技术文章：基于Linux的tty架构及UART驱动详解

2021-02-05 17:06

2．2．3． struct uart＿state

每一个uart端口对应着一个uart＿state，该结构体将uart＿port与对应的circ＿buf联系起来。uart＿state有两个成员在底层串口驱动会用到：xmit和port。

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port将接收到的数据传递给线路规程层。

struct uart＿state ｛
struct tty＿port port；

enum uart＿pm＿state pm＿state；
struct circ＿buf xmit；

struct uart＿port ＊uart＿port；对应于一个串口设备
｝；
2．2．4． struct uart＿port

uart＿port用于描述串口端口的I／O端口或I／O内存地址、FIFO大小、端口类型、串口时钟等信息。实际上，一个uart＿port实现对应一个串口设备。

struct uart＿port ｛
spinlock＿t lock； port lock
unsigned long iobase； in／out［bwl］
unsigned char ＿＿iomem ＊membase； read／write［bwl］
unsigned int （＊serial＿in）（struct uart＿port ＊， int）；
void （＊serial＿out）（struct uart＿port ＊， int， int）；
void （＊set＿termios）（struct uart＿port ＊，
struct ktermios ＊new，
struct ktermios ＊old）；
int （＊handle＿irq）（struct uart＿port ＊）；
void （＊pm）（struct uart＿port ＊， unsigned int state，
unsigned int old）；
void （＊handle＿break）（struct uart＿port ＊）；
unsigned int irq； irq number
unsigned long irqflags； irq flags
unsigned int uartclk； base uart clock
unsigned int fifosize； tx fifo size
unsigned char x＿char； xon／xoff char
unsigned char regshift； reg offset shift
unsigned char iotype； io access style
unsigned char unused1；
＃define UPIO＿PORT （0）
＃define UPIO＿HUB6 （1）
＃define UPIO＿MEM （2）
＃define UPIO＿MEM32 （3）
＃define UPIO＿AU （4） Au1x00 and RT288x type IO
＃define UPIO＿TSI （5） Tsi108／109 type IO
unsigned int read＿status＿mask； driver specific
unsigned int ignore＿status＿mask； driver specific
struct uart＿state ＊state； pointer to parent state
struct uart＿icount icount； statistics
struct console ＊cons； struct console， if any
＃if defined（CONFIG＿SERIAL＿CORE＿CONSOLE）｜｜ defined（SUPPORT＿SYSRQ）
unsigned long sysrq； sysrq timeout
＃endif
upf＿t flags；
＃define UPF＿FOURPORT （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 1））
＃define UPF＿SAK （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 2））
＃define UPF＿SPD＿MASK （（＿＿force upf＿t）（0x1030））
＃define UPF＿SPD＿HI （（＿＿force upf＿t）（0x0010））
＃define UPF＿SPD＿VHI （（＿＿force upf＿t）（0x0020））
＃define UPF＿SPD＿CUST （（＿＿force upf＿t）（0x0030））
＃define UPF＿SPD＿SHI （（＿＿force upf＿t）（0x1000））
＃define UPF＿SPD＿WARP （（＿＿force upf＿t）（0x1010））
＃define UPF＿SKIP＿TEST （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 6））
＃define UPF＿AUTO＿IRQ （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 7））
＃define UPF＿HARDPPS＿CD （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 11））
＃define UPF＿LOW＿LATENCY （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 13））
＃define UPF＿BUGGY＿UART （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 14））
＃define UPF＿NO＿TXEN＿TEST （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 15））
＃define UPF＿MAGIC＿MULTIPLIER （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 16））
Port has hardware－assisted h／w flow control （iow， auto－RTS ＊not＊ auto－CTS）
＃define UPF＿HARD＿FLOW （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 21））
Port has hardware－assisted s／w flow control
＃define UPF＿SOFT＿FLOW （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 22））
＃define UPF＿CONS＿FLOW （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 23））
＃define UPF＿SHARE＿IRQ （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 24））
＃define UPF＿EXAR＿EFR （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 25））
＃define UPF＿BUG＿THRE （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 26））
The exact UART type is known and should not be probed．
＃define UPF＿FIXED＿TYPE （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 27））
＃define UPF＿BOOT＿AUTOCONF （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 28））
＃define UPF＿FIXED＿PORT （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 29））
＃define UPF＿DEAD （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 30））
＃define UPF＿IOREMAP （（＿＿force upf＿t）（1 ＜＜ 31））
＃define UPF＿CHANGE＿MASK （（＿＿force upf＿t）（0x17fff））
＃define UPF＿USR＿MASK （（＿＿force upf＿t）（UPF＿SPD＿MASK｜UPF＿LOW＿LATENCY））
unsigned int mctrl； current modem ctrl settings
unsigned int timeout； character－based timeout
unsigned int type； port type
const struct uart＿ops ＊ops；
unsigned int custom＿divisor；
unsigned int line； port index
resource＿size＿t mapbase； for ioremap
struct device ＊dev； parent device
unsigned char hub6； this should be in the 8250 driver
unsigned char suspended；
unsigned char irq＿wake；
unsigned char unused［2］；
void ＊private＿data； generic platform data pointer
｝；
2．2．5． struct uart＿ops

