uart驱动框架分析（二）uart_add_one_port

作者：lizuobin （百问网论坛答疑助手）
原文：
https://blog.csdn.net/lizuobin2/article/details/51801183
(所用开发板：mini2440, jz2440类似，代码很多，需要你建个si工程跟着代码分析)

在前面的一篇文章中: tty初探 — uart驱动框架分析，我们分析了一个 uart_driver 的向上注册过程，主要是 tty 的一些东西，知道了 tty 注册了一个字符设备驱动，在用户空间 open 时将调用到 uart_port.ops.startup ,在用户空间 write 则调用 uart_port.ops.start_tx ，还知道了如何 read 数据等等。

但是，这些都是内核帮我们实现好的，在真正的驱动开发过程中几乎不涉及那些代码的修改移植工作，真正需要我们触碰的是 uart_port 这个结构体，它真正的对应于一个物理的串口。

其实，真正需要我们做的工作就是分配一个uart_port 结构，然后 uart_add_one_port 。分析过 s3c2440 uart 的驱动代码之后，我发现，这么一个简单的目标简直就像是经历了山路十八弯。

先说一下大体的思路，uart_port 的注册过程是基于 platform 平台设备驱动模型，device 侧提供 3 个串口的硬件信息，并注册到 platform_bus_type 中去。然后 driver 也注册到 platform_bus_type 时，就会根据名字进行匹配，从而调用 driver->probe 函数，在 probe 函数里进行 uart_add_one_port 。思路简单，复杂在 s3c2440 注册 device 之前的工作扯了太多东西。

先秀个最终分析的图：

一、Linux 启动过程回忆

在 uboot 启动内核的时候，内核刚刚启动我们就看到串口各种信息输出了，也就是说串口驱动的初始化工作是在 Linux 启动过程中一个比较靠前的位置。内核启动的时候首先会去判断 cpu id 是否支持，接着判断是否支持uboot 传递进来的单板 Id ，然后 start_kernel -》setup_arch 进行一系列的初始化工作，其中必然包含串口相关初始化。

内核中所有支持的单板都用 MACHINE_START 和 MACHINE_END 来定义
在板级相关文件\linux-2.6.22.6\arch\arm\mach-xxx2440\mach-xxx2440中：

MACHINE_START(MINI2440, "FriendlyARM Mini2440 development board")
  .phys_io  = S3C2410_PA_UART,
  .io_pg_offst  = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
  .boot_params  = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
  .init_irq  = s3c24xx_init_irq,
  .map_io    = mini2440_map_io,
  .init_machine  = mini2440_machine_init,
  .timer    = &s3c24xx_timer,
MACHINE_END

但是，里面的这些函数是何时被调用的，调用的先后顺序是怎样的，我们需要分析 Linux 的启动流程才能知道，信息量比较大，在前面的一篇文章中分析过了
请参考：
http://blog.csdn.net/lizuobin2/article/details/51779064

如果你自己分析一遍的话，调用先后顺序应该是这样的：

start_kernel -》setup_arch -》 map_io -》 init_irq -》 timer -》 init_machine -》 s3c_arch_init -》 s3c24xx_serial_modinit -》s3c2440_serial_init
后面三个函数是通过类似于 module_init 等被组织进内核里去的放在一个特殊的段里，内核启动到一定时候就去把这个段里的每一个函数取出来去调用，也是与串口相关的，分析过程不再赘述。

二、platform device 的注册之路

分析出了整个的串口驱动的初始化、设置、注册流程，问题就简单多了，挨个函数分析便是。

static void __init mini2440_map_io(void)
{
  s3c24xx_init_io(mini2440_iodesc, ARRAY_SIZE(mini2440_iodesc));
  s3c24xx_init_clocks(12000000);
  s3c24xx_init_uarts(mini2440_uartcfgs, ARRAY_SIZE(mini2440_uartcfgs));
}

