Linux UART介绍
1. UART介绍
UART是一类tty设备, 是一种串行端口终端, 具体可参考<UART接口介绍>
在Linux中UART属于tty驱动的一部分, 具体实现包括驱动抽象层和硬件实现层
本文主要介绍了UART驱动抽象层, 代码主要是drivers/tty/serial/serial_core.c
2. UART接口
UART抽象层提供了一系列API供硬件实现层使用, 主要包括
/* 注册/释放uart驱动 */ int uart_register_driver(struct uart_driver *drv); void uart_unregister_driver(struct uart_driver *drv); /* 添加uart端口/设备 */ int uart_add_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport); int uart_remove_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport); /* 端口挂起和恢复 */ int uart_suspend_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport); int uart_resume_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport); /* 读写相关 */ void uart_write_wakeup(struct uart_port *port); void uart_insert_char(struct uart_port *port, unsigned int status, unsigned int overrun, unsigned int ch, unsigned int flag);
uart_register_driver完成了如下事宜
1. 为uart_driver分配uart_driver::nr个uart_state数据结构
2. 调用alloc_tty_driver分配tty_driver数据结构并赋值给uart_driver::tty_driver
3. 从uart_driver对应变量赋值tty_driver的driver_name、name、major、minor_start成员
4. 设置tty_driver::type为TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL, tty_driver::subtype为SERIAL_TYPE_NORMAL
5. 设置tty_driver::init_termios为tty_std_termios, 并定制init_termios::c_cflag和init_termios::c_ispeed
6. 设置tty_driver::flags为TTY_DRIVER_REAL_RAW | TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV
7. 设置tty_driver::driver_state指向uart私有数据uart_driver
8. 调用tty_set_operations将uart_ops赋值给tty_driver::ops
9. 调用tty_port_init初始化uart_driver::uart_state::tty_port
9.1 调用tty_buffer_init初始化tty_port::buf, 以及buf关联的工作队列tty_bufhead::work, 工作函数为flush_to_ldisc
9.2 初始化tty_port::open_wait和tty_port::delta_msr_wait等待队列
9.3 初始化tty_port::mutex和tty_port::buf_mutex互斥锁
9.4 初始化tty_port::close_delay为50、tty_port::closing_wait为3000, 为什么?
10. 将uart_port_ops赋值给uart_driver::uart_state::tty_port::tty_port_operations
11. 调用tty_register_driver注册tty驱动
uart_add_one_port完成了如下事宜
1. 将参数uport赋值给uart_driver::uart_state::uart_port, 将uart_driver::uart_state赋值给uport::uart_state
2. 将uart_driver::console赋值给uport::console
3. 获取uart端口的次设备号并赋值给uport::minor
4. 调用uart_configure_port进行uart端口配置
4.1 首先判断如果该端口没有配置物理信息则直接返回
4.2 如果uport::flags包含了UPF_BOOT_AUTOCONF, 则调用uport::uart_ops::config_port进行端口自动配置
4.3 通过uart_report_port来向内核打印uart端口相关信息
4.4 调用uart_change_pm给端口上电, 实际是调用uport::uart_ops::pm
4.5 调用uport::uart_ops::set_mctrl禁用串口控制
4.6 如果该端口关联控制台, 则调用register_console来注册控制台
4.7 如果该端口不是控制台端口, 则调用uart_change_pm给端口断电
5. 为uport::tty_groups分配2/3个数据结构并赋值, [0]为tty_dev_attr_group; [1]为uport::attr_group
6. 调用tty_port_register_device_attr注册tty设备
3. UART数据结构
UART抽象层包含如下几个重要数据结构
uart_driver是uart的私有驱动结构, 包括一些和tty_driver相同的变量和uart相关的变量
一个uart_driver通常对应多个uart_state, 一个uart_state对应一个uart_port, 一个uart_port对应一个串口设备
struct uart_driver { struct module *owner; const char *driver_name; /* 驱动名称, 如serial */ const char *dev_name; /* 设备名称, 如ttyS, 体现到/dev/文件系统下 */ int major; /* 主设备号, 如TTY_MAJOR*/
int minor; /* 次设备号 */ int nr; /* 串口设备数 */ struct console *cons; /* 控制台设备 */ struct uart_state *state; /* 串口状态 */ struct tty_driver *tty_driver; /* tty驱动 */ };
uart_port用于描述串口端口的物理信息, 如I/O端口或I/O内存地址、FIFO大小、端口类型、串口时钟等
struct uart_port { spinlock_t lock; /* port lock */ unsigned long iobase; /* io端口基地址 */ unsigned char __iomem *membase; /* 内存端口基地址 */ unsigned int (*serial_in)(struct uart_port *, int); /* 串口读函数 */ void (*serial_out)(struct uart_port *, int, int); /* 串口写函数 */ void (*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new,
