嵌入式实时Hypervisor：XtratuM （13）

2.7.2 UART驱动
上面一节中介绍了XtratuM驱动模型的架构。那么如何利用XtratuM驱动模型去创建和添加设备驱动呢？这就是接下来要讲的内容，基于XtratuM驱动模型的UART驱动。
2.7.2.1 UART设备
串口是一种串行通信物理设备，每一个周期信息只能读入或者写出一个位。通常，串口用来连接个人计算机和嵌入式开发板，用来调试设备或程序。由于串口每次只能读/写一位数据，因此传输能力相对较低，尤其是控制繁琐。为此，UART被引入到串口通信中。UART是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter的缩写，也就是通用异步接收和传输设备，它通常作为一个独立的集成电路连接计算机和外围串口设设备。因此，UART的主要功能就是将数据进行串行与并行化转换，UART被用来连接一些支持通用串行通信标准的设备，例如EIA RS-232[48]。从计算机设备的外部看，用户只能看到RS-232串口，但是对于计算机，它可以访问的是UART设备。因此，设备驱动开发者只需要为UART撰写驱动，而无需关心底层的串口设备特性。
在一个机器上，有四个串行通信设备被预先定义。理想情况下，每一个设备应该都具有一个中断控制线，但是，由于中断控制线的匮乏，导致可能多个设备公用一个中断控制线。对与串口设备也是如此，四个串口设备只占用两个中断控制线，3和4。在UART设备中，共有8个寄存器。这8个寄存器就控制着发送和接收数据，配置设备，标示中断类型，控制FIFO、信号线以及MODEM，以及保存信号线和MODEM状态[49]。
2.7.2.2 驱动设计与实现
根据XtratuM设备驱动模型，串口驱动被分为两部分，一部分以Linux模块的方式被加载的Linux内核中，其主要目的是为串口设备请求资源，主要包括1）用来建立内部FIFO工具的物理内存，这里的FIFO是用来在驱动服务器和客户域之间传输数据；2）中断控制线；3）UART地址空间等。
在设备驱动中，共有16对Lock-Free FIFO被创建用做IDC工具。在每一个客户域和设备驱动域之间，都有一对独立的FIFO被使用。每一对FIFO有两个FIFO组成，并且这两个FIFO都是单向的，即一个FIFO用来从客户域向服务器域传输数据，另一个则相反。并且任何一对FIFO不会被多个客户域共享。当客户域被加载的时候，它会向串口驱动程序注册，其中包含域的优先级。
在设备驱动服务器中，提供了一个基于优先级的针对FIFO的调度器。当UART的Transmitter Holding Register空的时候，将会产生一个相关中断，该中断会触发设备驱动域，设备驱动域将会通过调度器选择具有最高优先级的非空FIFO作为数据源。如果所有的FIFO都没有数据，则Transmitter Holding Register空值中断将会被屏蔽。当客户域有数据向FIFO中写入数据时，该客户域将会启动相关Transmitter Holding Register的空值中断。图2-17给出了串口驱动架构以及图2-18给出了设备驱动的流程图。
图2-17. 串口驱动系统架构
图2-18. 串口驱动程序的流程图
本节内容只是仅仅对UART设备驱动的设计和实现进行了介绍，但是，如何基于串口驱动程序为客户域提供相关请求和服务，将是下面章节介绍的内容。
2.7.2.3 UART驱动的使用
设备驱动服务器为客户域提供基本的服务。但是用户关心的是如何使用设备驱动服务程序。在本节中，两个简单的客户域将会被建立，它们将通过串口进行通信。
在客户域中，设备的最大号和最小号是确定的。最大号是用来标记设备的类型，例如在XtratuM系统中，新建立的客户域采用的串口设备最大号是2。最小号表明不同的通信管道，例如在串口设备提供16个虚拟的通信管道(也就对应于16对Lock-Free FIFO)。客户域启动后，将会调用suspend_domain()函数初始化设备。
suspend_dmain(XM2DEV(minor, major), XMDEV_IO_OPEN);
suspend_domain()函数的第二个参数用来表明对设备操作，其中
XMDEV_IO_OPEN是用来打开底层的设备，即向串口驱动域提出设备使用请求，底层系统将会根据该请求将FIFO内存映射到该客户域的地址空间。接下来，客户域开始设置相应的串口属性，例如优先级，校验方式，设备速度等。
当所有的配置结束，客户域可以从相应FIFO中进行读或写数据。下面是一段简单的向底层设备中写数据的代码段。
integer Rt_serial_write(string, size)
BEGIN
dom_serial_fifo_write(out, string, size)
enable_empty_interrupt();
return …
END
dom_serial_fifo_write() 函数是客户域中的函数，它是直接用来向相应FIFO中写入数据的，从而提高了域对FIFO处理的灵活性。因此，该设备驱动模型可以提供整个设备驱动添加的灵活性和简单性。开发着可以根据具体的需求定制相应的客户域中设备驱动程序。