Linux TTY framework(2)_软件架构

作者：wowo 发布于：2016-9-27 22:42

分类：TTY子系统

1. 前言

由“Linux TTY framework(1)_基本概念”的介绍可知，在Linux kernel中，TTY就是各类终端(Terminal)的简称。为了简化终端的使用，以及终端驱动程序的编写，Linux kernel抽象出了TTY framework：对上，向应用程序提供使用终端的统一接口；对下，提供编写终端驱动程序(如serial driver)的统一框架。

本文是Linux TTY framework分析的第二篇文章，将从整体架构的角度，介绍Linux TTY framework，以便分解出功能相对独立的子模块，以便后续的分析。

2. 软件架构

Linux kernel TTY framework位于“drivers/tty”目录中，其软件框架如下面图片1所示：

图片1 Linux TTY framework框架

和Linux其它的framework类似，TTY framework通过TTY core屏蔽TTY有关的技术细节，对上以字符设备的形式向应用程序提供统一接口，对下以TTY device/TTY driver的形式提供驱动程序的编写框架。具体请参考后续章节介绍。

2.1 TTY Core

TTY core是TTY framework的核心逻辑，功能包括：

1)以字符设备的形式，向用户空间提供访问TTY设备的接口，例如： 设备号(主, 次)        字符设备                                   备注

(5, 0)                     /dev/tty                                     控制终端(Controlling Terminal)

(5, 1)                     /dev/console                             控制台终端(Console Terminal)

(4, 0)                     /dev/vc/0 or /dev/tty0                  虚拟终端(Virtual Terminal)

(4, 1)                     /dev/vc/1 or /dev/tty1                  同上

…                         …                                             …

(x, x)                     /dev/ttyS0                                 串口终端(名称和设备号由驱动自行决定)

…                         …                                             …

(x, x)                     /dev/ttyUSB0                            USB转串口终端

…                         …                                             …

注1：控制终端、控制台终端、虚拟终端等概念，比较抽象，我会在后续的文章中详细介绍。

2)通过设备模型中的struct device结构抽象TTY设备，并通过struct tty_driver抽象该设备的驱动，并提供相应的register接口。TTY驱动程序的编写，简化为填充并注册相应的struct tty_driver结构。

注2：TTY framework弱化了TTY设备(图片1中使用虚线框标注)的概念，通常情况下，可以在注册TTY驱动的时候，自动分配并注册TTY设备。

3)使用struct tty_struct、struct tty_port等数据结构，从逻辑上抽象TTY设备及其“组件”，以实现硬件无关的逻辑。

4)抽象出名称为线路规程(Line Disciplines)的模块，在向TTY硬件发送数据之前，以及从TTY设备接收数据之后，进行相应的处理(如特殊字符的转换等)。

2.2 System Console Core

Linux kernel的system console主要有两个功能：

1)向系统提供控制台终端(Console Terminal) ，以便让用户登录进行交互操作。

2)提供printk功能，以便kernel代码进行日志输出。

System console core模块使用struct console结构抽象system console功能，具体的driver不需要关心console的内部逻辑，填充该接口并注册给kernel即可。

2.3 TTY Line Disciplines

线路规程(Line Disciplines)在TTY framework中是一个非常优雅的设计，我们可以把它看成设备驱动和应用接口之间的一个适配层。从字面意思理解，就是辅助TTY driver，将我们通过TTY设备键入的字符转换成一行一行的数据[3]，当然，实际情况远比这复杂，例如在蜗窝x project所使用的kernel版本中，存在如下的Line Disciplines(以n_为前缀，我们后续的文章会更为详细的介绍)： pengo@DESKTOP-CH8SB7C:~/work/xprj/linux$ ls drivers/tty/n_*

drivers/tty/n_gsm.c   drivers/tty/n_r3964.c        drivers/tty/n_tracesink.c  drivers/tty/n_tty.c

drivers/tty/n_hdlc.c  drivers/tty/n_tracerouter.c  drivers/tty/n_tracesink.h

2.4 TTY Drivers以及System Console Drivers

最后，对内核以及驱动工程师来说，更关注的还是具体的TTY设备驱动。在kernel为我们搭建的如此beauty的框架下面，编写相应的driver就成为一件比较简单的事情了。当然的kernel中，主要的TTY driver有两类：

1)虚拟终端(Virtual Terminal，VT)驱动，位于drivers/tty/vt中，负责实现VT(后续文章会详细介绍)有关的功能。

2)串口终端驱动，也即我们所熟知的serial subsystem(话说终于到重点了，哈哈)，位于drivers/tty/serial中。

3. 总结

本文对Linux TTY framework的软件框架作了一个简单的介绍，目的是从整体上了解Linux TTY有关的软件实现。基于本文的描述，后续计划从如下角度继续TTY framework的分析： 控制终端、控制台终端、虚拟终端等概念的理解及解释；

TTY core的分析；

System Console Core的分析；

Serial subsystem(串口子系统)的分析；

虚拟终端(VT)的分析；

常用线路规程(Line Disciplines)的介绍和分析；

等等。

4. 参考文档

[2] 控制终端(controlling terminal)，https://linux.die.net/man/4/tty

原创文章，转发请注明出处。蜗窝科技，www.wowotech.net。

评论：

鱼儿

2019-08-28 20:23

遇到一个奇怪的问题，在串口终端中，赋值粘贴一条指令，第一个字符会多显示了一次。通过网络的方式登录，却没有这个问题

2016-09-28 09:47

wowo 什么时候讲下canbus啊。这个网上资料很少啊

2016-09-28 21:35

@emeralddream：多谢关注。can一般工业控制用的比较多，我们这些搞消费类的，确实很少接触。有时间了可以写一下，不过您也知道，我们时间太少，见谅哈~~~

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