能一眼看出来，外部晶振的频率12M ，如果我们在移植其它单板的时候不是 12M ，记得修改。

void __init s3c24xx_init_io(struct map_desc *mach_desc, int size)
{
  ....
  s3c_init_cpu(idcode, cpu_ids, ARRAY_SIZE(cpu_ids));
}

static struct cpu_table *cpu;

void __init s3c_init_cpu(unsigned long idcode,struct cpu_table *cputab, unsigned int cputab_size)
{
  cpu = s3c_lookup_cpu(idcode, cputab, cputab_size);
  cpu->map_io();
}

static struct cpu_table * __init s3c_lookup_cpu(unsigned long idcode,
struct cpu_table *tab,
unsigned int count)
{
for (; count != 0; count--, tab++) {
if ((idcode & tab->idmask) == tab->idcode)
return tab;
  }
 
return NULL;
}

static struct cpu_table cpu_ids[] __initdata = {
  {
    ...
    .idcode    = 0x32440000,
    .idmask    = 0xffffffff,
    .map_io    = s3c244x_map_io,
    .init_clocks  = s3c244x_init_clocks,
    .init_uarts  = s3c244x_init_uarts,
    .init    = s3c2440_init,
    .name    = name_s3c2440
  },
  ...
};

上边四段代码费尽周折，只为调用 cpu_ids 数组里的 s3c244x_map_io 函数。

void __init s3c244x_map_io(void)
{
/* register our io-tables */
 
  iotable_init(s3c244x_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c244x_iodesc));
 
/* rename any peripherals used differing from the s3c2410 */
 
  s3c_device_sdi.name  = "s3c2440-sdi";
  s3c_device_i2c0.name  = "s3c2440-i2c";
  s3c_device_nand.name = "s3c2440-nand";
  s3c_device_usbgadget.name = "s3c2440-usbgadget";
}

也是醉醉的，竟然跟串口毫无关系。下面看 s3c24xx_init_uarts

void __init s3c24xx_init_uarts(struct s3c2410_uartcfg *cfg, int no)
{
  (cpu->init_uarts)(cfg, no);
}

呵，前边的工作果然也不是完全白做的，至少帮我们找到了 cpu ，那么就是调用 s3c244x_init_uarts

void __init s3c244x_init_uarts(struct s3c2410_uartcfg *cfg, int no)
{
  s3c24xx_init_uartdevs("s3c2440-uart", s3c2410_uart_resources, cfg, no);
}

继续往下看之前，我们先看一下参数 cfg , no ，s3c2410_uart_resources

s3c24xx_init_uarts(mini2440_uartcfgs, ARRAY_SIZE(mini2440_uartcfgs));
static struct s3c2410_uartcfg mini2440_uartcfgs[] __initdata = {

  [0] = {
    .hwport      = 0,
    .flags       = 0,
    .ucon        = 0x3c5,
    .ulcon       = 0x03,
    .ufcon       = 0x51,
  },
/* 此处略去了 1、2 两个串口的信息 */
};

struct s3c24xx_uart_resources s3c2410_uart_resources[] __initdata = {
[0] = {
    .resources  = s3c2410_uart0_resource,
    .nr_resources  = ARRAY_SIZE(s3c2410_uart0_resource),
  },
/* 此处略去了 1、2 串口的信息 */
};
static struct resource s3c2410_uart0_resource[] = {

  [0] = {
    .start = S3C2410_PA_UART0,
    .end   = S3C2410_PA_UART0 + 0x3fff,
    .flags = IORESOURCE_MEM,
  },
  [1] = {
    .start = IRQ_S3CUART_RX0,
    .end   = IRQ_S3CUART_ERR0,
    .flags = IORESOURCE_IRQ,
  }
};

万事俱备，开始构建 device
linux-2.6.22.6\linux-2.6.22.6\arch\arm\plat-s3c24xx\devs.c中：

struct platform_device *s3c24xx_uart_src[4] = {
  &s3c24xx_uart_device0,
  &s3c24xx_uart_device1,
  &s3c24xx_uart_device2,
  &s3c24xx_uart_device3,
};

static struct s3c2410_uartcfg uart_cfgs[CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS];
/*填充平台设备的过程，未注册 */
void __init s3c24xx_init_uartdevs(char *name, struct s3c24xx_uart_resources *res,
          struct s3c2410_uartcfg *cfg, int no)
{
struct platform_device *platdev;
struct s3c2410_uartcfg *cfgptr = uart_cfgs;
struct s3c24xx_uart_resources *resp;
int uart;

/* 将mini2440_uartcfgs 数组里的参数拷贝到 cfgptr*/
memcpy(cfgptr, cfg, sizeof(struct s3c2410_uartcfg) * no);
 
for (uart = 0; uart < no; uart++, cfg++, cfgptr++) {
    
/*从 s3c24xx_uart_src 数组里取出平台设备 */
    platdev = s3c24xx_uart_src[cfgptr->hwport];
    
