ARM Linux S3C2440 之UART分析
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在分析ARM-Linux s3c2440中UART的时有必要先了解 s3c2440A中串口的硬件知识。
硬件篇：
S3c2440A串口提供三个独立的异步串行通信I/O端口(asynchronousserial I/O ports)。每一个串口均可以以普通中断方式或者DMA方式进行数据收发。采用系统时钟时，最大速率为115.2kbps.如果采用外部时钟(UEXTCLK)，UART速度可以更快。每个串口包含有2个64-byte的FIFO缓存区用来发送或传输数据。S3c2440A 串口具有可编程波特率，红外(IR)收发数据，1或者2 位的停止位(stop)，5/6/7/8 位数据宽度和奇偶校验功能(parity checking)。
每个串口由波特率产生单元，发送单元，接收单元和控制单元组成。如下图所示，波特产生单元的时钟可以是PCLK,FCLK/n，或者UEXTCLK(外部输入的时钟)。发送和接收单元包含有一个64-byte的FIFOs(先入先出队列)和数据移位器。
发送数据时，数据先被写进FIFO，然后拷贝到数据移位器后发送数据，最后数据被一位一位由数据发送脚(TxDn)送出。类似的，数据在接收时，数据一位一位的由数据接收脚(RxDn)接收，然后拷贝到FIFO缓存区。
寄存器：
串口的控制寄存器有两种，一种是UCONx，一种是ULCONx，它们各有三个：UCON0（ULCON0） ~ UCON2（ULCON2）分别对应于每一个串口，用于设置UART的工作模式，波特率，中断类型等
状态寄存器：UTRSTAT0 ~UTRSTAT2, 用于串口工作时，接收/发送的状态指示：
FIFO控制寄存器： UFCON0 ~ UFCON2, 用于对FIFO的设置，假如使用的是中断触发，当缓冲区的字节达到FIFO设置的触发值，就会触发中断产生.
FIFO状态寄存器： UFSTAT0 ~ UFSTAT2, 用于表示FIFO缓存中的状态
对于Arm-linux s3c2440串口的使用，主要是对以上寄存器的操作。
下面将结合源码分析arm-linux s3c2440串口驱动的实现（软件篇）
软件篇(linux-2.6.22.6)：
Linux系统的串口驱动与一般字符设备并一样，它采用层次化的架构，从而看做是一个串行系统来实现。
（1） 关注UART或其他底层串行硬件特征的底层驱动程序。
（2） 和底层驱动程序接口的TTY驱动程序。
（3） 加工用于和TTY驱动程序交换数据的线路规程。
下图描述了串行系统间的层次结构关系（s3c2440串口实现例）,可以概括为：用户应用层 --> 线路规划层 --> TTY层 --> 底层驱动层 --> 物理硬件层
线路规程和TTY驱动程序是与硬件平台无关的，Linux源码中已经提供了实现，所以对于具体的平台，我们只需实现底层驱动程序即可，这也是我们最关心的。在s3c2440a中，主要由dirivers/serial/下的s3c2410.c和samsung.c实现。
Uart驱动程序主要围绕三个关键的数据结构展开(include/linux/serial_core.h中定义)：
UART特定的驱动程序结构定义：struct uart_driver s3c24xx_uart_drv;
UART端口结构定义： struct uart_port s3c24xx_serial_ops;
UART相关操作函数结构定义: struct uart_ops s3c24xx_serial_ops;
基于以上三个结构体，来看看s3c2440是如何挂接到Linux中串口构架的：
S3c2440串口相关操作函数定义在s3c24xx_serial_ops（路径： drivers\serial\S3c2410.c）中，这个是一个struct uart_ops结构
static struct uart_ops s3c24xx_serial_ops = {
.pm = s3c24xx_serial_pm,//电源管理相关的函数
.tx_empty = s3c24xx_serial_tx_empty,//检查发送的fifo是为空
.get_mctrl = s3c24xx_serial_get_mctrl,//是否串口流控
.set_mctrl = s3c24xx_serial_set_mctrl,//是否设置串口流控cts
.stop_tx = s3c24xx_serial_stop_tx,//停止发送
.start_tx = s3c24xx_serial_start_tx,//启动发送
.stop_rx = s3c24xx_serial_stop_rx,//停止接受
.enable_ms = s3c24xx_serial_enable_ms,//空函数
.break_ctl = s3c24xx_serial_break_ctl,//发送break信号
.startup = s3c24xx_serial_startup,//串口发送接受以及中断申请的初始化设置函数
.shutdown = s3c24xx_serial_shutdown,//关闭串口
.set_termios = s3c24xx_serial_set_termios,//串口时钟，波特率，数据位等的参数设置
.type = s3c24xx_serial_type,//？？？
.release_port = s3c24xx_serial_release_port,//释放串口
.request_port = s3c24xx_serial_request_port,//申请串口
.config_port = s3c24xx_serial_config_port,//串口的一些配置信息
.verify_port = s3c24xx_serial_verify_port,//串口检测
};
驱动程序结构定义：
static struct uart_driver s3c24xx_uart_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.dev_name = "s3c2410_serial",//具体设备的名称
.nr = 3,//定义几个端口
.cons = S3C24XX_SERIAL_CONSOLE,//console端口号
.driver_name = S3C24XX_SERIAL_NAME,//串口名
.major = S3C24XX_SERIAL_MAJOR,//主设备号
.minor = S3C24XX_SERIAL_MINOR,//次设备号
};端口配置结构定义，其中包括了一个struct uart_ports结构（下面的赋值都是对uart_port的填充）：
static struct s3c24xx_uart_port s3c24xx_serial_ports[NR_PORTS] = {
[0] = {//串口0
.port = {
.lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[0].port.lock),
.iotype = UPIO_MEM,
.irq = IRQ_S3CUART_RX0,//接收中断号
.uartclk = 0,
.fifosize = 16,//fifo缓冲的大小
.ops = &s3c24xx_serial_ops,//串口的操作函数
.flags = UPF_BOOT_AUTOCONF,
.line = 0,
}
},
[1] = {
.port = {
.lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[1].port.lock),
.iotype = UPIO_MEM,
.irq = IRQ_S3CUART_RX1,
.uartclk = 0,
.fifosize = 16,
.ops = &s3c24xx_serial_ops,
.flags = UPF_BOOT_AUTOCONF,
.line = 1,
}
},
#if NR_PORTS > 2
[2] = {
.port = {
.lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[2].port.lock),
