register_driver 函數向系統注冊這個 uart_driver，此函數原型如下：

int uart_register_driver(struct uart_driver *drv)
函數參數和返回值含義如下：
drv：要注冊的 uart_driver。
返回值：0，成功；負值，失敗。

注銷驅動的時候也需要注銷掉前面注冊的 uart_driver，需要用到 uart_unregister_driver 函數，函數原型如下：

void uart_unregister_driver(struct uart_driver *drv)
函數參數和返回值含義如下：
drv：要注銷的 uart_driver。
返回值：無。

2、uart_port 結構體

uart_port 表示一個具體的 port，uart_port 定義在 include/linux/serial_core.h 文件，內容如下（有省略）：

struct uart_port {spinlock_t lock; /* port lock */unsigned long iobase; /* in/out[bwl] */unsigned char __iomem *membase; /* read/write[bwl] */..........const struct uart_ops *ops;unsigned int custom_divisor;unsigned int line; /* port index */resource_size_t mapbase; /* for ioremap */struct device *dev; /* parent device */unsigned char hub6; /* this should be in the 8250 driver */......... };

uart_port 中最主要的就是 ops 成員，它是一個 uart_ops 結構體類型的變量，ops 包含了串口的具體驅動函數，每個 UART 都有一個 uart_port，那么 uart_port 是怎么和 uart_driver 結合起來的呢？這里要用到 uart_add_one_port 函數，函數原型如下：

int uart_add_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport)
函數參數和返回值含義如下：
drv：此 port 對應的 uart_driver。
uport：要添加到 uart_driver 中的 port。
返回值：0，成功；負值，失敗。

卸載 UART 驅動的時候也需要將 uart_port 從相應的 uart_driver 中移除，需要用到uart_remove_one_port 函數，函數原型如下：

int uart_remove_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport)
函數參數和返回值含義如下：
drv：要卸載的 port 所對應的 uart_driver。
uport：要卸載的 uart_port。
返回值：0，成功；負值，失敗。

3、uart_ops 結構體

在上面講解 uart_port 的時候說過，uart_port 中的 ops 成員變量很重要，因為 ops 包含了針對 UART 具體的驅動函數，Linux 系統收發數據最終調用的都是 ops 中的函數。ops 是 uart_ops類型的結構體指針變量，uart_ops 定義在 include/linux/serial_core.h 文件中，內容如下：

struct uart_ops {unsigned int (*tx_empty)(struct uart_port *);void (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int mctrl);unsigned int (*get_mctrl)(struct uart_port *);void (*stop_tx)(struct uart_port *);void (*start_tx)(struct uart_port *);void (*send_xchar)(struct uart_port *, char ch);void (*stop_rx)(struct uart_port *);void (*enable_ms)(struct uart_port *);void (*break_ctl)(struct uart_port *, int ctl);int (*startup)(struct uart_port *);void (*shutdown)(struct uart_port *);void (*flush_buffer)(struct uart_port *);void (*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new,struct ktermios *old);void (*set_ldisc)(struct uart_port *, int new);void (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,unsigned int oldstate);int (*set_wake)(struct uart_port *, unsigned int state);void (*wake_peer)(struct uart_port *);/** Return a string describing the type of the port*/const char *(*type)(struct uart_port *);/** Release IO and memory resources used by the port.* This includes iounmap if necessary.*/void (*release_port)(struct uart_port *);/** Request IO and memory resources used by the port.* This includes iomapping the port if necessary.*/int (*request_port)(struct uart_port *);void (*config_port)(struct uart_port *, int);int (*verify_port)(struct uart_port *, struct serial_struct *);int (*ioctl)(struct uart_port *, unsigned int, unsigned long); #ifdef CONFIG_CONSOLE_POLLvoid (*poll_put_char)(struct uart_port *, unsigned char);int (*poll_get_char)(struct uart_port *); #endif };

UART 驅動編寫人員需要實現 uart_ops，因為 uart_ops 是最底層的 UART 驅動接口，是實實在在的和 UART 寄存器打交道的。
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三、 Linux 下 UART 驅動框架

因為我的板子soc是三星公司的，所以內核中的 UART 驅動在 drivers/tty/serial/nxp-s3c.c 文件中，不同的soc，其UART驅動都不同。
在 nxp-s3c.c 中，大致了解到驅動的框架，框架如下：

