嵌入式Linux驱动笔记(七)------浅析tty与uart框架

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嵌入式Linux驱动笔记(七)------浅析tty与uart框架

2019-07-12 15:26发布生成海报

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你好！这里是风筝的博客，

欢迎和我一起多多交流。

看一个驱动模型，先从注册函数看起。先看下设备文件：在init.c（arch/arm/plat-samsung）文件，有： static struct cpu_table *cpu; 注意哦，这里有个结构体指针变量cpu，一定要记住，有大用！！！将下来：

static int __init s3c_arch_init(void)  
{  
    int ret;  
  
    /* init is only needed for ATAGS based platforms */  
    if (!IS_ENABLED(CONFIG_ATAGS) ||  
        (!soc_is_s3c24xx() && !soc_is_s3c64xx()))  
        return 0;  
  
    // do the correct init for cpu  
  
    if (cpu == NULL) {  
        /* Not needed when booting with device tree. */  
        if (of_have_populated_dt())  
            return 0;  
        panic("s3c_arch_init: NULL cpu
");  
    }  
  
    ret = (cpu->init)();  
    if (ret != 0)  
        return ret;  
#if IS_ENABLED(CONFIG_SAMSUNG_ATAGS)  
    ret = platform_add_devices(s3c24xx_uart_devs, nr_uarts);  
#endif  
    return ret;  
}

注意：platform_add_devices，没错，熟悉的函数，像platform注册设备！然后点开函数里的参数：s3c24xx_uart_devs 惊呆了：

struct platform_device *s3c24xx_uart_devs[4] = {  
};

里面啥都没有，这是咋回事呢？？？为什么s3c24xx_uart_devs指针数组里面什么都没有呢？别慌，先记住s3c24xx_uart_devs，也是有大用！！！然后我们看下mach-smdk2440.c这个文件。

MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440")  
    /* Maintainer: Ben Dooks  */  
    .atag_offset    = 0x100,  
  
    .init_irq   = s3c2440_init_irq,  
    .map_io     = smdk2440_map_io,  
    .init_machine   = smdk2440_machine_init,  
    .init_time  = smdk2440_init_time,  
MACHINE_END

其中，MACHINE_START是什么呢？可以看下这篇文章：MACHINE_START与MACHINE_END 这里我们只需要注意smdk2440_map_io，其他的不是我们关心的重点！

static void __init smdk2440_map_io(void)  
{  
    s3c24xx_init_io(smdk2440_iodesc, ARRAY_SIZE(smdk2440_iodesc));  
    s3c24xx_init_uarts(smdk2440_uartcfgs, ARRAY_SIZE(smdk2440_uartcfgs));  
    samsung_set_timer_source(SAMSUNG_PWM3, SAMSUNG_PWM4);  
}

这里可以注意下smdk2440_uartcfgs，这是一个结构体数组，存放的是s3c2440的三个串口的一些信息。里面有两个重要函数：s3c24xx_init_io和s3c24xx_init_uarts。我们先跟踪进入s3c24xx_init_io函数，记得等下还有s3c24xx_init_uarts函数要分析！

void __init s3c24xx_init_io(struct map_desc *mach_desc, int size)  
{  
    arm_pm_idle = s3c24xx_default_idle;  
  
    /* initialise the io descriptors we need for initialisation */  
    iotable_init(mach_desc, size);  
    iotable_init(s3c_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c_iodesc));  
  
    if (cpu_architecture() >= CPU_ARCH_ARMv5) {  
        samsung_cpu_id = s3c24xx_read_idcode_v5();  
    } else {  
        samsung_cpu_id = s3c24xx_read_idcode_v4();  
    }  
  
    s3c_init_cpu(samsung_cpu_id, cpu_ids, ARRAY_SIZE(cpu_ids));  
  
    samsung_pwm_set_platdata(&s3c24xx_pwm_variant);  
}

这里注意s3c_init_cpu这个cpu的初始化函数，在进入这个函数前，需要留意下这个函数传入的两个参数：samsung_cpu_id和cpu_ids。 samsung_cpu_id是由第十或者十二行得来，具体是哪个，我也不清楚...... 但是cpu_ids却是知道：

static struct cpu_table cpu_ids[] __initdata = {  
    {  
        .idcode     = 0x32410000,  
        .idmask     = 0xffffffff,  
        .map_io     = s3c2410_map_io,  
        .init_uarts = s3c2410_init_uarts,  
        .init       = s3c2410_init,  
        .name       = name_s3c2410  
    },  
    {  
        .idcode     = 0x32410002,  
        .idmask     = 0xffffffff,  
        .map_io     = s3c2410_map_io,  
        .init_uarts = s3c2410_init_uarts,  
        .init       = s3c2410a_init,  
        .name       = name_s3c2410a  
    },  
    {  
        .idcode     = 0x32440000,  
        .idmask     = 0xffffffff,  
        .map_io     = s3c2440_map_io,  
        .init_uarts = s3c244x_init_uarts,  
        .init       = s3c2440_init,  
        .name       = name_s3c2440  
    },  
        //太多了，省略部分不相干的  
}