.iotype = UPIO_MEM,
.irq = IRQ_S3CUART_RX2,
.uartclk = 0,
.fifosize = 16,
.ops = &s3c24xx_serial_ops,
.flags = UPF_BOOT_AUTOCONF,
.line = 2,
}
}
#endif
};
综上所述，s3c2440主要是实现这三个数据结构：
s3c24xx_serial_ops, s3c24xx_uart_drv, s3c24xx_serial_ports
下面将进一步结合源码探讨ARM-Linuxs3c2440 的实现。
回顾一下上文，s3c2440串口底层驱动围绕三个数据结构展开：
UART特定的驱动程序结构定义：struct uart_driver s3c24xx_uart_drv;
UART端口结构定义： struct uart_port s3c24xx_serial_ops;
UART相关操作函数结构定义: struct uart_ops s3c24xx_serial_ops;
实现了这三个数据结构体，基本完成了驱动操作函数的实现，紧接着需要对串口设备及设备驱动进行初始化,首先是模块初始化module_init(s3c24xx_serial_modinit);
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;
}
s3c2400_serial_init();
s3c2410_serial_init();
s3c2412_serial_init();
s3c2440_serial_init();
return 0;
}以上代码支持了2400，2410，2412，2440的串口初始化。
uart_register_driver在串口核心及TTY层间进行相关注册（路径：drivers\serial\Serial_core.c）：
int uart_register_driver(struct uart_driver *drv)
{
struct tty_driver *normal = NULL;
int i, retval;
BUG_ON(drv->state);
/*
* Maybe we should be using a slab cache for this, especially if
* we have a large number of ports to handle.
*/
drv->state = kzalloc(sizeof(struct uart_state) * drv->nr, GFP_KERNEL);
retval = -ENOMEM;
if (!drv->state)
goto out;
normal = alloc_tty_driver(drv->nr);
if (!normal)
goto out;
drv->tty_driver = normal;//将tty驱动付接到uart driver上
normal->owner = drv->owner;
normal->driver_name = drv->driver_name;
normal->name = drv->dev_name;
normal->major = drv->major;
normal->minor_start = drv->minor;
normal->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;
normal->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;
normal->init_termios = tty_std_termios;
normal->init_termios.c_cflag = B9600 | CS8 | CREAD | HUPCL | CLOCAL;
normal->init_termios.c_ispeed = normal->init_termios.c_ospeed = 9600;
normal->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW | TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV;
normal->driver_state = drv;
tty_set_operations(normal, &uart_ops);
/*
* Initialise the UART state(s).
*/
for (i = 0; i < drv->nr; i++) {
struct uart_state *state = drv->state + i;
state->close_delay = 500; /* .5 seconds */
state->closing_wait = 30000; /* 30 seconds */
mutex_init(&state->mutex);
}
retval = tty_register_driver(normal);//注册tty驱动
out:
if (retval < 0) {
put_tty_driver(normal);
kfree(drv->state);
}
return retval;
}tty驱动注册完毕后，注册
接着进行总线驱动platform_driver_register：
看下函数s3c2440_serial_init的实现：
static inline int s3c2440_serial_init(void)
{
return s3c24xx_serial_init(&s3c2440_serial_drv, &s3c2440_uart_inf);
}
static int s3c24xx_serial_init(struct platform_driver *drv,
struct s3c24xx_uart_info *info)
{
dbg("s3c24xx_serial_init(%p,%p)\n", drv, info);
return platform_driver_register(drv);
}
int platform_driver_register(struct platform_driver *drv)
{
drv->driver.bus = &platform_bus_type;
if (drv->probe)
drv->driver.probe = platform_drv_probe;
if (drv->remove)
drv->driver.remove = platform_drv_remove;
if (drv->shutdown)
drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown;
if (drv->suspend)
drv->driver.suspend = platform_drv_suspend;
if (drv->resume)
drv->driver.resume = platform_drv_resume;
return driver_register(&drv->driver);
}
platfrom_driver_register()中调用driver_register()，因为串口设备在系统是一种platform_device所以是一种总线驱动类型，总线设备驱动注册platform_driver_register()之后，串口设备即可和相应的驱动关联起来了，这样就完成了串口设备与串口驱动的注册过程。
下面看看platform_driver的定义：
static struct platform_driver s3c2440_serial_drv = {
.probe = s3c2440_serial_probe,//在平台驱动和设备匹配后就会调用到
.remove = s3c24xx_serial_remove,
.suspend = s3c24xx_serial_suspend,
.resume = s3c24xx_serial_resume,
.driver = {
.name = "s3c2440-uart",
.owner = THIS_MODULE,
},
};platform_device 的定义：