簡介

在Linux系統中，終端是一類字符型設備，它包括多種類型，通常使用tty來簡稱各種類型的終端設備。由于串口也是一種終端，因此這里引入終端這個概念 。
Linux tty子系統包含：tty核心，tty線路規程和tty驅動。tty核心是對整個tty設備的抽象，對用戶提供統一的接口，tty線路規程是對傳輸數據的格式化，tty驅動則是面向tty設備的硬件驅動。它們的關系如下圖：

簡單來分的話可以說成兩層，一層是下層我們的串口驅動層，它直接與硬件相接觸，我們需要填充一個 struct uart_ops 的結構體，另一層是上層 tty 層，包括 tty 核心以及線路規程，它們各自都有一個 ops 結構，用戶空通過間是 tty 注冊的字符設備節點來訪問，這么說來如上圖所示涉及到了4個 ops 結構了，層層跳轉。下面，就來分析分析它們的層次結構。

源碼詳解

從整個串口驅動注冊程序來看，該程序只做了兩件事：
1、注冊uart_driver；
2、注冊platform_driver，也就是uart_add_one_port()；
具體請細看下面的源碼分析：
一、uart_driver的注冊：
在 s3c2440 平臺，它是這樣來注冊串口驅動的，分配一個struct uart_driver 簡單填充，并調用uart_register_driver 注冊到內核中去。

static struct uart_driver s3c24xx_uart_drv = {.owner = THIS_MODULE,.dev_name = "s3c2410_serial",.nr = CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS,.cons = S3C24XX_SERIAL_CONSOLE,.driver_name = S3C24XX_SERIAL_NAME,.major = S3C24XX_SERIAL_MAJOR,.minor = S3C24XX_SERIAL_MINOR, }; static int __init s3c24xx_serial_modinit(void) {int ret;ret = uart_register_driver(&s3c24xx_uart_drv);if (ret < 0) {printk(KERN_ERR "failed to register UART driver\n");return -1;}return 0; }

uart_driver 中，我們只是填充了一些名字、設備號等信息，這些都是不涉及底層硬件訪問的，那是怎么回事呢？來看一下完整的 uart_driver 結構或許就明白了。

struct uart_driver {struct module *owner; /* 擁有該uart_driver的模塊,一般為THIS_MODULE */const char *driver_name; /* 串口驅動名，串口設備文件名以驅動名為基礎 */const char *dev_name; /* 串口設備名 */int major; /* 主設備號 */int minor; /* 次設備號 */int nr; /* 該uart_driver支持的串口個數(最大) */struct console *cons; /* 其對應的console.若該uart_driver支持serial console,否則為NULL *//* 下面這倆，初始化為NULL */struct uart_state *state; /* 下層，串口驅動層 */struct tty_driver *tty_driver; /* tty相關 */ };

在我們上邊填充的結構體中，有兩個成員未被賦值，對于tty_driver 代表的是上層，它會在 register_uart_driver 中的過程中賦值，而uart_state 則代表下層，uart_state 也會在register_uart_driver 的過程中分配空間，但是它里面真正設置硬件相關的東西是 uart_state->uart_port ，這個uart_port 是需要我們從其它地方調用 uart_add_one_port 來添加的。

下面先分析串口驅動層的uart_state：

struct uart_state {struct tty_port port;int pm_state;struct circ_buf xmit;struct tasklet_struct tlet;struct uart_port *uart_port; // 對應于一個串口設備 };

分配空間uart_driver->uart_state[nr]空間，即申請 nr 個 uart_state 空間，用來存放驅動所支持的串口（端口）的物理信息；

struct uart_port {spinlock_t lock; /* port lock */unsigned long iobase; /* io端口基地址（物理） */unsigned char __iomem *membase; /* io內存基地址（虛擬） */unsigned int (*serial_in)(struct uart_port *, int);void (*serial_out)(struct uart_port *, int, int);unsigned int irq; /* 中斷號 */unsigned long irqflags; /* 中斷標志 */unsigned int uartclk; /* 串口時鐘 */unsigned int fifosize; /* 串口緩沖區大小 */unsigned char x_char; /* xon/xoff char */unsigned char regshift; /* 寄存器位移 */unsigned char iotype; /* IO訪問方式 */unsigned char unused1;unsigned int read_status_mask; /* 關心 Rx error status */unsigned int ignore_status_mask; /* 忽略 Rx error status */struct uart_state *state; /* pointer to parent state */struct uart_icount icount; /* 串口信息計數器 */struct console *cons; /* struct console, if any */ #if defined(CONFIG_SERIAL_CORE_CONSOLE) || defined(SUPPORT_SYSRQ)unsigned long sysrq; /* sysrq timeout */ #endifupf_t flags;unsigned int mctrl; /* 當前的Moden 設置 */unsigned int timeout; /* character-based timeout */unsigned int type; /* 端口類型 */const struct uart_ops *ops; /* 串口端口操作函數 */unsigned int custom_divisor;unsigned int line; /* 端口索引 */resource_size_t mapbase; /* io內存物理基地址 */struct device *dev; /* 父設備 */unsigned char hub6; /* this should be in the 8250 driver */unsigned char suspended;unsigned char unused[2];void *private_data; /* generic platform data pointer */ };

