Linux驱动之串口（UART）

Posted 2020-10-27 『流浪的Coder』

<uart驱动程序概述>

在嵌入式Linux系统中，串口被看成终端设备，终端设备（tty）的驱动程序分为3部分：

tty_core

tty_disicipline 

tty_driver

 

包括3个结构体：uart_driver,uart_port,uart_ops（include/serial_core.h）。因此，实现一个平台的uart驱动程序只要实现这3个结构体即可。

 

<uart_driver和tty_driver之间的关系>

a:uart_driver结构体 

uart_driver包含了串口设备名、串口驱动名、主次设备号、串口控制台(可选)等信息，还封装了tty_driver(底层串口驱动无需关心tty_driver)。

struct uart_driver
 {

    struct module  *owner; //拥有该uart_driver的模块,一般为THIS_MODULE 
    constchar *driver_name; // 串口驱动名，串口设备文件名以驱动名为基础 
    constchar *dev_name; // 串口设备名 
    int major; //主设备号 
    int minor; //次设备号 
    int nr; // 该uart_driver支持的串口个数(最大) 
    struct console  *cons;// 其对应的console.若该uart_driver支持serial console,否则为NULL 
    .............................
    struct uart_state  *state;
    struct tty_driver  *tty_driver;   //uart_driver封装了tty_driver，使底层uart驱动不用关心ttr_driver。

};

 

 

(1)一个tty驱动程序必须注册/注销tty_driver。

(2)一个uart驱动则变为注册/注销uart_driver。

使用如下接口：

int uart_register_driver(struct uart_driver *drv);
void uart_unregister_driver(struct uart_driver *drv);
int tty_register_driver(struct tty_driver *drv);
void tty_unregister_driver(struct tty_driver *drv);

 

 

实际上，uart_register_driver()和uart_unregister_driver()中分别包含了tty_register_driver()和tty_unregister_driver()的操作,详情如下：

 

 

<uart_port>

a：uart_port用于描述一个UART端口（直接对应于一个串口）的I/O端口或I/O内存地址、FIFO大小、端口类型等信息。

struct uart_port {
spinlock_t lock;/* 串口端口锁 */
unsignedint iobase;/* IO端口基地址 */
unsignedchar __iomem *membase;/* IO内存基地址,经映射(如ioremap)后的IO内存虚拟基地址 */
unsignedint irq;/* 中断号 */
unsignedint uartclk;/* 串口时钟 */
unsignedint fifosize;/* 串口FIFO缓冲大小 */
unsignedchar x_char;/* xon/xoff字符 */
unsignedchar regshift;/* 寄存器位移 */
unsignedchar iotype;/* IO访问方式 */
unsignedchar unused1;

#define UPIO_PORT (0)/* IO端口 */
#define UPIO_HUB6 (1)
#define UPIO_MEM (2)/* IO内存 */
#define UPIO_MEM32 (3)
#define UPIO_AU (4)/* Au1x00 type IO */
#define UPIO_TSI (5)/* Tsi108/109 type IO */
#define UPIO_DWAPB (6)/* DesignWare APB UART */
#define UPIO_RM9000 (7)/* RM9000 type IO */

unsignedint read_status_mask;/* 关心的Rx error status */
unsignedint ignore_status_mask;/* 忽略的Rx error status */
struct uart_info *info;        //重要，见下面
struct uart_icount  icount;   /* 计数器 uart_icount为串口信息计数器，包含了发送字符计数、接收字符计数等。在串口的发送中断处理函数和接收中断处理函数中，我们需要管理这些计数。*/ 

struct console *cons;/* console结构体 */
#ifdefCONFIG_SERIAL_CORE_CONSOLE
unsignedlong sysrq;/* sysrq timeout */
#endif

upf_t flags;

