linux tty驱动实例
为解释 tty 核心如何工作, 我们创建一个小 tty 驱动, 可以被加载, 以及写入读出, 并
且卸载. 任何一个 tty 驱动的主要数据结构是 struct tty_driver. 它用来注册和注销
一个 tty 驱动到 tty 内核, 在内核头文件
为创建一个 struct tty_driver, 函数 alloc_tty_driver 必须用这个驱动作为参数而支
持的 tty 设备号来调用. 这可使用下面的简短代码来完成:
/* allocate the tty driver */
tiny_tty_driver = alloc_tty_driver(TINY_TTY_MINORS);
if (!tiny_tty_driver)
return -ENOMEM;
在 alloc_tty_driver 函数被成功调用后, struct tty_driver 应当用基于 tty 驱动的
需要的正确信息被初始化. 这个结构包含很多不同成员, 但不是为了有一个可工作的 tty
驱动而全部都必须被初始化. 这里有一个例子展示如何初始化这个结构并且建立足够的成
员来创建一个工作的 tty 驱动. 它使用 tty_set_operations 函数来帮助拷贝驱动中定
义的函数操作集合:
static struct tty_operations serial_ops = {
.open = tiny_open,
.close = tiny_close,
.write = tiny_write,
.write_room = tiny_write_room,
.set_termios = tiny_set_termios,
};
...
/* initialize the tty driver */
tiny_tty_driver->owner = THIS_MODULE;
tiny_tty_driver->driver_name = "tiny_tty";
tiny_tty_driver->name = "ttty";
tiny_tty_driver->devfs_name = "tts/ttty%d";
tiny_tty_driver->major = TINY_TTY_MAJOR,
tiny_tty_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL,
tiny_tty_driver->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL,
tiny_tty_driver->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW | TTY_DRIVER_NO_DEVFS,
tiny_tty_driver->init_termios = tty_std_termios;
tiny_tty_driver->init_termios.c_cflag = B9600 | CS8 | CREAD | HUPCL | CLOCAL;
tty_set_operations(tiny_tty_driver, &serial_ops);
上面列出的变量和函数, 以及这个结构如何使用, 在本章的剩下部分讲解.
为注册这个驱动到 tty 核心, struct tty_driver 必须传递到 tty_register_driver 函
数:
/* register the tty driver */
retval = tty_register_driver(tiny_tty_driver);
if (retval)
{
printk(KERN_ERR "failed to register tiny tty driver");
put_tty_driver(tiny_tty_driver);
return retval;
}
当调用 tty_register_driver, 内核创建了所有的不同 sysfs tty 文件为这个 tty 驱动
可能有的整个范围的次设备. 如果你使用 devfs ( 本书不涉及 ) 并且除非指定
TTY_DRIVER_NO_DEVFS 标志, devfs 文件也被创建. 这个标志可被指定如果你只想为这个
实际在系统中存在的设备调用 tty_register_device, 因此用户一直有一个内核中有的最
新的设备视图, 这就是 devfs 用户期望的.
在注册它自己后, 这个驱动通过 tty_register_device 注册它控制的设备. 这个函数有
3 个参数:
• 一个指针指向这个设备所属的 struct tty_driver.
• 设备的次编号
• 一个指针指向这个 tty 设备所绑定的 struct device. 如果这个 tty 设备没绑定
到任何一个 struct device, 这个参数可被设为 NULL.
我们的驱动一次注册所有的 tty 设备, 因为它们是虚拟的并且没有绑定到任何一个物理
设备:
for (i = 0; i < TINY_TTY_MINORS; ++i)
tty_register_device(tiny_tty_driver, i, NULL);
为从 tty 核心注销这个驱动, 所有的通过调用 tty_register_device 而注册的 tty 设
备需要使用对 tty_unregister_device 的调用来清理. 接着 struct tty_driver 必须使
用一个 tty_unregister_driver 调用来注销.
for (i = 0; i < TINY_TTY_MINORS; ++i)
tty_unregister_device(tiny_tty_driver, i);
tty_unregister_driver(tiny_tty_driver);
结构 struct termios
在 struct tty_driver 中的 init_termios 变量是一个 struct termios. 这个变量被用
来提供一个健全的线路设置集合, 如果这个端口在被用户初始化前使用. 驱动初始化这个
变量使用一个标准的数值集, 它拷贝自 tty_std_termios 变量. tty_std_termos 在 tty
核心被定义为:
struct termios tty_std_termios = {
.c_iflag = ICRNL | IXON,
.c_oflag = OPOST | ONLCR,
.c_cflag = B38400 | CS8 | CREAD | HUPCL,
.c_lflag = ISIG | ICANON | ECHO | ECHOE | ECHOK |
ECHOCTL | ECHOKE | IEXTEN,
.c_cc = INIT_C_CC
};
这个 struct termios 结构用来持有所有的当前线路设置, 给这个 tty 设备的一个特定
端口. 这些线路设置控制当前波特率, 数据大小, 数据流控设置, 以及许多其他值. 这个
结构的不同成员是:
tcflag_t c_iflag;
输入模式标志
tcflag_t c_oflag;
输出模式标志
tcflag_t c_cflag;
控制模式标志
tcflag_t c_lflag;
本地模式标志
cc_t c_line;
线路规程类型
cc_t c_cc[NCCS];
一个控制字符数组
所有的模式标志被定义为一个大的位段. 模式的不同值, 以及它们用在哪里, 可以见在任
何 Linux 发布中都有的 termios 手册页. 内核提供了一套有用的宏定义来获得不同的位.
这些宏定义在头文件 include/linux/tty.h 中定义.