好了，知道这个结构体了，我们进去s3c_init_cpu函数逛逛：

void __init s3c_init_cpu(unsigned long idcode,  
             struct cpu_table *cputab, unsigned int cputab_size)  
{  
    cpu = s3c_lookup_cpu(idcode, cputab, cputab_size);  
  
    if (cpu == NULL) {  
        printk(KERN_ERR "Unknown CPU type 0x%08lx
", idcode);  
        panic("Unknown S3C24XX CPU");  
    }  
  
    printk("CPU %s (id 0x%08lx)
", cpu->name, idcode);  
  
    if (cpu->init == NULL) {  
        printk(KERN_ERR "CPU %s support not enabled
", cpu->name);  
        panic("Unsupported Samsung CPU");  
    }  
  
    if (cpu->map_io)  
        cpu->map_io();  
}

看好了，黑暗势力正式登场！！还记得开头说的吗？cpu出现了！快抓住他！！！看下cpu = s3c_lookup_cpu(idcode, cputab, cputab_size);这一句：

static struct cpu_table * __init s3c_lookup_cpu(unsigned long idcode,  
                        struct cpu_table *tab,  
                        unsigned int count)  
{  
    for (; count != 0; count--, tab++) {  
        if ((idcode & tab->idmask) == (tab->idcode & tab->idmask))  
            return tab;  
    }  
  
    return NULL;  
}

这个函数就是真的看不懂了，不知道他们要匹配什么，因为不知道idcode（由samsung_cpu_id传进来的参数），但是可以知道的是，一直在tab（由cpu_ids传进来的参数）里寻找匹配项，然后返回给cpu这个结构体指针（s3c_init_cpu函数里第四行）。不过可以肯定的是一定会匹配成功的，不然系统启动就会看到“Unknown CPU type”了。接下来就会调用cpu->map_io()（即调用cpu_ids->map_io）. ok,我们就返回去看下cpu_ids的map_io函数： .map_io = s3c2440_map_io, 进入s3c2440_map_io函数：

void __init s3c2440_map_io(void)  
{  
    s3c244x_map_io();  
  
    s3c24xx_gpiocfg_default.set_pull = s3c24xx_gpio_setpull_1up;  
    s3c24xx_gpiocfg_default.get_pull = s3c24xx_gpio_getpull_1up;  
}

继续进入s3c244x_map_io函数：

void __init s3c244x_map_io(void)  
{  
    /* register our io-tables */  
  
    iotable_init(s3c244x_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c244x_iodesc));  
  
    /* rename any peripherals used differing from the s3c2410 */  
  
    s3c_device_sdi.name  = "s3c2440-sdi";  
    s3c_device_i2c0.name  = "s3c2440-i2c";  
    s3c_nand_setname("s3c2440-nand");  
    s3c_device_ts.name = "s3c2440-ts";  
    s3c_device_usbgadget.name = "s3c2440-usbgadget";  
    s3c2410_device_dclk.name = "s3c2440-dclk";  
}

这里是进行初始化和参数的设置，到这里调用关系基本就结束了，接下来分析另一个函数s3c24xx_init_uarts：

void __init s3c24xx_init_uarts(struct s3c2410_uartcfg *cfg, int no)  
{  
    if (cpu == NULL)  
        return;  
  
    if (cpu->init_uarts == NULL && IS_ENABLED(CONFIG_SAMSUNG_ATAGS)) {  
        printk(KERN_ERR "s3c24xx_init_uarts: cpu has no uart init
");  
    } else  
        (cpu->init_uarts)(cfg, no);  
}

哈哈，这里又一次黑暗势力登场：cpu！！ cpu被赋值过，所以不会等于null，第一个if不成立。并且cpu->init_uarts不是等于null（因为cpu是从cpu_ids得来），所以最后会进入(cpu->init_uarts)(cfg, no);这个函数： .init_uarts = s3c244x_init_uarts, 即s3c244x_init_uarts函数：

void __init s3c244x_init_uarts(struct s3c2410_uartcfg *cfg, int no)  
{  
    s3c24xx_init_uartdevs("s3c2440-uart", s3c2410_uart_resources, cfg, no);  
}