struct ktermios *old); /* 串口配置函数 */ unsigned int (*get_mctrl)(struct uart_port *); /* 获取串口控制 */ void (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int); /* 设置串口控制 */ int (*startup)(struct uart_port *port); void (*shutdown)(struct uart_port *port); void (*throttle)(struct uart_port *port); void (*unthrottle)(struct uart_port *port); int (*handle_irq)(struct uart_port *); void (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state, unsigned int old); void (*handle_break)(struct uart_port *); int (*rs485_config)(struct uart_port *, struct serial_rs485 *rs485); unsigned int irq; /* 中断号 */ unsigned long irqflags; /* 中断标志 */ unsigned int uartclk; /* 串口时钟 */ unsigned int fifosize; /* fifo大小 */ unsigned char x_char; /* xon/xoff char */ unsigned char regshift; /* 寄存器偏移值 */ unsigned char iotype; /* io访问类型 */ unsigned char unused1; unsigned int read_status_mask; /* driver specific */ unsigned int ignore_status_mask; /* driver specific */ struct uart_state *state; /* 指向对用uart_state */ struct uart_icount icount; /* 串口使用计数 */ struct console *cons; /* 控制台设备 */ #if defined(CONFIG_SERIAL_CORE_CONSOLE) || defined(SUPPORT_SYSRQ) unsigned long sysrq; /* sysrq timeout */ #endif upf_t flags; upstat_t status; int hw_stopped; /* sw-assisted CTS flow state */ unsigned int mctrl; /* 当前的串口控制设置 */ unsigned int timeout; /* character-based timeout */ unsigned int type; /* 端口类型 */ const struct uart_ops *ops; /* 串口操作函数集 */ unsigned int custom_divisor; unsigned int line; /* 端口号 */ unsigned int minor; resource_size_t mapbase; /* 串口寄存器基地址 */ resource_size_t mapsize; struct device *dev; /* 父设备 */ unsigned char hub6; /* this should be in the 8250 driver */ unsigned char suspended; unsigned char irq_wake; unsigned char unused[2]; struct attribute_group *attr_group; /* port specific attributes */ const struct attribute_group **tty_groups; /* all attributes (serial core use only) */ struct serial_rs485 rs485; void *private_data; /* 端口私有数据, 一般为platform数据指针 */ };
uart_state代表uart设备的状态
struct uart_state { struct tty_port port; enum uart_pm_state pm_state; struct circ_buf xmit; atomic_t refcount; wait_queue_head_t remove_wait; struct uart_port *uart_port; };
uart_ops是uart端口操作集, 与硬件相关
struct uart_ops { unsigned int (*tx_empty)(struct uart_port *); /* 发送TX FIFO缓冲区是否为空 */ void (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int mctrl); /* 设置串口控制模式 */ unsigned int (*get_mctrl)(struct uart_port *); /* 获取串口控制状态 */ void (*stop_tx)(struct uart_port *); /* 停止发送 */ void (*start_tx)(struct uart_port *); /* 开始发送 */ void (*throttle)(struct uart_port *); /**/ void (*unthrottle)(struct uart_port *); /**/ void (*send_xchar)(struct uart_port *, char ch); /* XON/XOFF发送函数 */ void (*stop_rx)(struct uart_port *); /* 停止接收 */ void (*enable_ms)(struct uart_port *); /* 串口状态使能使能 */ void (*break_ctl)(struct uart_port *, int ctl); /* 控制break信号的传输 */ int (*startup)(struct uart_port *); /* 启动串口 */ void (*shutdown)(struct uart_port *); /* 关闭串口 */ void (*flush_buffer)(struct uart_port *); /* 刷新缓冲区 */ void (*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new,
struct ktermios *old); /* 设置串口参数 */ void (*set_ldisc)(struct uart_port *, struct ktermios *); /* 设置线路规程 */ void (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,
unsigned int oldstate); /* 电源管理 */ void (*wake_peer)(struct uart_port *); /**/ const char *(*type)(struct uart_port *); /* 端口描述符 */ void (*release_port)(struct uart_port *); /* 释放端口物理资源 */ int (*request_port)(struct uart_port *); /* 申请端口物理资源 */ void (*config_port)(struct uart_port *, int); /* 端口配置 */ int (*verify_port)(struct uart_port *, struct serial_struct *); /* 校验端口信息 */
int (*ioctl)(struct uart_port *, unsigned int, unsigned long); /* 控制端口 */ #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 };
4. UART驱动编写
uart驱动的编写主要步骤如下:
1. 定义uart_driver静态变量, 实现driver_name、dev_name、nr、cons、major、minor等
2. 定义并实现uart_ops和console数据结构
3. 根据具体的硬件进行实现uart_port数据结构, 或者从DTS获取对应的数据
3. 调用uart_register_driver注册uart驱动
4. 调用uart_add_one_port添加uart端口
