Linux下TTY驱动程序分析

1、tty设备

有串口、usb转串口、调制解调器（传统的WinModem类设备）等。Linux-tty驱动程序的核心紧挨在标准字符设备驱动层之下，并体统了一系列的功能，作为接口被终端类型设备使用。内核负责控制通过tty设备的数据流，并且格式化这些数据。为了控制数据流，有许多不同的线路规程（line discipline）可以虚拟地“插入”任何的tty设备上，这由不同的tty线路规程驱动程序实现。tty线路规程的作用是使用特殊的方法，把从用户或者硬件那里接受的数据格式化。这种格式化通常使用一些协议来完成转换，比如PPP或者是蓝牙Bluetooth。

2、tty架构图分析

用户空间主要是通过设备文件同tty_core交互。tty_core根据用空间操作的类型再选择跟line discipline和tty_driver交互。例如设置硬件的ioctl指令就直接交给tty_driver处理。Read和write操作就会交给 line discipline处理。Line discipline是线路规程的意思。正如它的名字一样，它表示的是这条终端”线程”的输入与输出规范设置.主要用来进行输入/输出数据的预处理。处理之后。就会将数据交给tty_driver。Tty_driver就是终端对应的驱动了。它将字符转换成终端可以理解的字串，再将其传给终端设备。

值得注意的是，这个架构没有为tty_driver提供read操作。也就是说tty_core 和line discipline都没有办法从tty_driver里直接读终端信息。这是因为tty_driver对应的hardware并不一定是输入数据和输出 数据的共同负载者。例如控制终端，输出设备是显示器。输入设备是键盘。基于这样的原理。在line discipline中有一个输入缓存区。并提供了一个名叫receive_buf()的接口函数。对应的终端设备只要调用line discipine的receiver_buf函数，将数据写入到输入缓存区就可以了。

如果一个设备同时是输入设备又是输出设备。那在设备的中断处理中调用receive_buf()将数据写入即可。

3、核心结构体

#include <linux/tty_driver.h>
struct tty_driver {
	int	magic;		/*幻数，通常被设置为TTY_DRIVER_MAGIC。在alloc_tty_driver函数中被初始化*/
	struct kref kref;	/* Reference management */
	struct cdev cdev;
	struct module	*owner;/*驱动模块的所有者*/
	const char	*driver_name;/*驱动程序的名称，在/proc/tty和sysfs中使用*/
	const char	*name;/*驱动节点的名字*/
	int	name_base;	/*为穿件设备名字而使用的开始编号*/
	int	major;		/*驱动程序的主设备号*/
	int	minor_start;	/*驱动程序使用的最小次设备号*/
	int	minor_num;	/* number of *possible* devices */
	int	num;		/*可以分配给驱动程序次设备号的个数*/
	short	type;		/* type of tty driver */
	short	subtype;	/* subtype of tty driver */
	struct ktermios init_termios; /*当被创建时，含有初始值的termios结构*/
	int	flags;		/*驱动程序标志位*/
	struct proc_dir_entry *proc_entry; /*驱动程序的/proc入口结构体*/
	struct tty_driver *other; /*指向tty从属设备驱动程序的指针*/
	/*
	 * Pointer to the tty data structures
	 */
	struct tty_struct **ttys;
	struct ktermios **termios;
	struct ktermios **termios_locked;
	void *driver_state;
	/*
	 * Driver methods
	 */
	const struct tty_operations *ops;
	struct list_head tty_drivers;
};

#include <linux/tty_driver.h>
struct tty_operations {
	struct tty_struct * (*lookup)(struct tty_driver *driver,
			struct inode *inode, int idx);
	int  (*install)(struct tty_driver *driver, struct tty_struct *tty);
	void (*remove)(struct tty_driver *driver, struct tty_struct *tty);
	int  (*open)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);/*open函数*/
	void (*close)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);/*close函数*/
	void (*shutdown)(struct tty_struct *tty);
	void (*cleanup)(struct tty_struct *tty);
	int  (*write)(struct tty_struct * tty,
		      const unsigned char *buf, int count);/*write函数*/
	int  (*put_char)(struct tty_struct *tty, unsigned char ch);/*单字符写入函数*/
	void (*flush_chars)(struct tty_struct *tty);
	int  (*write_room)(struct tty_struct *tty);/*检测缓冲区的剩余空间*/
	int  (*chars_in_buffer)(struct tty_struct *tty);/*检测包含数据的缓冲区数量*/
	int  (*ioctl)(struct tty_struct *tty,
		    unsigned int cmd, unsigned long arg);/*当设备节点的调用ioctl(2)时，该函数被tty核心调用*/
	long (*compat_ioctl)(struct tty_struct *tty,
			     unsigned int cmd, unsigned long arg);
	void (*set_termios)(struct tty_struct *tty, struct ktermios * old);/*改变设备的termios设置*/
	void (*throttle)(struct tty_struct * tty);/*当tty核心的输入缓冲区满的时候，调用该函数。
					tty驱动程序将试图通知设备，不要再发送更多的字符。*/
	void (*unthrottle)(struct tty_struct * tty);/*当tty核心的输入缓冲区被清空是，调用该函数，使能其接受更多的数据*/
	void (*stop)(struct tty_struct *tty);/*tty驱动程序将停止向设备发送数据*/
	void (*start)(struct tty_struct *tty);/*恢复数据的传送*/
	void (*hangup)(struct tty_struct *tty);/*当tty驱动程序挂起tty设备时，调用该函数。此时对任何特定硬件的操作应当被挂起*/
	int (*break_ctl)(struct tty_struct *tty, int state);/*中断连接控制函数*/
	void (*flush_buffer)(struct tty_struct *tty);/*刷新缓冲区，并丢失里面的数据*/
	void (*set_ldisc)(struct tty_struct *tty);/*设置线路规程的函数*/
	void (*wait_until_sent)(struct tty_struct *tty, int timeout);/*向硬件发送数据*/
	void (*send_xchar)(struct tty_struct *tty, char ch);/*发送X类型的字符函数。要发送的字符放在ch变量中*/
	int (*tiocmget)(struct tty_struct *tty);/*获得特定tty设备当前的线路设置*/
	int (*tiocmset)(struct tty_struct *tty,
			unsigned int set, unsigned int clear);/*为特定的tty设备设置当前线路*/
	int (*resize)(struct tty_struct *tty, struct winsize *ws);
	int (*set_termiox)(struct tty_struct *tty, struct termiox *tnew);
	int (*get_icount)(struct tty_struct *tty,
				struct serial_icounter_struct *icount);
#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
	int (*poll_init)(struct tty_driver *driver, int line, char *options);
	int (*poll_get_char)(struct tty_driver *driver, int line);
	void (*poll_put_char)(struct tty_driver *driver, int line, char ch);
#endif
	const struct file_operations *proc_fops;
};