/*获得对应的 resource ,物理寄存器和中断 */
    resp = res + cfgptr->hwport;
 
/* 将 s3c24xx_uart_src 的平台设备放到平台设备数组 s3c24xx_uart_devs */
    s3c24xx_uart_devs[uart] = platdev;
    
/*设置名字、资源 */
    platdev->name = name;
    platdev->resource = resp->resources;
    platdev->num_resources = resp->nr_resources;
/*设置平台数据 mini2440_uartcfgs 数组里的东西 */
    platdev->dev.platform_data = cfgptr;
  }
 
  nr_uarts = no;
}

至此，device 构建设置完毕，等待注册：
1、三个串口的 device 存放在 s3c24xx_uart_devs 数组里，后边肯定会从数组里取出来注册。

2、三个串口的 device 的名字都是 “s3c2440-uart”。

3、三 个串口的 device 资源文件里存放好了 io 物理地址，Irq 等信息。

4、三 个串口的 device 资源数据。
移植过程中可能需要修改的文件：mini2440_uartcfgs 、s3c2410_uart0_resource 、s3c24xx_uart_src 还有那个晶振频率。

linux-2.6.22.6\linux-2.6.22.6\arch\arm\plat-s3c24xx\cpu.c中s3c_arch_init 函数中，将 device 注册到 platform_bus_type

static int __init s3c_arch_init(void)
{
 int ret;
 ret = platform_add_devices(s3c24xx_uart_devs, nr_uarts);
 return ret;
}

三、uart_driver 的注册

注意，是 uart_driver 的注册，是上一篇文章讲的过程，并不是对应于平台设备的平台驱动。为什么在这个时候注册 uart_driver，因为如果先注册平台设备的 driver 的话，那么在probe函数里 uart_add_one_port ,uart_prot 没地方注册，因此，要先注册 uart_driver ，简单贴下代码，不在分析。

在串口驱动linux-2.6.22.6\linux-2.6.22.6\drivers\serial\s3c2410.c中

static struct uart_driver s3c24xx_uart_drv = {
  .owner    = THIS_MODULE,
  .dev_name  = "s3c2410_serial",
  .nr    = CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS,
  .cons    = S3C24XX_SERIAL_CONSOLE,
  .driver_name  = S3C24XX_SERIAL_NAME,
  .major    = S3C24XX_SERIAL_MAJOR,
  .minor    = S3C24XX_SERIAL_MINOR,
};

static int __init s3c24xx_serial_modinit(void)
{
 int ret;
 ret = uart_register_driver(&s3c24xx_uart_drv);
 if (ret < 0) {
    printk(KERN_ERR "failed to register UART driver\n");
return -1;
  }
 
return 0;
}

四、platform driver 的注册以及 probe 函数

static int s3c2440_serial_probe(struct platform_device *dev)
{
dbg("s3c2440_serial_probe: dev=%p\n", dev);
return s3c24xx_serial_probe(dev, &s3c2440_uart_inf);
}
 

static struct platform_driver s3c2440_serial_driver = {
  .probe    = s3c2440_serial_probe,
  .remove    = __devexit_p(s3c24xx_serial_remove),
  .driver    = {
    .name  = "s3c2440-uart",
    .owner  = THIS_MODULE,
  },
};

s3c24xx_console_init(&s3c2440_serial_driver, &s3c2440_uart_inf);
static int __init s3c2440_serial_init(void)
{
return s3c24xx_serial_init(&s3c2440_serial_driver, &s3c2440_uart_inf);
}

将驱动注册到 platform_bus_type ，此时会遍历 platform_bus_type 的 deivce 链表，取出 device 进行名字比较，我们前边注册的三个device的名字是一样的，没关系 Linux 允许这样做，每次匹配到一个都调用一次 Probe 函数。

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,/* 底层的操作函数 */
      .flags    = UPF_BOOT_AUTOCONF,
      .line    = 0,
    }
  },
/* 此处略去了两个串口的信息 */
};

int s3c24xx_serial_probe(struct platform_device *dev,
struct s3c24xx_uart_info *info)
{
  struct s3c24xx_uart_port *ourport;
  int ret;
/*取出 uart_port  */
  ourport = &s3c24xx_serial_ports[probe_index];
  
  probe_index++;
/* 对 uart_port 进一步设置*/
  ret = s3c24xx_serial_init_port(ourport, info, dev);
/* 将 uart_port 注册到 uart_driver */
  uart_add_one_port(&s3c24xx_uart_drv, &ourport->port);
  
  platform_set_drvdata(dev, &ourport->port);
 
  ret = device_create_file(&dev->dev, &dev_attr_clock_source);
 
  ret = s3c24xx_serial_cpufreq_register(ourport);
 
return 0;
 