继续进入：

void __init s3c24xx_init_uartdevs(char *name,  
                  struct s3c24xx_uart_resources *res,  
                  struct s3c2410_uartcfg *cfg, int no)  
{  
#ifdef CONFIG_SERIAL_SAMSUNG_UARTS  
    struct platform_device *platdev;  
    struct s3c2410_uartcfg *cfgptr = uart_cfgs;  
    struct s3c24xx_uart_resources *resp;  
    int uart;  
  
    memcpy(cfgptr, cfg, sizeof(struct s3c2410_uartcfg) * no);  
  
    for (uart = 0; uart < no; uart++, cfg++, cfgptr++) {  
        platdev = s3c24xx_uart_src[cfgptr->hwport];  
  
        resp = res + cfgptr->hwport;  
  
        s3c24xx_uart_devs[uart] = platdev;  
  
        platdev->name = name;  
        platdev->resource = resp->resources;  
        platdev->num_resources = resp->nr_resources;  
  
        platdev->dev.platform_data = cfgptr;  
    }  
  
    nr_uarts = no;  
#endif  
}

看到了吗？第二个黑暗势力登场：s3c24xx_uart_devs！这里就是对s3c24xx_uart_devs数组的填充了（第十八行），因为s3c24xx_uart_devs是指针数组，现在指向了platdev（即s3c24xx_uart_src数组），还有一些参数的设置，比如设置名字都为：s3c2440-uart，还有设置一些"资源", 从而实现platform的device注册。接下来看驱动文件。在samsung.c文件：

static const struct platform_device_id s3c24xx_serial_driver_ids[] = {  
    {  
        .name       = "s3c2410-uart",  
        .driver_data    = S3C2410_SERIAL_DRV_DATA,  
    }, {  
        .name       = "s3c2412-uart",  
        .driver_data    = S3C2412_SERIAL_DRV_DATA,  
    }, {  
        .name       = "s3c2440-uart",  
        .driver_data    = S3C2440_SERIAL_DRV_DATA,  
    }, {  
        .name       = "s3c6400-uart",  
        .driver_data    = S3C6400_SERIAL_DRV_DATA,  
    }, {  
        .name       = "s5pv210-uart",  
        .driver_data    = S5PV210_SERIAL_DRV_DATA,  
    }, {  
        .name       = "exynos4210-uart",  
        .driver_data    = EXYNOS4210_SERIAL_DRV_DATA,  
    }, {  
        .name       = "exynos5433-uart",  
        .driver_data    = EXYNOS5433_SERIAL_DRV_DATA,  
    },  
    { },  
};  
static struct platform_driver samsung_serial_driver = {  
    .probe      = s3c24xx_serial_probe,  
    .remove     = s3c24xx_serial_remove,  
    .id_table   = s3c24xx_serial_driver_ids,  
    .driver     = {  
        .name   = "samsung-uart",  
        .pm = SERIAL_SAMSUNG_PM_OPS,  
        .of_match_table = of_match_ptr(s3c24xx_uart_dt_match),  
    },  
};

这就是驱动文件注册。记得我们之前设备注册时的名字吗？就是s3c2440-uart！所以驱动和设备匹配成功后，会调用s3c24xx_serial_probe函数：

static int s3c24xx_serial_probe(struct platform_device *pdev)  
{  
    struct device_node *np = pdev->dev.of_node;  
    struct s3c24xx_uart_port *ourport;  
    int index = probe_index;  
    int ret;  
//内容太多，省略一部分  
    ret = s3c24xx_serial_init_port(ourport, pdev);  
    if (ret < 0)  
        return ret;  
  
    if (!s3c24xx_uart_drv.state) {  
        ret = uart_register_driver(&s3c24xx_uart_drv);  
        if (ret < 0) {  
            pr_err("Failed to register Samsung UART driver
");  
            return ret;  
        }  
    }  
  
    dbg("%s: adding port
", __func__);  
    uart_add_one_port(&s3c24xx_uart_drv, &ourport->port);  
    platform_set_drvdata(pdev, &ourport->port);  
  
    /* 
     * Deactivate the clock enabled in s3c24xx_serial_init_port here, 
     * so that a potential re-enablement through the pm-callback overlaps 
     * and keeps the clock enabled in this case. 
     */  
    clk_disable_unprepare(ourport->clk);  
  
    ret = s3c24xx_serial_cpufreq_register(ourport);  
    if (ret < 0)  
        dev_err(&pdev->dev, "failed to add cpufreq notifier
");  
  
    probe_index++;  
  
    return 0;  
}

其中，s3c24xx_serial_init_port是对端口做初始化，里面主要就是获取资源，不做描述了。重点是：uart_register_driver注册函数：

int uart_register_driver(struct uart_driver *drv)  
{  
    struct tty_driver *normal;  
    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);  
    if (!drv->state)  
        goto out;  
  
    normal = alloc_tty_driver(drv->nr);  
    if (!normal)  
        goto out_kfree;  
  
    drv->tty_driver = normal;  
  