這個結構體，是需要我們自己來填充的，比如我們 s3c2440 有3個串口，那么就需要填充3個 uart_port ，并且通過 uart_add_one_port 添加uart_driver->uart_state->uart_port 中去。當然 uart_driver 有多個 uart_state ，每個 uart_state 有一個 uart_port 。在 uart_port 里還有一個非常重要的成員 struct uart_ops *ops ，這個也是需要我們自己來實現的，后面代碼會詳細分析從用戶層到硬件層是如何一步步通過ops進行調用的。

struct uart_ops {unsigned int (*tx_empty)(struct uart_port *); /* 串口的Tx FIFO緩存是否為空 */void (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int mctrl); /* 設置串口modem控制 */unsigned int (*get_mctrl)(struct uart_port *); /* 獲取串口modem控制 */void (*stop_tx)(struct uart_port *); /* 禁止串口發送數據 */void (*start_tx)(struct uart_port *); /* 使能串口發送數據 */ void (*send_xchar)(struct uart_port *, char ch); /* 發送xChar */void (*stop_rx)(struct uart_port *); /* 禁止串口接收數據 */void (*enable_ms)(struct uart_port *); /* 使能modem的狀態信號 */void (*break_ctl)(struct uart_port *, int ctl); /* 設置break信號 */int (*startup)(struct uart_port *); /* 啟動串口,應用程序打開串口設備文件時,該函數會被調用 */void (*shutdown)(struct uart_port *);/* 關閉串口,應用程序關閉串口設備文件時,該函數會被調用 */void (*flush_buffer)(struct uart_port *);void (*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new,struct ktermios *old); /* 設置串口參數 */void (*set_ldisc)(struct uart_port *);/* 設置線路規程 */void (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,unsigned int oldstate); /* 串口電源管理 */int (*set_wake)(struct uart_port *, unsigned int state);/** 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 *); /* 申請必要的IO端口/IO內存資源,必要時還可以重新映射串口端口 */void (*config_port)(struct uart_port *, int); /* 執行串口所需的自動配置 */int (*verify_port)(struct uart_port *, struct serial_struct *); /* 核實新串口的信息 */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 };

2、上層tty_core層
tty 層要從 register_uart_driver 來看起了，因為 tty_driver 是在注冊過程中構建的，我們也就順便了解了注冊過程。

int uart_register_driver(struct uart_driver *drv) {struct tty_driver *normal = NULL;int i, retval;/* 根據driver支持的最大設備數，申請n個 uart_state 空間，每一個 uart_state 都有一個uart_port */drv->state = kzalloc(sizeof(struct uart_state) * drv->nr, GFP_KERNEL);/* tty層：分配一個 tty_driver ，并將drv->tty_driver 指向它 */normal = alloc_tty_driver(drv->nr);drv->tty_driver = normal;/* 對 tty_driver 進行設置 */normal->owner = drv->owner;normal->driver_name = drv->driver_name;normal->name = drv->dev_name;normal->major = drv->major;normal->minor_start = drv->minor;normal->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;normal->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;normal->init_termios = tty_std_termios;normal->init_termios.c_cflag = B9600 | CS8 | CREAD | HUPCL | CLOCAL;normal->init_termios.c_ispeed = normal->init_termios.c_ospeed = 9600;normal->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW | TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV;normal->driver_state = drv;tty_set_operations(normal, &uart_ops);/** Initialise the UART state(s).*/for (i = 0; i < drv->nr; i++) {struct uart_state *state = drv->state + i;struct tty_port *port = &state->port; /* driver->state->tty_port */tty_port_init(port);port->close_delay = 500; /* .5 seconds */port->closing_wait = 30000; /* 30 seconds *//* 初始化 tasklet */tasklet_init(&state->tlet, uart_tasklet_action,(unsigned long)state);}/* tty層：注冊 driver->tty_driver */retval = tty_register_driver(normal);}