所有的在 tiny_tty_driver 变量中定义的成员有必要有一个工作的 tty 驱动. owner 成
员是为了防止 tty 驱动在 tty 端口打开时被卸载. 在以前的内核版本, 它由 tty 驱动
自己负责处理模块引用计数逻辑. 但是内核程序员认为可能有困难来解决所有的不同的可
能的竞争条件, 因此 tty 核心为 tty 驱动处理所有的这样的控制..
driver_name 和 name 成员看起来非常相似, 然而用于不同用途. driver_name 变量应当
设为某个简单的, 描述性的并且和内核中所有 tty 驱动中是唯一的值. 这是因为它在
/proc/tty/drivers 文件中出现来描述这个驱动给用户, 以及在当前已加载的 tty 驱动
的 sysfs tty 类目录. name 成员用来定义一个名子给单独的分配给这个 tty 驱动的
tty 节点在 /dev 树中. 这个字符串用来创建一个 tty 设备通过在这个字串的后面追加
在使用的 tty 设备号. 它还用来创建一个设备名子在 sysfs /sys/class/tty 目录中.
如果 devfs 在内核中被使能, 这个名子应当包含任何这个 tty 驱动想被放入的子目录.
作为一个例子, 内核中的串口驱动设置这个 name 成员为 tts/ 如果 devfs 被使能,
ttyS 如果它没有被使能. 这个字串也显示在 /proc/tty/drivers 文件中.
如同我们提及的, /proc/tty/drivers 文件展示所有的当前注册的 tty 驱动. 在内核中
注册的 tiny_tty 驱动并且没有 devfs, 这个文件看来如下:
$ cat /proc/tty/drivers
tiny_tty /dev/ttty 240 0-3 serial
usbserial /dev/ttyUSB 188 0-254 serial
serial /dev/ttyS 4 64-107 serial
pty_slave /dev/pts 136 0-255 pty:slave
pty_master /dev/ptm 128 0-255 pty:master
pty_slave /dev/ttyp 3 0-255 pty:slave
pty_master /dev/pty 2 0-255 pty:master
unknown /dev/vc/ 4 1-63 console
/dev/vc/0 /dev/vc/0 4 0 system:vtmaster
/dev/ptmx /dev/ptmx 5 2 system
/dev/console /dev/console 5 1 system:console
/dev/tty /dev/tty 5 0 system:/dev/tty
还有, 当 tny_tty driver 被注册到 tty 核心, sysfs 目录 /sys/class/tty 看来有些
象下面:
$ tree /sys/class/tty/ttty*
/sys/class/tty/ttty0
`-- dev
/sys/class/tty/ttty1
`-- dev
/sys/class/tty/ttty2
`-- dev
/sys/class/tty/ttty3
`-- dev
$ cat /sys/class/tty/ttty0/dev
240:0
major 变量描述这个驱动的主编号是什么. type 和 subtype 变量声明这个驱动是什么
tty 驱动. 对于我们的例子, 我们是一个"正常"类型的串口驱动. 一个 tty 驱动的唯一
的其他子类型可能是一个 "callout" 类型. callout 设备传统上用来控制一个设备的线
路设置. 数据应当通过一个设备节点被发送和接收, 并且任何路线设置改变应当被发送给
一个不同的设备节点, 它是这个 callout 设备. 这要求使用 2 个次编号为每个 tty 设
备. 感激地, 所有的驱动既处理数据也处理线路设置在同一个设备节点, 并且这个
callout 类型很少用在新驱动中.
tty 驱动和 tty 核心都使用 flags 变量来指示驱动的当前状态和它是什么类型 tty 驱
动. 几个在测试或者操作 flags 时你必须使用的位掩码宏被定义了. flags 变量中的 3
个位可被驱动设置:
TTY_DRIVER_RESET_TERMIOS
这个标志说明 tty 核心复位了 termios 设置, 无论何时最后一个进程已关闭这个
设备. 对于控制台和 pty 驱动这是有用的. 例如, 假定用户留置一个终端在一个
奇怪的状态. 在设置了这个标志时, 这个终端被复位为一个正常值当用户注销或者
控制个会话的进程被"杀掉".
TTY_DRIVER_REAL_RAW
这个标志说明 tty 驱动保证发送奇偶或者坏字符通知给线路规程. 这允许线路规
程以一种更快的方式来处理接收到的字符, 因为它不必查看从 tty 驱动收到的每
个字符. 因为速度的得益, 这个值常常为所有 tty 驱动设置.
TTY_DRIVER_NO_DEVFS
这个标志说明当调用 tty_register_driver 时, tty 核心不创建任何 devfs 入口
给这个 tty 设备. 这对任何动态创建和销毁次设备的驱动都是有益的. 设置这个
的驱动的例子是这个 USB-到-串口 驱动, USB 猫驱动, USB 蓝牙 tty 驱动, 以及
好多标准串口设备.
当 tty 驱动后来想注册一个特殊的 tty 设备到 tty 核心, 它必须调用
tty_register_device, 有一个指针到这个 tty 驱动, 并且设备的次编号已被创建. 如果
这个没有完成, tty 核心仍然传递所有的调用到这个 tty 驱动, 但是一些内部的 tty 相
关的功能可能不存在. 这个包括新 tty 设备的 /sbin/hotplug 通知和 tty 设备的
sysfs 表示. 当注册的 tty 设备从机器中被移出, tty 驱动必须调用
tty_unregister_device.
The one remaining bit in this variable is controlled by the tty core and is
called TTY_DRIVER_INSTALLED. This flag is set by the tty core after the driver
has been regis-tered and should never be set by a tty driver.
这个变量中剩下的一位被 tty 核心控制, 被称为 TTY_DRIVER_INSTALLED. 这个标志被
tty 核心在驱动已注册后设置并且应当从不被 tty 驱动设置.