Linux终端控制台体系及串口驱动分析Word文档格式.docx
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输入到主设备的数据成为从设备的输出，输入到从设备的数据成为主设备的输出，形成双向管道。
伪终端设备通常用于远程登录服务器来建立网络和终端的关联。
当通过telnet远程登录到另一台主机时，telnet进程与远程主机的telnet服务器相连接。
telnet服务器使用某个主设备并通过对应的从设备与telnet进程相互通信。
终端体系：
从上往下：
TTYcore—>
TTYlinediscipline（可以没有）—>
ttydriver
在Linux中，TTY体系分为：
TTY核心、TTY线路规程、TTY驱动3部分。
TTY核心从用户获取要发送给TTY设备的数据，然后把数据传送给TTY线路规程（协议），它对数据进行处理后，负责把数据传递到TTY驱动程序，TTY驱动程序负责格式化数据，并通过硬件发送出去。
从硬件收到的数据向上通过TTY驱动，进入TTY线路规程，再进入TTY核心，最后被用户获取。
TTY驱动可以直接和TTY核心通讯，但通常TTY线路规程会修改在两者之间的传送的数据。
TTY驱动不能直接和线路规程通信，甚至不知道它的存在，线路规程的工作是格式化从用户或者硬件收到的数据。
这种格式常常实现为一个协议，如PPP或Bluetooth
终端体系—串口（★）
往串口发送数据时的数据流向：
/dev/ttys0（串口的设备文件）—>
tty_io.c（TTYcore）—>
n_tty.c（tty线路规程，必须向core注册）—>
处理完返回ttycore—>
再由ttycore交给驱动程序serial.c—>
驱动程序控制硬件
数据流
读操作：
TTY驱动从硬件接收到数据后，负责把数据传送到TTY核心，TTY核心将从TTY驱动收到的数据缓存到一个tty_flip_buffer类型的结构中。
该结构包含两个数据数组（一个用于读、一个用于写）。
从TTY设备接收到的数据被存储到第一个数组，当这个数组满，等待数据的用户将被通知。
当用户从这个数组读数据时，任何从TTY驱动新来的数据被存储在第2个数组。
当第二个数组存满后，数据再次提交给用户，并且驱动又开始填充第1个数组，以此交替。
驱动描述：
Linux内核使用uart_driver描述串口驱动，它包含串口设备的驱动名、设备名、设备号等信息。
structuart_driver{
structmodule*owner;
constchar*driver_name;
//驱动名
constchar*dev_name；
//设备名
intmajor；
//主设备号
intminor；
//从设备号
intnr；
//设备数
structconsole*cons；
structuart_state*state；
structtty_driver*tty_driver；
}；
注册驱动：
Linux为串口驱动注册了如下接口：
intuart_register_driver（structuart_driver*drv）
端口描述：
uart_port用于描述一个UART端口（一个串口）的地址、FIFO大小、端口类型等信息。
structuart_port
{
spinlock_tlock；
/*端口锁*/
unsignedintiobase；
/*IO端口基地址*/
unsignedchar__iomem*membase;
/*IO内存基地址*/
unsignedintirq;
/*中断号*/
unsignedcharfifosize;
/*传输fifo大小*/
conststructuart_ops*ops；
……………………..
}
操作串口：
uart_ops定义了针对串口的一系列操作，包括发送、接收及线路设置等。
structuart_ops
{
unsignedint（*tx_empty）（structuart_port*）;
void（*set_mctrl）（structuart_port*,unsignedintmctrl）；
unsignedint（*get_mctrl）（structuart_port）;
void（*stop_tx）（structuart_poart*）;
//停止发送
void（*start_tx）（structuart_poart*）;
//开始发送
void（*send_xchar）（structuart_poart*,charch）;
//发送xchar
void（*stop_rx）（structuart_port*）;
//停止接收
………………………………..