/* 操作函數集合 */ static struct uart_ops s3c24xx_serial_ops = {.pm = s3c24xx_serial_pm,.tx_empty = s3c24xx_serial_tx_empty,.get_mctrl = s3c24xx_serial_get_mctrl,.set_mctrl = s3c24xx_serial_set_mctrl,.stop_tx = s3c24xx_serial_stop_tx,.start_tx = s3c24xx_serial_start_tx,.stop_rx = s3c24xx_serial_stop_rx,.enable_ms = s3c24xx_serial_enable_ms,.break_ctl = s3c24xx_serial_break_ctl,.startup = s3c24xx_serial_startup,.shutdown = s3c24xx_serial_shutdown,.set_termios = s3c24xx_serial_set_termios,.type = s3c24xx_serial_type,.release_port = s3c24xx_serial_release_port,.request_port = s3c24xx_serial_request_port,.config_port = s3c24xx_serial_config_port,.verify_port = s3c24xx_serial_verify_port,.wake_peer = s3c24xx_serial_wake_peer,.flush_buffer = pl011_dma_flush_buffer, };/*定義 uart_driver 結構體 */ static struct uart_driver s3c24xx_uart_drv = {.owner = THIS_MODULE,.driver_name = S3C24XX_SERIAL_NAME,.dev_name = S3C24XX_SERIAL_NAME,.nr = UART_NR,.cons = S3C24XX_SERIAL_CONSOLE,.major = S3C24XX_SERIAL_MAJOR,.minor = S3C24XX_SERIAL_MINOR, };/* probe函數 */ static int s3c24xx_serial_probe(struct platform_device *pdev) {/* 定義一個s3c24xx_uart_port 結構體，里面的port成員就是uart_port */struct s3c24xx_uart_port *uport;.........../* 收發數據最終調用的操作函數集合 */uport->port.ops = &s3c24xx_serial_ops; ......./* 把uart_port添加入uart_driver中*/uart_add_one_port(&s3c24xx_uart_drv, &uport->port);return 0;........ }/* remove函數 */ static int __devexit s3c24xx_serial_remove(struct platform_device *dev) {struct uart_port *port = s3c24xx_dev_to_port(&dev->dev);......uart_remove_one_port(&s3c24xx_uart_drv, port);.......return 0; }/* 使用設備樹配對的匹配表 */ static const struct of_device_id s3c24xx_uart_dt_match[] = {{ .compatible = "Nexell,s3c-uart",.data = (void *)EXYNOS4210_SERIAL_DRV_DATA },{}, }; MODULE_DEVICE_TABLE(of, s3c24xx_uart_dt_match);static struct platform_driver samsung_serial_driver = {.probe = s3c24xx_serial_probe, /* 熟悉的probe函數，配對成功就會調用 */.remove = __devexit_p(s3c24xx_serial_remove),.driver = {.name = "nxp-uart", /* 配對用的名字 */.owner = THIS_MODULE,.pm = SERIAL_SAMSUNG_PM_OPS,.of_match_table = s3c24xx_uart_dt_match,/* 使用設備樹配對用的匹配表 */}, };static int __init s3c24xx_serial_modinit(void) {/* 向內核注冊uart_driver */uart_register_driver(&s3c24xx_uart_drv); /* 注冊平臺設備 */return platform_driver_register(&samsung_serial_driver); }static void __exit s3c24xx_serial_modexit(void) {/* 注銷uart_driver */uart_unregister_driver(&s3c24xx_uart_drv); }module_init(s3c24xx_serial_modinit); module_exit(s3c24xx_serial_modexit);

可以看出內核中的 的 UART 驅動本質上是一個 platform 驅動

四、 Linux 下 UART 設備信息描述

UART驅動有了，要想實現串口收發功能，還差串口設備，有設備，有驅動，設備跟驅動配對成功，才是真正實現串口收發功能。那么內核中的串口設備信息描述是放在哪里呢？在上面分析驅動框架時，里面 platform_driver 結構體的 name 字段就起到這個匹配作用的，
.name = "nxp-uart",
它還能幫助我們找到設備信息描述存放的位置，在 ubuntu 終端中進入kernel的根目錄，使用指令 grep -nR “nxp-uart” ，就能找到 uart 設備信息描述在哪個位置了，它在 arch/arm/mach-s5p6818/dev-uart.c 中，內面有如下內容：

#if defined(CONFIG_SERIAL_NXP_UART0) void uport0_weak_alias_init(int hwport) __attribute__((weak, alias("uart_device_init"))); void uport0_weak_alias_exit(int hwport) __attribute__((weak, alias("uart_device_exit"))); void uport0_weak_alias_wake_peer(struct uart_port *uport)__attribute__((weak, alias("uart_device_wake_peer")));/* 存放在 platform_data 中的數據 */ static struct s3c24xx_uart_platdata uart0_data = {.hwport = 0,.init = uport0_weak_alias_init,.exit = uport0_weak_alias_exit,.wake_peer = uport0_weak_alias_wake_peer,.ucon = S5PV210_UCON_DEFAULT,.ufcon = S5PV210_UFCON_DEFAULT,.has_fracval = 1,#if defined(CONFIG_SERIAL_NXP_UART0_DMA).enable_dma = 1,.dma_filter = pl08x_filter_id,.dma_rx_param = (void *) DMA_PERIPHERAL_NAME_UART0_RX,.dma_tx_param = (void *) DMA_PERIPHERAL_NAME_UART0_TX,#else.enable_dma = 0,#endif }; /* UART_RESOURCE是一個宏，用來設置resource資源 */ static UART_RESOURCE(uart0, PHY_BASEADDR_UART0, IRQ_PHY_UART0); /* UART_RESOURCE是一個宏，向內核注冊 platform_device 結構體 */ static UART_PLDEVICE(uart0, "nxp-uart", 0, uart0_resource, &uart0_data); #endif

platform_device 的注冊可以看出，它就是對應前面驅動程序中的 platform_driver，所以 uart 設備和驅動也就是一個 flatform總線上的設備和驅動。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux驱动-内核uart串口驱动分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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