    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;  
        struct tty_port *port = &state->port;  
  
        tty_port_init(port);  
        port->ops = &uart_port_ops;  
    }  
  
    retval = tty_register_driver(normal);  
    if (retval >= 0)  
        return retval;  
  
    for (i = 0; i < drv->nr; i++)  
        tty_port_destroy(&drv->state[i].port);  
    put_tty_driver(normal);  
out_kfree:  
    kfree(drv->state);  
out:  
    return -ENOMEM;  
}

刚开始，对normal分配一个tty的驱动，接着设置参数，其中，名字为：ttySAC 注意一个，第三十三行，给normal设置了uart_ops这个tty_operations类型的结构体，当然，里面有open、write、ioctl等函数。但是注意哦，用户空间并不是直接访问这。继续看第四十六行：tty_register_driver函数：

int tty_register_driver(struct tty_driver *driver)  
{  
    int error;  
    int i;  
    dev_t dev;  
    struct device *d;  
  
    if (!driver->major) {  
        error = alloc_chrdev_region(&dev, driver->minor_start,  
                        driver->num, driver->name);  
        if (!error) {  
            driver->major = MAJOR(dev);  
            driver->minor_start = MINOR(dev);  
        }  
    } else {  
        dev = MKDEV(driver->major, driver->minor_start);  
        error = register_chrdev_region(dev, driver->num, driver->name);  
    }  
    if (error < 0)  
        goto err;  
  
    if (driver->flags & TTY_DRIVER_DYNAMIC_ALLOC) {  
        error = tty_cdev_add(driver, dev, 0, driver->num);  
        if (error)  
            goto err_unreg_char;  
    }  
  
    mutex_lock(&tty_mutex);  
    list_add(&driver->tty_drivers, &tty_drivers);  
    mutex_unlock(&tty_mutex);  
  
    if (!(driver->flags & TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV)) {  
        for (i = 0; i < driver->num; i++) {  
            d = tty_register_device(driver, i, NULL);  
            if (IS_ERR(d)) {  
                error = PTR_ERR(d);  
                goto err_unreg_devs;  
            }  
        }  
    }  
    proc_tty_register_driver(driver);  
    driver->flags |= TTY_DRIVER_INSTALLED;  
    return 0;  
}

这里，就是我们熟悉的，对字符设备进行注册了。同时还会调用tty_cdev_add（第三十四行）添加tty字符设备：

static int tty_cdev_add(struct tty_driver *driver, dev_t dev,  
        unsigned int index, unsigned int count)  
{  
    int err;  
  
    /* init here, since reused cdevs cause crashes */  
    driver->cdevs[index] = cdev_alloc();  
    if (!driver->cdevs[index])  
        return -ENOMEM;  
    driver->cdevs[index]->ops = &tty_fops;  
    driver->cdevs[index]->owner = driver->owner;  
    err = cdev_add(driver->cdevs[index], dev, count);  
    if (err)  
        kobject_put(&driver->cdevs[index]->kobj);  
    return err;  
}

注意这里的tty_fops（第十行）这个file_operations结构体哦：

static const struct file_operations tty_fops = {  
    .llseek     = no_llseek,  
    .read       = tty_read,  
    .write      = tty_write,  
    .poll       = tty_poll,  
    .unlocked_ioctl = tty_ioctl,  
    .compat_ioctl   = tty_compat_ioctl,  
    .open       = tty_open,  
    .release    = tty_release,  
    .fasync     = tty_fasync,  
};

用户空间真正调用的open、read、write等函数就在这！！！当然了，有tty_cdev_add这个tty设备添加函数，当然也要就tty的驱动函数了，就是之前在tty_register_driver函数里的tty_register_device这个注册函数，里面就是对字符设备的注册，就不过多描述了。最后，继续回到我们的s3c24xx_serial_probe函数，里面还有重要的函数： uart_add_one_port和s3c24xx_serial_cpufreq_register 一个是添加uart的端口（ttySAC0、ttySAC1等等之类的），另一个就是中断注册了。说了那么多，感觉头都大了，错综复杂的........ 不过可以肯定的一点是：用户空间->tty->uart->硬件基本就是这样吧，学好不容易啊......