添加串口：
串口核心层提供如下函数添加1个端口：
intuart_add_one_port（structuart_driver*drv,structuart_port*port）
★串口驱动设计流程：
1、定义一个uart_driver的变量，并初始化
2、使用uart_regisetr_driver来注册这个驱动
3、初始化uart_port和ops函数表
4、调用uart_add_one_poart（）添加初始化好的uart_port
Ø
实例分析—mini2440串口驱动程序分析
1．发送和接收
发送：
循环buffer发送fifo发送移位寄存器
//循环buffer（驱动实现）发送fifo（串口芯片）过程由驱动程序完成；
发送fifo发送移位寄存器过程由硬件完成
接收：
接收移位寄存器接收fifoFlip_buf
发送的过程是：
把数据写到发送fifo中，fifo把收到的数据传给发送移位寄存器（自动的,非driver控制），然后每个时钟脉冲往串口线上写一bit数据。
接收的过程是：
接收移位寄存器收到数据，发送给接收fifo，接收fifo事先设置好了触发门限,当里面的数据量超过门限时就会触发一个中断,调用驱动中的中断处理函数,把数据写到flip_buf中。
2．寄存器
UARTLineControlRegister：
WordLength：
数据位长度
NumberofStopBit：
停止位数
ParityMode：
奇偶校验位类型
Infra-RedMode：
UART/红外模式选择（当以UART模式工作时，需设为“0”）
UARTControlRegister
ReceiveMode：
选择接收模式。
如果是采用DMA模式的话，还需要指定说使用的DMA信道。
TransmitMode：
同上。
SendBreakSignal：
选择是否在传1帧资料中途发送Break信号。
LoopbackMode：
选择是否将UART置于Loopback测试模式。
RxErrorStatusInterruptEnable：
选择是否使能当发生接收异常时，是否产生接收错误中断。
RxTimeOutEnable：
是否使能接收超时中断。
RxInterruptType：
选择接收中断类型。
选择0：
Pulse（脉冲式/边沿式中断。
非FIFO模式时，一旦接收缓冲区中有数据，即产生一个中断；
为FIFO模式时，一旦当FIFO中的资料达到一定的触发水平后，即产生一个中断）
选择1：
Level（电平模式中断。
非FIFO模式时，只要接收缓冲区中有数据，即产生中断；
为FIFO模式时，只有FIFO中的资料达到触发水平后，即产生中断）
TxInterruptType：
类同于RxInterruptType
UARTFIFOConrtolRegister
FIFOEnable：
FIFO使能选择。
RxFIFOReset：
选择当复位接收FIFO时是否自动清除FIFO中的内容。
TxFIFOReset：
选择当复位发送FIFO时是否自动清除FIFO中的内容。
RxFIFOTriggerLevel：
选择接收FIFO的触发水平。
TxFIFOTriggerLevel：
选择发送FIFO的触发水平。
UARTTX/RXStatusRegister
Receivebufferdataready:
当接收缓冲寄存器从UART接收端口接收到有效资料时将自动置“1”。
反之为“0则表示缓冲器中没有资料。
Transmitbufferempty：
当发送缓冲寄存器中为空，自动置“1”；
反之表明缓冲器中正有资料等待发送。
Transmitterempty：
当发送缓冲器中已经没有有效资料时，自动置“1”；
反之表明尚有资料未发送。
UARTFIFOStatusRegister
RxFIFOCount:
接收FIFO中当前存放的字节数。
TxFIFOCount:
发送FIFO中当前存放的字节数。
RxFIFOFull:
为“1“表明接收FIFO已满。
TxFIFOFull:
为“1“表明发送FIFO已满。
3．函数介绍
模块初始化函数：
staticint__inits3c2410uart_init（void）
returnuart_register_driver（&
s3c2410_reg）;
使用uart_register_driver注册串口驱动。
staticstructuart_drivers3c2410_reg={
owner:
THIS_MODULE,
normal_major:
SERIAL_S3C2410_MAJOR,
normal_name:
"
ttyS%d"
callout_name:
cua%d"
normal_driver:
&
normal,
callout_major:
CALLOUT_S3C2410_MAJOR,
callout_driver:
callout,
table:
s3c2410_table,
termios:
s3c2410_termios,
termios_locked:
s3c2410_termios_locked,
minor:
MINOR_START,
nr:
UART_NR,
port:
s3c2410_ports,
cons:
S3C2410_CONSOLE,
};
staticstructuart_ports3c2410_ports[UART_NR]={
{
iobase:
（unsignedlong）（UART0_CTL_BASE）,
iotype:
SERIAL_IO_PORT,
irq:
IRQ_RXD0,
uartclk:
130252800,
fifosize:
16,
ops:
&
s3c2410_pops,
type:
PORT_S3C2410,
flags:
ASYNC_BOOT_AUTOCONF,
},
。
。
staticstructuart_opss3c2410_pops={
tx_empty:
s3c2410uart_tx_empty,
set_mctrl:
s3c2410uart_set_mctrl,
get_mctrl:
s3c2410uart_get_mctrl,
stop_tx:
s3c2410uart_stop_tx,
start_tx:
s3c2410uart_start_tx,
stop_rx:
s3c2410uart_stop_rx,
enable_ms:
s3c2410uart_enable_ms,
break_ctl:
s3c2410uart_break_ctl,
startup:
s3c2410uart_startup,
shutdown:
s3c2410uart_shutdown,
change_speed:
s3c2410uart_change_speed,
s3c2410uart_type,
config_port:
s3c2410uart_config_port,
release_port:
s3c2410uart_release_port,
request_port:
s3c2410uart_request_port,
3.1阻止发送函数uart_stop_tx
staticvoids3c2410uart_stop_tx（structuart_port*port,u_intfrom_tty）
{
disable_irq（TX_IRQ（port））;
}
停止发送的功能,其内部的函数disable_irq是停止中断的功能,发送数据是通过中断来完成的,关闭中断也就关闭了发送。
3.2发送使能函数uart_start_tx
staticvoids3c2410uart_start_tx（structuart_port*port,u_intnonempty,
u_intfrom_tty）
enable_irq（TX_IRQ（port））;
与上面的过程类似,就是一个相反的过程
3.3阻止接收函数uart_stop_rx
staticvoids3c2410uart_stop_rx（structuart_port*port）
disable_irq（RX_IRQ（port））;
3.4发送缓冲空判断函数uart_tx_empty
staticu_ints3c2410uart_tx_empty（structuart_port*port）
return（UART_UTRSTAT（port）&
UTRSTAT_TR_EMP?
