一、UART 驱动程序概述

在嵌入式 Linux 系统中，串口被看成终端设备，终端设备(tty)的驱动程序分为三个部分：

tty_core

tty_disicipline

tty_driver

包括3个结构体：

uart_driver

uart_port

uart_ops( include/serial_core.h)

因此实现一个平台的 UART 驱动程序只需要实现这3个结构体即可。

二、uart_drvier 与 tty_driver 之间的关系

uart_driver 结构体：

uart_driver 结构体包含了串口设备名、串口驱动名、主次设备号、串口控制台(可选)等信息，还封装了 tty_driver(底层串口驱动，无需关心 tty_driver)。

struct uart_driver

{

struct module *owner; //拥有该uart_driver的模块，一般为THIS_MODULE

const char *driver_name; //串口驱动名，串口设备文件名以驱动名为基础

const char *dev_name; //串口设备名

int major; //主设备号

int minor; //次设备号

int nr; //该 uart_driver 支持的最大串口个数

struct console *cons; //其对应的console。若该uart_driver支持serial console，否则为NULL

...........................

struct uart_state *state;

struct tty_driver *tty_driver; //uart_driver 封装了 tty_driver，使底层uart驱动不用关心tty_driver。

}；

一个 tty 驱动程序必须注册/注销 tty_driver；

一个 uart 驱动则变为注册/注销 uart_driver；

使用如下接口：

int uart_register_driver(struct uart_driver *drv);

void uart_unregister_driver(struct uart_drvier *drv);

int tty_register_driver(struct tty_driver *drv);

void tty_unregister_driver(struct tty_driver *drv);

实际上，uart_register_driver() 和 uart_unregister_drvier() 中分别包含了 tty_register_driver() 和 tty_unregister () 的操作，详情如下：

uart_port结构体：

uart_port 用于描述一个 UART 端口(直接对应于一个串口)的 I/O 端口或 I/O内存地址、FIFO大小、端口类型等信息。

struct uart_port

{

spinlock_t lock; //串口端口锁

unsigned int iobase; //IO 端口基地址

unsigned char __iomem *membase; //IO 内存基地址，经映射(如ioremap)后的IO内存虚拟基地址

unsigned int irq; //中断号

unsigend int uartlock; //串口时钟

unsigend int fifosize; //串口FIFO缓冲大小

unsigned char x_char; //xon/xoff 字符

unsigned char regshift; //寄存器位移

unsigned char iotype; //IO访问方式

unsigned char unused1;

#define UPIO_PORT (0) //IO端口

#deifne UPIO_HUB6 (1)

#define UPIO_MEM (2) //IO内存

#define UPIO_MEM32(3)

#define UPIO_AU (4) //Aulx00 type IO

#define UPIO_TSI (5) //Tsi108/109 type IO

#define UPIO_DWAPB (6) //DesignWare APB UART

#define UPIO_RM9000 (7) //RM9000 type IO

unsigned int read_status_mask; //关心的Rx error status

unsigned int ignore_status_mask; //忽略的Rx error status

struct uart_info *info; //重要，见下面

struct uart_icount icount; //计数器 uart_icount 为串口信息计数器，包含了发送字符计数、接收字符计数等。在串口的发送中断处理函数和接收处理函数中，我们需要管理这些计数。

struct console *cons; //console 结构体

#ifdef CONFIG_SERIAL_CORE_CONSOLE

unsigned long sysrq; //sysrq timeout

#endif

upf_t flags;

#define UPF_FOURPORT ((__forceupf_t)(1 << 1))

#define UPF_SAK ((__forceupf_t)(1 << 2))

#define UPF_SPD_MASK ((__forceupf_t)(0x1030))

#define UPF_SPD_HI ((__forceupf_t)(0x0010))

#define UPF_SPD_VHI ((__forceupf_t)(0x0020))

#define UPF_SPD_CUST ((__forceupf_t)(0x0030))

#define UPF_SPD_SHI ((__forceupf_t)(0x1000))

#define UPF_SPD_WARP ((__forceupf_t)(0x1010))

#define UPF_SKIP_TEST ((__forceupf_t)(1 << 6))

#define UPF_AUTO_IRQ ((__forceupf_t)(1 << 7))

#define UPF_HARDPPS_CD ((__forceupf_t)(1 << 11))

#define UPF_LOW_LATENCY ((__forceupf_t)(1 << 13))

#define UPF_BUGGY_UART ((__forceupf_t)(1 << 14))

#define UPF_MAGIC_MULTIPLIER((__force upf_t)(1 << 16))

#define UPF_CONS_FLOW ((__forceupf_t)(1 << 23))

#define UPF_SHARE_IRQ ((__forceupf_t)(1 << 24))

#define UPF_BOOT_AUTOCONF ((__forceupf_t)(1 << 28))

#define UPF_FIXED_PORT ((__forceupf_t)(1 << 29))

#define UPF_DEAD ((__forceupf_t)(1 << 30))