#define UPF_FOURPORT ((__forceupf_t)(1 << 1))
#define UPF_SAK ((__forceupf_t)(1 << 2))
#define UPF_SPD_MASK ((__forceupf_t)(0x1030))
#define UPF_SPD_HI ((__forceupf_t)(0x0010))
#define UPF_SPD_VHI ((__forceupf_t)(0x0020))
#define UPF_SPD_CUST ((__forceupf_t)(0x0030))
#define UPF_SPD_SHI ((__forceupf_t)(0x1000))
#define UPF_SPD_WARP ((__forceupf_t)(0x1010))
#define UPF_SKIP_TEST ((__forceupf_t)(1 << 6))
#define UPF_AUTO_IRQ ((__forceupf_t)(1 << 7))
#define UPF_HARDPPS_CD ((__forceupf_t)(1 << 11))
#define UPF_LOW_LATENCY ((__forceupf_t)(1 << 13))
#define UPF_BUGGY_UART ((__forceupf_t)(1 << 14))
#define UPF_MAGIC_MULTIPLIER((__force upf_t)(1 << 16))
#define UPF_CONS_FLOW ((__forceupf_t)(1 << 23))
#define UPF_SHARE_IRQ ((__forceupf_t)(1 << 24))
#define UPF_BOOT_AUTOCONF ((__forceupf_t)(1 << 28))
#define UPF_FIXED_PORT ((__forceupf_t)(1 << 29))
#define UPF_DEAD ((__forceupf_t)(1 << 30))
#define UPF_IOREMAP ((__forceupf_t)(1 << 31))

#define UPF_CHANGE_MASK ((__forceupf_t)(0x17fff))
#define UPF_USR_MASK ((__forceupf_t)(UPF_SPD_MASK|UPF_LOW_LATENCY))

unsigned int mctrl;/* 当前的moden设置 */
unsigned int timeout;/* character-based timeout */
unsigned int type;/* 端口类型 */
const struct uart_ops *ops;/* 串口端口操作函数集 */
unsigned int custom_divisor;
unsigned int  line;/* 端口索引 */
resource_size_t mapbase;/* IO内存物理基地址，可用于ioremap */
struct device *dev;/* 父设备 */
unsigned char hub6;/* this should be in the 8250 driver */
unsigned char suspended;
unsigned char unused[2];
void*private_data;/* 端口私有数据,一般为platform数据指针 */
};

 

 

b:串口核心层提供如下函数来添加1个端口：

int uart_add_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *port);

(1)对上述函数的调用应该发生在uart_register_driver()之后，uart_add_one_port()的一个最重要作用是封装了tty_register_device()。

(2)uart_add_one_port()的“反函数”是uart_remove_one_port()，其中会调用tty_unregister_device()，原型为：

int uart_remove_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *port);

 

c:struct uart_info{}

uart_info有两个成员在底层串口驱动会用到：xmit和tty。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tty将接收到的数据传递给行规则层。

struct uart_info {
struct tty_struct *tty;   //接受
struct circ_buf xmit;    //上层需要发送
uif_t flags;
/*
* Definitions for info->flags. These are _private_ to serial_core,and
* are specific to this structure. They may be queried by low leveldrivers.
*/
#define UIF_CHECK_CD ((__force uif_t)(1 << 25))
#define UIF_CTS_FLOW ((__force uif_t)(1 << 26))
#define UIF_NORMAL_ACTIVE ((__force uif_t)(1 << 29))
#define UIF_INITIALIZED ((__force uif_t)(1 << 31))
#define UIF_SUSPENDED ((__force uif_t)(1 << 30))
int blocked_open;
struct tasklet_struct tlet;    //上层驱动任务等待队列的
wait_queue_head_t open_wait;
wait_queue_head_t delta_msr_wait;
};

<uart_port>

Uart_port中有一个重要的uart_ops，底层硬件需要实现：

struct uart_ops {
unsignedint(*tx_empty)(struct uart_port *); /* 串口的Tx FIFO缓存是否为空 */
void(*set_mctrl)(struct uart_port *,unsignedint mctrl);/* 设置串口modem控制 */
unsignedint(*get_mctrl)(struct uart_port *);/* 获取串口modem控制 */
void(*stop_tx)(struct uart_port *);/* 禁止串口发送数据 */
void(*start_tx)(struct uart_port *);/* 使能串口发送数据 */
void(*send_xchar)(struct uart_port *,char ch);/* 发送xChar */
void(*stop_rx)(struct uart_port *);/* 禁止串口接收数据 */
void(*enable_ms)(struct uart_port *);/* 使能modemLinux——Linux驱动之iMX6ULL平台下串口UART驱动实现RS232数据通信开发实战（UART驱动框架源码分析串口应用程序编写）

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