}

static int s3c24xx_serial_init_port(struct s3c24xx_uart_port *ourport,
struct s3c24xx_uart_info *info, struct platform_device *platdev)
{
  struct uart_port *port = &ourport->port;
  struct s3c2410_uartcfg *cfg;
  struct resource *res;
  int ret;
 
  cfg = s3c24xx_dev_to_cfg(&platdev->dev);
 
/*setup info for port */
  port->dev  = &platdev->dev;
  ourport->info  = info;
 
/* copy the info in from provided structure */
  ourport->port.fifosize = info->fifosize;
 /* 设置时钟 */
  port->uartclk = 1;
 
/* sort our the physical and virtual addresses for each UART */
 
  res = platform_get_resource(platdev, IORESOURCE_MEM, 0);

  /* 设置物理地址，虚拟地址 */
  port->mapbase = res->start;
  port->membase = S3C_VA_UART + res->start - (S3C_PA_UART & 0xfff00000);
  ret = platform_get_irq(platdev, 0);
if (ret < 0)
    port->irq = 0;
else {
    port->irq = ret;/* 设置中断号 */
    ourport->rx_irq = ret;
    ourport->tx_irq = ret + 1;
  }
  
  ret = platform_get_irq(platdev, 1);
 ourport->clk  = clk_get(&platdev->dev, "uart");
 
/* reset the fifos (and setup the uart) */
  s3c24xx_serial_resetport(port, cfg);
return 0;
}

int uart_add_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport)
{
  struct uart_state *state;
  struct tty_port *port;
  int ret = 0;
  struct device *tty_dev;
  BUG_ON(in_interrupt());
 
if (uport->line >= drv->nr)
return -EINVAL;
 
  state = drv->state + uport->line;
  port = &state->port;
 
  mutex_lock(&port_mutex);
  mutex_lock(&port->mutex);
if (state->uart_port) {
    ret = -EINVAL;
goto out;
  }
 /* 将 uart_prot 绑定到 uart_driver 对应的 state */
  state->uart_port = uport;
  state->pm_state = -1;
 
  uport->cons = drv->cons;
  uport->state = state;
 
/*
   * If this port is a console, then the spinlock is already
   * initialised.
   */
if (!(uart_console(uport) && (uport->cons->flags & CON_ENABLED))) {
    spin_lock_init(&uport->lock);
    lockdep_set_class(&uport->lock, &port_lock_key);
  }
/*实际调用 port->ops->config_port(port, flags) 稍后再看 */
  uart_configure_port(drv, state, uport);
 
/*
   *上一篇文章中，我们提到tty注册了一个字符设备 “ttySAC ”
   *那么，我们平时看到的 “ttySAC0”“ttySAC1”等就是在这里注册的
   */
  tty_dev = tty_register_device(drv->tty_driver, uport->line, uport->dev);
if (likely(!IS_ERR(tty_dev))) {
    device_init_wakeup(tty_dev, 1);
    device_set_wakeup_enable(tty_dev, 0);
  } else
    print(KERN_ERR "Cannot register tty device on line %d\n",
           uport->line);
 
/*
   * Ensure UPF_DEAD is not set.
   */
  uport->flags &= ~UPF_DEAD;
 
 out:
  mutex_unlock(&port->mutex);
  mutex_unlock(&port_mutex);
 
return ret;
}
 

struct device *tty_register_device(struct tty_driver *driver, unsigned index,
struct device *device)
{
char name[64];
  dev_t dev = MKDEV(driver->major, driver->minor_start) + index;
 
if (index >= driver->num) {
    printk(KERN_ERR "Attempt to register invalid tty line number "
" (%d).\n", index);
return ERR_PTR(-EINVAL);
  }
 
if (driver->type == TTY_DRIVER_TYPE_PTY)
    pty_line_name(driver, index, name);
else
    tty_line_name(driver, index, name);
 
return device_create(tty_class, device, dev, NULL, name);
}

static void tty_line_name(struct tty_driver *driver, int index, char *p)
{
  sprintf(p, "%s%d", driver->name, index + driver->name_base);
}

tty_driver->name == "ttySAC"，在此基础上加上 uart_port.line ，就组成了具体串口的设备节点的名字，例如“ttySAC0”。