#define UPF_IOREMAP ((__forceupf_t)(1 << 31))

#define UPF_CHANGE_MASK((__forceupf_t)(0x17fff))

#define UPF_USR_MASK ((__forceupf_t)(UPF_SPD_MASK | UPF_LOW_LATENCY))

unsigned int mctrl; //当前的 moden 设置

unsigned int timeout; //character-based timeout

unsigned int type; //端口类型

const struct uart_ops *ops; //串口端口操作函数集

unsigned int custom_divisor;

unsigned int line; //端口索引

resource_size_t mapbase; //IO内存物理基地址，可用于ioremap

struct device *dev; //父设备

unsigned char hub6; //this should be in the 8250 driver

unsigned char suspended;

unsigend char unused[2];

void *private_data; //端口私有数据，一般为platform数据指针

};

串口核心层提供如下函数来添加一个端口：

int uart_add_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *port);

对上述函数的调用应该发生在 uart_register_driver() 之后， uart_add_one_port() 的一个最重要的作用是封装了 tty_register_device()。

uart_add_one_port() 的“反函数”是 uart_remove_one_port()，其中会调用 tty_unregister_device(), 原型为：

int uart_remove_one_port(struct driver *drv, struct uart_port *port);

uart_info结构体：

uart_info 有两个成员在底层串口驱动会用到： xmit 和 tty。用户空间程序通过串口发送数据时，上层驱动将用户数据保存在xmit；而串口发送中断处理函数就是通过xmit获取到用户数据并将它们发送出去。串口接收中断处理函数需要通过tty将接收到的数据传递给行规则层。

在使用串口核心层这个通用串口tty驱动层的接口后，一个串口驱动要完成的主要工作将包括：

定义uart_drvier、uart_ops、uart_port等结构体的实例，并在适当的地方根据具体硬件和驱动的情况初始化它们。(当然具体设备xxx的驱动可以将这些结构套在新定义的 xxx_uart_driver、xxx_uart_ops、xxx_uart_port之内)。

在模块初始化时调用uart_register_driver() 和 uart_add_one_port()以注册UART驱动并添加端口，在模块卸载时调用uart_unregister_driver 和 uart_remove_one_port() 以注销UART驱动并移除端口。

根据具体硬件的datasheet实现uart_ops中的成员函数，这些函数的实现成为UART驱动的主体工作。

串口驱动之tty

概念介绍：

在Linux中，终端是一类字符设备，他包括多种类型，通常使用tty来简称各种中断设备串口终端(/dev/ttyS*)：串口终端是使用串口连接的终端设备，Linux中将每一个串口设备都看作一个字符设备，这些串行端口对应的设备名称是/dev/ttySAC0 和 /dev/ttySAC1。

控制台终端(/dev/console)：

在Linux中，计算中的输出设备通常被称为控制台终端(console)。这里特指printk()信息输出的。注意：/dev/console 是一个虚拟的设备，它需要映射到真正的tty上。比如通过内核启动参数“console=ttySAC0”就是把console映射到串口0，经常被内核所使用。

注意：这里的终端是一个虚拟设备，虚拟设备必须和实际的设备联系起来，console=ttySAC0系统启动的时候就关联起来了。

虚拟终端(/dev/tty*)：

当用户登录的使用使用的是虚拟终端，使用快捷键组合：ctrl+alt+[F1-F6]组合键就可以切换到tty1,tty2,tty3等上面去。tty1-tty6等成为虚拟终端，而tty0是当前使用的终端的一个别名。主要是提供给应用程序使用。

tty架构

tty核心：

tty核心是对整个tty设备的抽象，并提供单一的接口。

tty线路规划：

tty线路规程是对数据的传输的格式化，比如需要实现某种协议，就需要将协议的实现代码放在该位置。

tty驱动：

是面向tty设备的硬件驱动

注意：Linux中的获取回溯信息使用函数dump_stack()用来显示各种函数的调用信息。

串口驱动程序的结构

分析：串口驱动程序需要提供给用户读数据的功能，写数据，打开串口和关闭串口的功能。打开之前需要对肯定需要对串口进行初始化的工作。

重要数据结构：

struct uart_driver ：一个串口对应一个串口驱动，用于描述串口结构

struct uart_port：    有几个串口就对应几个port

struct uart_ops：  UART相关操作函数结构体，对应相关串口所支持的操作函数集

struct uart_state：UART状态结构

struct uart_info： UART信息结构

串口初始化：

定义并描述串口：struct uart_driver；

注册串口驱动程序：uart_register_driver；

取出相应的串口，并初始化该取出的串口。

串口驱动之打开驱动：

系统调用过程：用户使用open()函数打开设备文件

注意：

打开设备文件肯定有对应的设备驱动文件打开函数：file_operations；

在使用uart_register_driver()注册串口驱动的时候，该函数里面会调用函数tty_register_driver(),该函数会调用 cdev_init()函数和cdev_add()。

从这里可以看出tty设备是属于字符设备。