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Linux下的串口總線驅動(一)

一.系統(tǒng)理論

PC機南橋的LPC總線(Low Pin Count并行總線,代替以前的ISA總線)上掛接了一個超級I/O模塊,而UART是這個超級模塊芯片組的一部分,這個UART通過RS232線程轉換與串行端口相連。與RS232不同,RS485并不是標準的PC接口,但在嵌入式領域,會為了可靠通信而使用RS485,RS485使用差分信號,因此其傳輸距離可以達到數(shù)百米,而RS232傳輸距離僅數(shù)幾米,在處理器一端,RS485接口是半雙工的UART操作。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201611/319918.htm

Linux包含如下幾種終端設備:串行端口終端(/dev/ttySn)、偽終端(/dev/pty)、控制終端(/dev/tty)、控制臺終端(/dev/ttyn,/dev/conslole)。串行端口終端使用的設備名為/dev/ttyS0,/dev/ttyS1等,對應的設備號為(4,0),(4,1)。通過查看/proc/tty/drivers文件可以知道什么類型的tty設備存在以及什么驅動被加載到內核,這個文件包括一個當前存在的不同tty驅動的列表,包括驅動名,缺省的節(jié)點名,驅動的主編號,驅動的次編號范圍,以及tty驅動的類型。

I/O系統(tǒng)調用是從帶有線路規(guī)程的TTY I/O核心開始,然后通過TTY層,最后到達UART驅動層。主要涉及串口內核配置、UART層內核代碼、TTY層內核代碼、線路規(guī)程內核代碼、串口測試代碼五個部分。

二.串口內核配置

對于Mini2440串口驅動,我想從配置開始講起。在內核中Kconfig必須完成一層層調用,如果沒有在上一個Kconfig中調用該層Kconfig,那么該層Kconfig中的內容不會在此出現(xiàn)。這種情況下,只有當該層的Kconfig被其他層調用,該層Kconfig中的內容才會被顯示。所以我們找找drivers/serial/Kconfig在哪里被調用的呢?

在/drivers/char/kconfig中可以看到一行代碼source "drivers/serial/Kconfig",那我們就到drivers/serial/Kconfig下看看

Samsung SoC serial support對應于samsung.oserial_core.o

config SERIAL_SAMSUNG

tristate "Samsung SoC serial support"

depends on ARM && PLAT_S3C

select SERIAL_CORE

Support for console on Samsung SoC serial port對應于控制臺驅動

Samsung S3C2440/S3C2442 Serial port support對應于s3c2440.o

在/drivers/char/Makefile中可以看到

obj-y+= mem.o random.o tty_io.o n_tty.o tty_ioctl.o tty_ldisc.o tty_buffer.o tty_port.o

我們知道tty_io.on_tty.o tty_ioctl.otty_ldisc.o tty_buffer.o tty_port.o已編入內核

自此,我們知道關于串口驅動,我們內核中被編譯了s3c2440.osamsung.oserial_core.o tty_io.on_tty.o tty_ioctl.otty_ldisc.o tty_buffer.o tty_port.o

我們對此進行分類,屬于UART層的是s3c2440.osamsung.o;屬于TTY層的是serial_core.o;屬于線路規(guī)程的是tty_io.on_tty.o tty_ioctl.otty_ldisc.o tty_buffer.o tty_port.o 。

好了,對于串口的地圖我們已經(jīng)分析好了,那我們就按照UART層,TTY層,線路規(guī)程一個個的逛逛吧。

三.UART層內核代碼

我們先看看samsung.o的init代碼吧,這里面完成了uart_driver的注冊

static int __init s3c24xx_serial_modinit(void)

{

int ret;

ret = uart_register_driver(&s3c24xx_uart_drv);//注冊uart_driver

if (ret < 0) {

printk(KERN_ERR "failedto register UART driver\n");

return -1;

}

return 0;

}

static struct uart_driver s3c24xx_uart_drv = {

.owner= THIS_MODULE,

.dev_name= "s3c2410_serial", //設備名

.nr= CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS,//UART端口個數(shù)

.cons= S3C24XX_SERIAL_CONSOLE,//指向控制臺結構

.driver_name= S3C24XX_SERIAL_NAME,//驅動的名字

.major= S3C24XX_SERIAL_MAJOR,//串口主設備號

.minor= S3C24XX_SERIAL_MINOR,//串口次設備號

};

我們關注下上面這個結構體中一個成員S3C24XX_SERIAL_CONSOLE

#define S3C24XX_SERIAL_CONSOLE &s3c24xx_serial_console

static struct console s3c24xx_serial_console = {

.name= S3C24XX_SERIAL_NAME,

.device= uart_console_device,

.flags= CON_PRINTBUFFER,

.index= -1,

.write= s3c24xx_serial_console_write,

.setup= s3c24xx_serial_console_setup

};

上面是控制臺的結構體成員。

對于UART驅動,我們除了需要注冊uart_driver外,還需要注冊端口,我們看看s3c2440.o。

這個文件里面注冊了一個平臺設備,其中平臺設備的探測函數(shù)最終調用了samsung.o中的s3c24xx_serial_probe函數(shù)。

int s3c24xx_serial_probe(struct platform_device *dev,

struct s3c24xx_uart_info *info)