0:
TIOCSER_TEMT）;
如果发送缓冲为空则返回0，否则返回1。
3.5获取控制信息函数uart_get_mctrl
staticu_ints3c2410uart_get_mctrl（structuart_port*port）
return（TIOCM_CTS|TIOCM_DSR|TIOCM_CAR）;
获得控制信息,TIOCM_CTS,TIOCM_DSR和TIOCM_CAR,这几个宏代表串口的控制信息,分别是cleartosend,datasetready和datacarrierdetect（详见SerialProgrammingGuideforPOSIXOperatingSystems）
3.6接收中断函数uart_rx_interrupt
staticvoids3c2410uart_rx_interrupt（intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs）
structuart_info*info=dev_id;
structtty_struct*tty=info->
tty;
unsignedintstatus,ch,max_count=256;
structuart_port*port=info->
port;
status=UART_UTRSTAT（port）;
while（（status&
UTRSTAT_RX_RDY）&
&
max_count--）
{//status&
UTRSTAT_RX_RDY判断有数据
if（tty->
flip.count>
=TTY_FLIPBUF_SIZE）
{//flipbuf已满
tty->
flip.tqueue.routine（（void*）tty）;
//交换到另一个缓冲数组
=TTY_FLIPBUF_SIZE）{//再进行判断
printk（KERN_WARNING"
TTY_DONT_FLIPset\n"
）;
return;
ch=UART_URXH（port）;
//从寄存器中取数据
*tty->
flip.char_buf_ptr=ch;
flip.flag_buf_ptr=TTY_NORMAL;
port->
icount.rx++;
flip.flag_buf_ptr++;
flip.char_buf_ptr++;
flip.count++;
//处理一个字节
tty_flip_buffer_push（tty）;
功能:
主要是是while大循环,首先看循环判断条件status&
UTRSTAT_RX_RDY,前面有status=UART_UTRSTAT（port）,查2410的datasheet,status&
UTRSTAT_RX_RDY这个位是判断接收buffer内是否还有有效数据?
按道理一次中断只是把接收的fifobuffer中的数据放到flipbuffer中去,接收的fifo的中断门限是4-12字节,进行一次接收往往要中断好多次，这样中断开销比较大,所以在while的循环条件中判断一下是否还有接收的有效数据,如果有,就继续在中断程序中继续接收,当然,永远都在接收中断中（如果一直有数据要接收）也不合适,所以while循环还有计数,最多循环256次。
在循环中,首先是要判断一下接收数据用的flip-buffer是不是已经满了,if（tty->
=TTY_FLIPBUF_SIZE）如果满了,就要跳到另一个buffer上去,tty->
flip.tqueue.routine（（void*）tty）是用来实现跳到另一个buffer上的功能,然后把收到的数据写到flip-buffer中,相应的状态,统计数据都要改,接着再来while循环,循环结束后就要调用tty_flip_buffer_push（tty）来让用户把存在缓冲里的数据取走,接收一次都要把缓存清空。
3.7发送中断函数uart_tx_interrupt
staticvoids3c2410uart_tx_interrupt（intirq,void*dev_id,
structpt_regs*reg）{
intcount;
if（port->
x_char）{//x_char为停止位
UART_UTXH（port）=port->
x_char;
icount.tx++;
x_char=0;
if（info->
xmit.head==info->
xmit.tail//无数据发送
||info->
stopped||info->
hw_stopped）{
s3c2410uart_stop_tx（info->
port,0）;
//关闭发送中断
count=port->
fifosize>
>
1;
do{//有数据发送
UART_UTXH（port）=info->
xmit.buf[info->
xmit.tail];
info->
xmit.tail=（info->
xmit.tail+1）&
（UART_XMIT_SIZE-1）;
xmit.tail）
break;
}while（--count>
0）;
//count=fifpsize（16字节）>
1即8字节
if（CIRC_CNT（info->
xmit.head,info->
xmit.tail,
UART_XMIT_SIZE）<
WAKEUP_CHARS）
uart_event（info,EVT_WRITE_WAKEUP）;
//通知上层
（1）首先查看port中的x_char是不是为0，不为0则把x_char发送出去。
x_char是xon/xoff的意思，每发一个字节时在开始前先发xon信号，在结束时发xoff。
（2）如果x_char没有被设置，再看环形缓冲区是否为空，或者info->
stopped和info->
hw_stopped两个位是不是为1，如果这些条件成立的话，就停止发送。
Tty->
stop指示
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