linux設備模型之uart驅動架構分析

一：前言

接著前面的終端控制臺分析，接下來分析serial的驅動。在linux中，serial也對應著終端，通常被稱為串口終端。在shell上，我們看到的/dev/ttyS*就是串口終端所對應的設備節點。

在分析具體的serial驅動之前。有必要先分析uart驅動架構。uart是Universal Asynchronous Receiver and Transmitter的縮寫。翻譯成中文即為”通用異步收發器”。它是串口設備驅動的封裝層。

二：uart驅動架構概貌

如下圖所示：

上圖中紅色部份標識即為uart部份的操作。

從上圖可以看到，uart設備是繼tty_driver的又一層封裝。實際上uart_driver就是對應tty_driver.在它的操作函數中，將操作轉入uart_port.

在寫操作的時候，先將數據放入一個叫做circ_buf的環形緩存區。然后uart_port從緩存區中取數據，將其寫入到串口設備中。

當uart_port從serial設備接收到數據時，會將設備放入對應line discipline的緩存區中。

這樣。用戶在編寫串口驅動的時候，只先要注冊一個uart_driver.它的主要作用是定義設備節點號。然后將對設備的各項操作封裝在uart_port.驅動工程師沒必要關心上層的流程，只需按硬件規范將uart_port中的接口函數完成就可以了。

三：uart驅動中重要的數據結構及其關聯

我們可以自己考慮下，基于上面的架構代碼應該要怎么寫。首先考慮以下幾點：

1: 一個uart_driver通常會注冊一段設備號。即在用戶空間會看到uart_driver對應有多個設備節點。例如：

/dev/ttyS0 /dev/ttyS1

每個設備節點是對應一個具體硬件的，從上面的架構來看，每個設備文件應該對應一個uart_port.

也就是說：uart_device怎么同多個uart_port關系起來?怎么去區分操作的是哪一個設備文件?

2:每個uart_port對應一個circ_buf,所以uart_port必須要和這個緩存區關系起來

回憶tty驅動架構中。tty_driver有一個叫成員指向一個數組，即tty->ttys.每個設備文件對應設數組中的一項。而這個數組所代碼的數據結構為tty_struct. 相應的tty_struct會將tty_driver和ldisc關聯起來。

那在uart驅動中，是否也可用相同的方式來處理呢?

將uart驅動常用的數據結構表示如下：

結合上面提出的疑問。可以很清楚的看懂這些結構的設計。

四：uart_driver的注冊操作

Uart_driver注冊對應的函數為： uart_register_driver()代碼如下：

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;

}

從上面代碼可以看出。uart_driver中很多數據結構其實就是tty_driver中的。將數據轉換為tty_driver之后，注冊tty_driver.然后初始化uart_driver->state的存儲空間。

這樣，就會注冊uart_driver->nr個設備節點。主設備號為uart_driver-> major. 開始的次設備號為uart_driver-> minor.

值得注意的是。在這里將tty_driver的操作集統一設為了uart_ops.其次，在tty_driver-> driver_state保存了這個uart_driver.這樣做是為了在用戶空間對設備文件的操作時，很容易轉到對應的uart_driver.

另外：tty_driver的flags成員值為： TTY_DRIVER_REAL_RAW | TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV.里面包含有TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV標志。結合之前對tty的分析。如果包含有這個標志，是不會在初始化的時候去注冊device.也就是說在/dev/下沒有動態生成結點(如果是/dev下靜態創建了這個結點就另當別論了^_^)。

流程圖如下：

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