linux 的uart驱动框架分析

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🔺【linux内核系列文章】

👉对一些文章内容进行了勘误，本系列文章长期不定时更新，希望能分享出优质的文章！

• 1、《linux内核数据结构分析之哈希表》
• 2、《一文总结linux内核通知链》
• 3、《linux内核中的debugfs》
• 4、《linux内核数据结构分析之链表》
• 5、《linux media子系统分析之media控制器设备》
• 6、《V4L2-PCI驱动程序样例分析（上）》
• 7、《v4l2框架分析之v4l2_fh》
• 8、《 v4l2框架分析之v4l2_subdev》
• 9、《 v4l2框架分析之v4l2_device》
• 10、《v4l2框架分析之video_device》
• 11、《linux内核重要函数 | do_initcalls》
• 12、《Linux设备驱动模型 | bus》
• 13、《linux内核裁剪随想》
• 14、《基于ARM64分析linux内核的链接脚本vmlinux.lds.S》
• 15、《linux内核start_kernel函数的早期操作》
• 16、《start_kernel函数详解系列之proc_caches_init》
• 17、《start_kernel函数详解系列之fork_init》
• 18、《start_kernel函数详解系列之rcu_init》
• 19、《start_kernel函数详解系列之proc_root_init》
• 20、《start_kernel详解系列之【setup_arch】》
• 21、《linux内核如何启动用户空间进程（上）》
• 22、《linux内核如何启动用户空间进程（下）》
• 23、《一文总结linux内核的完成量机制》
• 24、《一文总结linux内核设备驱动的注册和卸载》
• 25、《linux内核的启动加载程序的总结》
• 26、《linux内核入口：head.o》
• 27、《挂载根文件系统之rootfs》
• 28、《mount系统调用剖析》
• 29、《devtmpfs文件系统分析》
• 30、《linux内核的kthreadd线程》
• 31、《linux内核的进程调度—调度策略》
• 32、《linux系统调用实践（Arm架构）》
• 33、《对linux内核__init机制的实践》
• 34、《linux 内核中EXPORT_SYMBOL（）分析与实践》
• 35、《linux内核如何挂载根文件系统》
• 36、《linux内核如何唤醒线程》
• 37、《linux内核的init线程》
• 38、《linux内核伪文件系统—sysfs分析》
• 39、《linux 内核设备模型的初始化（上）》
• 40、《linux 内核设备模型的初始化（下）》
• 41、《linux内核伪文件系统—proc分析》
• 42、《linux中断管理—workqueue工作队列》
• 43、《linux中断管理—软中断》
• 44、《linux中断管理 | tasklet》
• 45、《linux中断管理 | 中断管理框架（01）》
• 46、《linux内存管理 | 分配物理内存页面》
• 47、《linux内存管理 | 释放内存页面》
• 48、《对linux内核设备的注册机制和查找机制分析》
• 49、《linux内核设备驱动的注册机制》

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linux源码相关文件：

• serial-core.c
• include/linux/serial_core.h

一、底层串行硬件驱动程序

底层串行硬件的驱动程序负责向serial核心驱动程序提供由struct uart_port定义的端口信息和一组由struct uart_ops定义的控制方法，底层驱动程序还负责处理端口的中断，并提供对控制台的支持。

二、Console支持

serial核心提供了一些助手函数：

• uart_get_console()识别正确的端口结构。
• uart_parse_options()解析命令行参数。
• uart_console_write()用于执行逐字符写入，将换行符转换为CRLF序列。在驱动程序编写的时候建议使用此函数，而不是实现新的写入接口。

三、锁支持

底层硬件驱动程序负责使用port->lock执行必要的锁定。支持两把锁：一个是端口自旋锁，另一个是overall信号量。从uart核心驱动程序的角度来看，port->lock用于锁定以下的数据：

port->mctrl
port->icount
port->state->xmit.head (circ_buf->head)
port->state->xmit.tail (circ_buf->tail)

底层驱动程序可以自由地使用该锁来实现额外的锁定，port_mutex互斥量用于防止在不适当的时间添加、删除或重新配置端口。

四、核心数据结构

1、struct uart_driver

struct uart_driver结构表示具体UART驱动。该结构定义如下（/include/linux/serial_core.h）：

struct uart_driver {struct module		*owner;   //驱动模块的拥有者const char		*driver_name; //驱动名称const char		*dev_name;    //设备名称int			 major;           //主设备号int			 minor;           //从设备号int			 nr;struct console		*cons;    //console/** these are private; the low level driver should not* touch these; they should be initialised to NULL*/struct uart_state	*state;      //uart状态struct tty_driver	*tty_driver; //描述ttydriver
};

2、struct uart_port

struct uart_port表示一个具体的port，该结构定义如下（include/linux/serial_core.h）：

struct uart_port {spinlock_t		lock;			    /* port 锁 */unsigned long		iobase;			/* 输入/输出地址 */unsigned char __iomem	*membase;	/* read/write[bwl] */unsigned int		(*serial_in)(struct uart_port *, int);void			(*serial_out)(struct uart_port *, int, int);void			(*set_termios)(struct uart_port *,struct ktermios *new,struct ktermios *old);void			(*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int);int			(*startup)(struct uart_port *port);void			(*shutdown)(struct uart_port *port);void			(*throttle)(struct uart_port *port);void			(*unthrottle)(struct uart_port *port);int			(*handle_irq)(struct uart_port *);void			(*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,unsigned int old);void			(*handle_break)(struct uart_port *);int			(*rs485_config)(struct uart_port *,struct serial_rs485 *rs485);unsigned int		irq;			/* irq number */unsigned long		irqflags;		/* irq flags  */unsigned int		uartclk;		/* base uart clock */unsigned int		fifosize;		/* tx fifo size */unsigned char		x_char;			/* xon/xoff char */unsigned char		regshift;		/* reg offset shift */unsigned char		iotype;			/* io access style */unsigned char		unused1;unsigned int		read_status_mask;	/* driver specific */unsigned int		ignore_status_mask;	/* driver specific */struct uart_state	*state;			/* 指向父状态的指针 */struct uart_icount	icount;			/* 通信信息 */struct console		*cons;			/* struct console, if any */
#if defined(CONFIG_SERIAL_CORE_CONSOLE) || defined(SUPPORT_SYSRQ)unsigned long		sysrq;			/* sysrq timeout */
#endif/* flags must be updated while holding port mutex */upf_t			flags;#if __UPF_CHANGE_MASK > ASYNC_FLAGS
#error Change mask not equivalent to userspace-visible bit defines
#endif/** Must hold termios_rwsem, port mutex and port lock to change;* can hold any one lock to read.*/upstat_t		status;int			hw_stopped;		/* sw-assisted CTS flow state */unsigned int		mctrl;			/* 当前调制解调器CTRL设置 */