uart_register_driver(&s3c24xx_uart_drv)注冊驅動時會有下面幾個操作：
1、分配空間uart_driver->uart_state[nr]空間，即申請 nr 個 uart_state 空間，用來存放驅動所支持的串口（端口）的物理信息；
2、分配tty_driver，將dev_name/major/minor/nr賦值給tty_driver；
3、設置ty_core層的ops為strucy tty_operations uart_ops，設置flags為TTY_DRIVER_REAL_RAM|TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV;
4、初始化tty_port：uart_driver->uart_state[nr]->tty_port，如ttybuffer、flush_to_ldisc、tty_port->ops=&uart_port_ops(struct uart_port_ops uart_port_ops);
5、注冊tty_driver，后面從源碼中可以分析出uart驅動的注冊，實際就是tty_driver的注冊，都是將uart的參數傳給tty_driver，然后注冊字符設備、分配設備文件、將驅動寫進總線管理的tty_driver鏈表中；
注：從代碼可以看到uart_register_drive()函數中最終要調用tty_register_driver()函數來注冊tty驅動，因此與用戶空間打交道的工作完全交給了 tty_driver ，而且這一部分都是內核實現好的，我們不需要修改，了解一下工作原理即可；

static const struct tty_operations uart_ops = {.open = uart_open,.close = uart_close,.write = uart_write,.put_char = uart_put_char, // 單字節寫函數.flush_chars = uart_flush_chars, // 刷新數據到硬件函數.write_room = uart_write_room, // 指示多少緩沖空閑的函數.chars_in_buffer= uart_chars_in_buffer, // 只是多少緩沖滿的函數.flush_buffer = uart_flush_buffer, // 刷新數據到硬件.ioctl = uart_ioctl,.throttle = uart_throttle,.unthrottle = uart_unthrottle,.send_xchar = uart_send_xchar,.set_termios = uart_set_termios, // 當termios設置被改變時又tty核心調用.set_ldisc = uart_set_ldisc, // 設置線路規程函數.stop = uart_stop, .start = uart_start,.hangup = uart_hangup, // 掛起函數，當驅動掛起tty設備時調用.break_ctl = uart_break_ctl, // 線路中斷控制函數.wait_until_sent= uart_wait_until_sent, #ifdef CONFIG_PROC_FS.proc_fops = &uart_proc_fops, #endif.tiocmget = uart_tiocmget, // 獲得當前tty的線路規程的設置.tiocmset = uart_tiocmset, // 設置當前tty線路規程的設置 #ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL.poll_init = uart_poll_init,.poll_get_char = uart_poll_get_char,.poll_put_char = uart_poll_put_char, #endif };

這個是 tty 核心的 ops ，簡單一看，后面分析調用關系時，我們在來看具體的里邊的函數，下面來看 tty_driver 的注冊。

int tty_register_driver(struct tty_driver *driver) {int error;int i;dev_t dev;void **p = NULL;if (!(driver->flags & TTY_DRIVER_DEVPTS_MEM) && driver->num) {p = kzalloc(driver->num * 2 * sizeof(void *), GFP_KERNEL);}/* 如果沒有主設備號則申請 */if (!driver->major) {error = alloc_chrdev_region(&dev, driver->minor_start,driver->num, driver->name);} else {dev = MKDEV(driver->major, driver->minor_start);error = register_chrdev_region(dev, driver->num, driver->name);}if (p) { /* 為線路規程和termios分配空間 */driver->ttys = (struct tty_struct **)p;driver->termios = (struct ktermios **)(p + driver->num);} else {driver->ttys = NULL;driver->termios = NULL;}/* 創建字符設備，使用 tty_fops */cdev_init(&driver->cdev, &tty_fops);driver->cdev.owner = driver->owner;error = cdev_add(&driver->cdev, dev, driver->num);mutex_lock(&tty_mutex);/* 將該 driver->tty_drivers 添加到全局鏈表 tty_drivers */list_add(&driver->tty_drivers, &tty_drivers);mutex_unlock(&tty_mutex);if (!(driver->flags & TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV)) {for (i = 0; i < driver->num; i++)tty_register_device(driver, i, NULL);}/* 向proc文件系統注冊driver */proc_tty_register_driver(driver);driver->flags |= TTY_DRIVER_INSTALLED;return 0; }

從上面源碼可以分析到：
1、為線路規程和termios分配空間，并使 tty_driver 相應的成員指向它們。
2、注冊字符設備，名字是 uart_driver->name 我們這里是“ttySAC”,文件操作函數集是 tty_fops。
3、將該 uart_driver->tty_drivers 添加到全局鏈表 tty_drivers 。
4、向 proc 文件系統添加 driver。

二、注冊platform_driver驅動
該函數就是實現將驅動掛到platform總線上去，總線接管設備和驅動的管理工作。

int s3c24xx_serial_init(struct platform_driver *drv,struct s3c24xx_uart_info *info) {dbg("s3c24xx_serial_init(%p,%p)\n", drv, info);#ifdef CONFIG_PMdrv->suspend = s3c24xx_serial_suspend;drv->resume = s3c24xx_serial_resume; #endifreturn platform_driver_register(drv); } static void __exit s3c2440_serial_exit(void) {platform_driver_unregister(&s3c2440_serial_driver); }module_init(s3c2440_serial_init); module_exit(s3c2440_serial_exit);