{

struct s3c24xx_uart_port *ourport;

int ret;

dbg("s3c24xx_serial_probe(%p, %p) %d\n", dev, info, probe_index);

ourport = &s3c24xx_serial_ports[probe_index]; //選擇s3c24xx_uart_port

probe_index++; //索引號自增

dbg("%s: initialising port %p...\n", __func__, ourport);

ret = s3c24xx_serial_init_port(ourport, info, dev);//初始化串口

if (ret < 0)

goto probe_err;

dbg("%s: adding port\n", __func__);

uart_add_one_port(&s3c24xx_uart_drv, &ourport->port); //向內核注冊端口

platform_set_drvdata(dev, &ourport->port); //設置私有數(shù)據(jù)

ret = device_create_file(&dev->dev, &dev_attr_clock_source); //添加設備屬性

if (ret < 0)

printk(KERN_ERR "%s: failed to add clksrc attr.\n", __func__);

ret = s3c24xx_serial_cpufreq_register(ourport);//注冊CPU頻率

if (ret < 0)

dev_err(&dev->dev, "failed to add cpufreq notifier\n");

return 0;

probe_err:

return ret;

}

通過上面的函數(shù),我們發(fā)現(xiàn)在UART層,我們調用了uart_add_one_port函數(shù)完成端口的添加,我們來看看添加了什么端口呢?

static struct s3c24xx_uart_port s3c24xx_serial_ports[CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS] = {

[0] = {

.port = {

.lock= __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[0].port.lock),

.iotype= UPIO_MEM,

.irq= IRQ_S3CUART_RX0,

.uartclk= 0,

.fifosize= 16,

.ops= &s3c24xx_serial_ops,//對UART操作的函數(shù)

.flags= UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line= 0,

}

},

[1] = {

.port = {

.lock= __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[1].port.lock),

.iotype= UPIO_MEM,

.irq= IRQ_S3CUART_RX1,

.uartclk= 0,

.fifosize= 16,

.ops= &s3c24xx_serial_ops,//對UART操作的函數(shù)

.flags= UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line= 1,

}

},

#if CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS >2

[2] = {

.port = {

.lock= __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[2].port.lock),

.iotype= UPIO_MEM,

.irq= IRQ_S3CUART_RX2,

.uartclk= 0,

.fifosize= 16,

.ops= &s3c24xx_serial_ops,//對UART操作的函數(shù)

.flags= UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line= 2,

}

},

#endif

#if CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS >3

[3] = {

.port = {

.lock= __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[3].port.lock),

.iotype= UPIO_MEM,

.irq= IRQ_S3CUART_RX3,

.uartclk= 0,

.fifosize= 16,

.ops= &s3c24xx_serial_ops,//對UART操作的函數(shù)

.flags= UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line= 3,

}

}

#endif

};

在端口的定義中,我們知道s3c24xx_uart_port中定義了一個uart_port結構體,繼續(xù)跟蹤對UART的操作函數(shù)

static struct uart_ops s3c24xx_serial_ops = {

.pm= s3c24xx_serial_pm,

.tx_empty= s3c24xx_serial_tx_empty,//發(fā)送是否忙

.get_mctrl= s3c24xx_serial_get_mctrl,

.set_mctrl= s3c24xx_serial_set_mctrl,

.stop_tx= s3c24xx_serial_stop_tx,

.start_tx= s3c24xx_serial_start_tx,//類似于write

.stop_rx= s3c24xx_serial_stop_rx,

.enable_ms= s3c24xx_serial_enable_ms,

.break_ctl= s3c24xx_serial_break_ctl,

.startup= s3c24xx_serial_startup,//類似于open

.shutdown= s3c24xx_serial_shutdown,//類似于close

.set_termios= s3c24xx_serial_set_termios,//設置線路規(guī)程

.type= s3c24xx_serial_type,

.release_port= s3c24xx_serial_release_port,//釋放端口資源

.request_port= s3c24xx_serial_request_port,//申請端口資源

.config_port= s3c24xx_serial_config_port,//配置端口

.verify_port= s3c24xx_serial_verify_port,

};

對于上述uart_ops函數(shù),我們需要自己去實現(xiàn)uart層的具體操作。

我們在UART層主要涉及uart_driver,uart_port,uart_ops三個結構體,并調用tty層的uart_register_driver和uart_add_one_port完成驅動和端口的注冊,UART層具體操作函數(shù)需要用戶自己設計。

好了,總結下UART驅動層需要完成的任務:

其一,定義uart_driver、uart_ops、uart_port等結構體的實例并在適當?shù)牡胤礁鶕?jù)具體硬件和驅動的情況初始化它們,當然具體設備XXX的驅動可以將這些結構套在新定義的XXX_uart_driver、XXX_uart_ops、XXX_uart_port之內。

其二,在模塊初始化時調用uart_register_driver()和uart_add_one_port()以注冊UART驅動并添加端口,在模塊卸載時調用uart_unregister_driver()和uart_remove_one_port()以注銷UART驅動并移除端口。

其三,根據(jù)具體硬件的datasheet實現(xiàn)uart_ops中的成員函數(shù),這些函數(shù)的實現(xiàn)成為UART驅動的主體工作。

關鍵詞: Linux串口總線驅

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