struct uart＿ops涵盖了驱动可对串口的所有操作

struct uart＿ops ｛
unsigned int （＊tx＿empty）（struct uart＿port ＊）；
void （＊set＿mctrl）（struct uart＿port ＊， unsigned int mctrl）；
unsigned int （＊get＿mctrl）（struct uart＿port ＊）；
void （＊stop＿tx）（struct uart＿port ＊）；
void （＊start＿tx）（struct uart＿port ＊）；
void （＊throttle）（struct uart＿port ＊）；
void （＊unthrottle）（struct uart＿port ＊）；
void （＊send＿xchar）（struct uart＿port ＊， char ch）；
void （＊stop＿rx）（struct uart＿port ＊）；
void （＊enable＿ms）（struct uart＿port ＊）；
void （＊break＿ctl）（struct uart＿port ＊， int ctl）；
int （＊startup）（struct uart＿port ＊）；
void （＊shutdown）（struct uart＿port ＊）；
void （＊flush＿buffer）（struct uart＿port ＊）；
void （＊set＿termios）（struct uart＿port ＊， struct ktermios ＊new，
struct ktermios ＊old）；
void （＊set＿ldisc）（struct uart＿port ＊， int new）；
void （＊pm）（struct uart＿port ＊， unsigned int state，
unsigned int oldstate）；
int （＊set＿wake）（struct uart＿port ＊， unsigned int state）；

＊ Return a string describing the type of the port

const char ＊（＊type）（struct uart＿port ＊）；

＊ Release IO and memory resources used by the port．
＊ This includes iounmap if necessary．

void （＊release＿port）（struct uart＿port ＊）；

＊ Request IO and memory resources used by the port．
＊ This includes iomapping the port if necessary．

int （＊request＿port）（struct uart＿port ＊）；
void （＊config＿port）（struct uart＿port ＊， int）；
int （＊verify＿port）（struct uart＿port ＊， struct serial＿struct ＊）；
int （＊ioctl）（struct uart＿port ＊， unsigned int， unsigned long）；
＃ifdef CONFIG＿CONSOLE＿POLL
int （＊poll＿init）（struct uart＿port ＊）；
void （＊poll＿put＿char）（struct uart＿port ＊， unsigned char）；
int （＊poll＿get＿char）（struct uart＿port ＊）；
＃endif
｝；

2．3．关键流程2．3．1．注册流程2．3．1．1．注册uart＿driver

此接口在uart driver中调用，用来注册uart＿driver到kernel中，调用阶段在uart driver的初始阶段，例如：module＿init（）， uart＿driver的注册流程图

图3．3uart driver注册流程

注册过程主要做了以下操作：

1、根据driver支持的最大设备数，申请n个uart＿state空间，每一个uart＿state都有一个uart＿port。2、分配一个tty＿driver，并将uart＿driver－＞tty＿driver指向它。3、对tty＿driver进行设置，其中包括默认波特率、检验方式等，还有一个重要的ops，结构体tty＿operation的注册，它是tty核心与串口驱动通信的接口。4、初始化每一个uart＿state的tty＿port；5、注册tty＿driver。注册uart＿driver实际上是注册tty＿driver，与用户空间打交道的工作完全交给tty＿driver，这一部分是内核实现好的不需要修改2．3．1．2．添加uart＿port

此接口用于注册一个uart port 到uart driver上，通过注册，uart driver就可以访问对应的uart port，进行数据收发。该接口在uart driver中的probe函数调用，必须保证晚于uart＿register＿drver的注册过程。