Linux串口驱动程序(1)-tty驱动程序架构

1.tty概念分析

• 在Linux系统中，终端是一类字符型设备，它包括多种类型，通常使用tty来简称各种类型的终端设备。由于串口也是一种终端，因此这里引入终端这个概念
  • 串口终端（/dev/ttyS*）
    • 串口终端是使用计算机串口连接的终端设备。Linux把每个串行端口都看作是一个字符设备。这些串行端口所对应的设备名称是 /dev/ttySAC0;/dev/ttySAC1……
  • 控制台终端（/dev/console）
    • 在Linux系统中，计算机的输出设备通常被称为控制台终端(Console)，这里特指printk信息输出到的设备。/dev/console是一个虚拟的设备，它需要映射到真正的tty(物理终端)上，比如通过内核启动参数” console=ttySAC0”就把console映射到了串口0。
  • 虚拟终端（/dev/tty*）
    • 当用户登录时，使用的是虚拟终端。使用Ctcl+Alt+[F1—F6]组合键时，我们就可以切换到tty1、tty2、tty3等上面去。tty1–tty6等称为虚拟终端，而tty0则是当前所使用虚拟终端的一个别名。
• 在Linux内核中printk函数处理是交给控制台终端的，控制台终端又把它映射到串口终端或者屏幕终端上。而虚拟终端更多是在应用程序中使用。

2.tty架构解析

• Linux tty子系统包含：tty核心，tty线路规程和tty驱动。tty核心是对整个tty设备的抽象，对用户提供统一的接口，tty线路规程是对传输数据的格式化，tty驱动则是面向tty设备的硬件驱动。它们的关系如下图。

• 表现在代码实现中，流程就是下面图片描述的。

3.回溯串口数据发送

• ttty最底层的发送函数：

static void s3c24xx_serial_start_tx(struct uart_port *port)
{
    struct s3c24xx_uart_port *ourport = to_ourport(port);

    dump_stack();  // 回溯函数的调用关系
    
    if (!tx_enabled(port)) {
        if (port->flags & UPF_CONS_FLOW)
	        s3c24xx_serial_rx_disable(port);

        enable_irq(ourport->tx_irq);
        tx_enabled(port) = 1;
    }
}

• 在源码中加入dump_stack()，回溯函数的调用关系。
• 对内核代码重新编译，下载到开发板，终端打印回溯信息：

[] (s3c24xx_serial_start_tx+0x0/0x64) from [] (uart_start+0x68/0x6c)
 r5:c38c5800 r4:60000013

[] (uart_start+0x0/0x6c) from [] (uart_write+0xc0/0xe0)
 r5:c38c5800 r4:00000000
[] (uart_write+0x0/0xe0) from [] (n_tty_write+0x1d8/0x448)
[] (n_tty_write+0x0/0x448) from [] (tty_write+0x14c/0x244)

[] (tty_write+0x0/0x244) from [] (redirected_tty_write+0x88/0x98)
[] (redirected_tty_write+0x0/0x98) from [] (vfs_write+0xb4/0xe8)
 r9:c397e000 r8:c00300c8 r7:00000004 r6:c397ff78 r5:40000000
r4:c3960100

• 去掉系统调用接口和内核服务例程相关函数。
• redirected_tty_write()函数调用tty核心tty_write()，tty_write()调用线路规程里面的ldisc.write()，然后调用n_tty_write()、uart_start()，最后调用tty驱动函数s3c24xx_serial_start_tx()。