linux设备模型之uart驱动架构分析

一：前言

接着前面的终端控制台分析，接下来分析serial的驱动。在linux中，serial也对应着终端，通常被称为串口终端。在shell上，我们看到的/dev/ttyS*就是串口终端所对应的设备节点。

在分析具体的serial驱动之前。有必要先分析uart驱动架构。uart是Universal Asynchronous Receiver and Transmitter的缩写。翻译成中文即为”通用异步收发器”。它是串口设备驱动的封装层。

二：uart驱动架构概貌

如下图所示：

上图中红色部份标识即为uart部份的操作。

从上图可以看到，uart设备是继tty_driver的又一层封装。实际上uart_driver就是对应tty_driver.在它的操作函数中，将操作转入uart_port.

在写操作的时候，先将数据放入一个叫做circ_buf的环形缓存区。然后uart_port从缓存区中取数据，将其写入到串口设备中。

当uart_port从serial设备接收到数据时，会将设备放入对应line discipline的缓存区中。

这样。用户在编写串口驱动的时候，只先要注册一个uart_driver.它的主要作用是定义设备节点号。然后将对设备的各项操作封装在uart_port.驱动工程师没必要关心上层的流程，只需按硬件规范将uart_port中的接口函数完成就可以了。

三：uart驱动中重要的数据结构及其关联

我们可以自己考虑下，基于上面的架构代码应该要怎么写。首先考虑以下几点：

1: 一个uart_driver通常会注册一段设备号。即在用户空间会看到uart_driver对应有多个设备节点。例如：

/dev/ttyS0 /dev/ttyS1

每个设备节点是对应一个具体硬件的，从上面的架构来看，每个设备文件应该对应一个uart_port.

也就是说：uart_device怎么同多个uart_port关系起来?怎么去区分操作的是哪一个设备文件?

2:每个uart_port对应一个circ_buf,所以uart_port必须要和这个缓存区关系起来

回忆tty驱动架构中。tty_driver有一个叫成员指向一个数组，即tty->ttys.每个设备文件对应设数组中的一项。而这个数组所代码的数据结构为tty_struct. 相应的tty_struct会将tty_driver和ldisc关联起来。

那在uart驱动中，是否也可用相同的方式来处理呢?

将uart驱动常用的数据结构表示如下：

结合上面提出的疑问。可以很清楚的看懂这些结构的设计。

四：uart_driver的注册操作

Uart_driver注册对应的函数为： uart_register_driver()代码如下：

int uart_register_driver(struct uart_driver *drv)

{

struct tty_driver *normal = NULL;

int i, retval;

BUG_ON(drv->state);

/*

* Maybe we should be using a slab cache for this, especially if

* we have a large number of ports to handle.

*/

drv->state = kzalloc(sizeof(struct uart_state) * drv->nr, GFP_KERNEL);

retval = -ENOMEM;

if (!drv->state)

goto out;

normal = alloc_tty_driver(drv->nr);

if (!normal)

goto out;

drv->tty_driver = normal;

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;

state->close_delay = 500; /* .5 seconds */

state->closing_wait = 30000; /* 30 seconds */

mutex_init(state->mutex);

}

retval = tty_register_driver(normal);

out:

if (retval 0) {

put_tty_driver(normal);

kfree(drv->state);

}

return retval;

}

从上面代码可以看出。uart_driver中很多数据结构其实就是tty_driver中的。将数据转换为tty_driver之后，注册tty_driver.然后初始化uart_driver->state的存储空间。

这样，就会注册uart_driver->nr个设备节点。主设备号为uart_driver-> major. 开始的次设备号为uart_driver-> minor.

值得注意的是。在这里将tty_driver的操作集统一设为了uart_ops.其次，在tty_driver-> driver_state保存了这个uart_driver.这样做是为了在用户空间对设备文件的操作时，很容易转到对应的uart_driver.

另外：tty_driver的flags成员值为： TTY_DRIVER_REAL_RAW | TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV.里面包含有TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV标志。结合之前对tty的分析。如果包含有这个标志，是不会在初始化的时候去注册device.也就是说在/dev/下没有动态生成结点(如果是/dev下静态创建了这个结点就另当别论了^_^)。

流程图如下：

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