然后我們分析一下platform_driver函數：

static struct platform_driver s3c2440_serial_driver = {.probe = s3c2440_serial_probe,.remove = __devexit_p(s3c24xx_serial_remove),.driver = {.name = "s3c2440-uart",.owner = THIS_MODULE,}, };

在平臺設備注冊驅動的時候，總線會對驅動和設備匹配，如果匹配成功，將調用驅動的prob函數，我們具體追一下s3c2440_serial_driver 的prob函數：

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];probe_index++;dbg("%s: initialising port %p...\n", __func__, ourport);ret = s3c24xx_serial_init_port(ourport, info, dev);if (ret < 0)goto probe_err;dbg("%s: adding port\n", __func__);uart_add_one_port(&s3c24xx_uart_drv, &ourport->port);platform_set_drvdata(dev, &ourport->port);ret = device_create_file(&dev->dev, &dev_attr_clock_source);if (ret < 0)printk(KERN_ERR "%s: failed to add clksrc attr.\n", __func__);ret = s3c24xx_serial_cpufreq_register(ourport);if (ret < 0)dev_err(&dev->dev, "failed to add cpufreq notifier\n");return 0;probe_err:return ret; }

我們來分析上面這段代碼：
這段代碼首先從s3c24xx_serial_ports數組中尋找一個元素，這個數組里保存的是各個串口的信息。
假如說找到了串口0，拿到串口0后調用s3c24xx_serial_init_port完成串口的初始化，看看初始化函數：

/* s3c24xx_serial_init_port** initialise a single serial port from the platform device given*/static int s3c24xx_serial_init_port(struct s3c24xx_uart_port *ourport,struct s3c24xx_uart_info *info,struct platform_device *platdev) {struct uart_port *port = &ourport->port;struct s3c2410_uartcfg *cfg;struct resource *res;int ret;dbg("s3c24xx_serial_init_port: port=%p, platdev=%p\n", port, platdev);if (platdev == NULL)return -ENODEV;cfg = s3c24xx_dev_to_cfg(&platdev->dev);if (port->mapbase != 0)return 0;if (cfg->hwport > CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS) {printk(KERN_ERR "%s: port %d bigger than %d\n", __func__,cfg->hwport, CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS);return -ERANGE;}/* setup info for port */port->dev = &platdev->dev;ourport->info = info;/* copy the info in from provided structure */ourport->port.fifosize = info->fifosize;dbg("s3c24xx_serial_init_port: %p (hw %d)...\n", port, cfg->hwport);port->uartclk = 1;if (cfg->uart_flags & UPF_CONS_FLOW) {dbg("s3c24xx_serial_init_port: enabling flow control\n");port->flags |= UPF_CONS_FLOW;}/* sort our the physical and virtual addresses for each UART */res = platform_get_resource(platdev, IORESOURCE_MEM, 0);// 取得物理地址if (res == NULL) {printk(KERN_ERR "failed to find memory resource for uart\n");return -EINVAL;}dbg("resource %p (%lx..%lx)\n", res, res->start, res->end);port->mapbase = res->start;port->membase = S3C_VA_UART + res->start - (S3C_PA_UART & 0xfff00000); // 靜態映射ret = platform_get_irq(platdev, 0);if (ret < 0)port->irq = 0;else {port->irq = ret;ourport->rx_irq = ret;ourport->tx_irq = ret + 1;}ret = platform_get_irq(platdev, 1);if (ret > 0)ourport->tx_irq = ret;ourport->clk = clk_get(&platdev->dev, "uart");dbg("port: map=%08x, mem=%08x, irq=%d (%d,%d), clock=%ld\n",port->mapbase, port->membase, port->irq,ourport->rx_irq, ourport->tx_irq, port->uartclk);/* reset the fifos (and setup the uart) */s3c24xx_serial_resetport(port, cfg);return 0; }

上面代碼主要完成3項工作：
1、取串口的基地址
2、取串口的中斷號
3、復位FIFO
在回到s3c24xx_serial_probe函數，在初始化串口后，接下來完成下面的操作：
1、添加端口uart_add_one_port
2、添加屬性文件，這樣在sys下面就可以看到串口的信息了
3、初始化動態頻率調節s3c24xx_serial_cpufreq_register。

至此uart_driver和platform_driver都已注冊完畢，后續章節會細講TTY驅動數據的收發過程。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux系统TTY串口驱动实例详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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