Linux TTY驱动/串口驱动开发

一、TTY介绍

当前主要有三种类型tty设备及驱动程序：控制台、pty和串口。其中控制台和pty可看作为虚拟tty设备，物理tty设备包含串口、USB转串口、SPI转串口等。

二、TTY设备及驱动信息查看

确定tty设备及驱动程序类型可查阅/proc/tty/drivers文件。如下所示：

文件从左至右列举了：驱动程序名称，默认节点名称，驱动程序主设备号，次设备号范围，tty驱动程序类型。

以cdc-acm驱动为例，驱动为acm，节点名为/dev/ttyACMx，类型为serial串口。

当前注册并存在于内核的tty设备在/sys/class/tty下都有自己的子目录，如将USB CDC转双串口芯片CH342接入USB主机时，信息如下：

三、TTY驱动概览

Linux tty驱动包含硬件、tty驱动层、tty线路规程及tty核心层。

tty驱动层：将发送给它的数据格式化成硬件能理解的格式，并从硬件那里接收数据。

tty线路规程：使用特殊方法，把从用户或硬件接收的数据格式化，这类格式化通常使用一些协议完成转换，比如PPP或者蓝牙。

tty数据发送：tty核心从用户层得到发往tty设备的数据，然后把数据发送给tty线路规程驱动，该驱动负责把数据传递给tty驱动程序，tty驱动程序对数据进行格式化，然后才能发送给硬件。

tty数据接收：tty硬件接收的数据会传递给tty驱动程序，然后流入tty线路规程驱动程序，接着是tty核心，最后用户从tty核心获取数据。

四、TTY驱动实现

tty驱动的注册与注销

tty驱动程序的主要数据结构是结构tty_driver，被用来向tty核心注册和注销驱动程序。

注册tty驱动程序时，会同时注册字符设备驱动。

注册tty驱动

接口：tty_register_driver

• 指定驱动名
• 指定串口设备名
• 分配主从设备号

注销tty驱动

接口：tty_unregister_driver

实现TTY操作函数集

tty核心将和硬件有关的操作，抽象、封装出来，形成名称为struct tty_operations的数据结构，具体的tty driver不需要关心具体的业务逻辑，只需要根据实际的硬件情况，实现这些操作接口即可。

这些操作接口主要为上层tty应用程序操作硬件提供硬件实现，驱动和应用通过termios结构体关联，需要实现的通信接口主要包括：

1. 设备的打开（open）和关闭（close）
2. 设备的读（read）和写（write）
3. 线路设置(set_termios)：可看作串口参数配置
4. 设置与获取控制线路参数（tiocmget/tiocmset）：可看作MODEM信号读写
5. 其他自定义ioctls方法：如设置和获得串口线路信息等

如：CDC驱动中相应实现

    /*
     * TTY driver structures.
     */
     
    static const struct tty_operations acm_ops = {
    	.install =			acm_tty_install,
    	.open =				acm_tty_open,
    	.close =			acm_tty_close,
    	.cleanup =			acm_tty_cleanup,
    	.hangup =			acm_tty_hangup,
    	.write =			acm_tty_write,
    	.write_room =		acm_tty_write_room,
    	.ioctl =			acm_tty_ioctl,
    	.throttle =			acm_tty_throttle,
    	.unthrottle =		acm_tty_unthrottle,
    	.chars_in_buffer =	acm_tty_chars_in_buffer,
    	.break_ctl =		acm_tty_break_ctl,
    	.set_termios =		acm_tty_set_termios,
    	.tiocmget =			acm_tty_tiocmget,
    	.tiocmset =			acm_tty_tiocmset,
    	.get_serial =		get_serial_info,
    	.set_serial =		set_serial_info,
    	.get_icount =		acm_tty_get_icount,
    };