分析到这里，完了么？没有，还有一个非常重要的东西没有分析呢，那就是底层的操作函数。

static struct uart_ops s3c24xx_serial_ops = {
  .pm    = s3c24xx_serial_pm,
  .tx_empty  = s3c24xx_serial_tx_empty,
  .get_mctrl  = s3c24xx_serial_get_mctrl,
  .set_mctrl  = s3c24xx_serial_set_mctrl,
  .stop_tx  = s3c24xx_serial_stop_tx,
  .start_tx  = s3c24xx_serial_start_tx,
  .stop_rx  = s3c24xx_serial_stop_rx,
  .enable_ms  = s3c24xx_serial_enable_ms,
  .break_ctl  = s3c24xx_serial_break_ctl,
  .startup  = s3c24xx_serial_startup,
  .shutdown  = s3c24xx_serial_shutdown,
  .set_termios  = s3c24xx_serial_set_termios,
  .type    = s3c24xx_serial_type,
  .release_port  = s3c24xx_serial_release_port,
  .request_port  = s3c24xx_serial_request_port,
  .config_port  = s3c24xx_serial_config_port,
  .verify_port  = s3c24xx_serial_verify_port,
};

这么多的函数，如果让我们自己来实现，那真的头都要大了。一般芯片厂家会帮我们搞好。其他的不分析了，分析一个 startup 函数，因为我们在用户空间 open 的时候会调用它，那么必然有一些初始化的工作。

static int s3c24xx_serial_startup(struct uart_port *port)
{
  struct s3c24xx_uart_port *ourport = to_ourport(port);
  int ret;
 
  dbg("s3c24xx_serial_startup: port=%p (%08lx,%p)\n",
      port->mapbase, port->membase);
 
  rx_enabled(port) = 1;
 
  ret = request_irq(ourport->rx_irq, s3c24xx_serial_rx_chars, 0,
        s3c24xx_serial_portname(port), ourport);
 
 if (ret != 0) {
    printk(KERN_ERR "cannot get irq %d\n", ourport->rx_irq);
 return ret;
  }
 
  ourport->rx_claimed = 1;
 
  dbg("requesting tx irq...\n");
 
  tx_enabled(port) = 1;
 
  ret = request_irq(ourport->tx_irq, s3c24xx_serial_tx_chars, 0,
        s3c24xx_serial_portname(port), ourport);
 
 if (ret) {
    printk(KERN_ERR "cannot get irq %d\n", ourport->tx_irq);
 goto err;
  }
 
  ourport->tx_claimed = 1;
 
  dbg("s3c24xx_serial_startup ok\n");
 
/* the port reset code should have done the correct
   * register setup for the port controls */
 if (port->line == 2) {
    s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPH(6), S3C2410_GPH6_TXD2);
    s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPH(6), 1);
    s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPH(7), S3C2410_GPH7_RXD2);
    s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPH(7), 1);
  }
 
 
 return ret;
 
 err:
  s3c24xx_serial_shutdown(port);
 return ret;
}

主要工作是注册了两个中断，发送中断，接收中断，来看看一个和我们上篇文章的猜测是否一致。

static irqreturn_t s3c24xx_serial_rx_chars(int irq, void *dev_id)
{
  ..../* 调用线路规程的...和上篇文章一致 */
  tty_flip_buffer_push(tty);
 
out:
return IRQ_HANDLED;
}
static irqreturn_t s3c24xx_serial_tx_chars(int irq, void *id)

{
  ....
 
if (uart_circ_chars_pending(xmit) < WAKEUP_CHARS)
    uart_write_wakeup(port);
 
if (uart_circ_empty(xmit))
    s3c24xx_serial_stop_tx(port);
 
out:
return IRQ_HANDLED;
}
void uart_write_wakeup(struct uart_port *port)
{
  struct uart_state *state = port->state;
  /*
   * This means you called this function _after_ the port was
   * closed.  No cookie for you.
   */
  BUG_ON(!state);
  tasklet_schedule(&state->tlet); /* 也一致 */
}

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