Linux驱动开发笔记(十一)tty子系统及其驱动

news2024/11/15 5:45:34

文章目录

  • 前言
  • 一、串口驱动框架
    • 1.1 核心数据结构
    • 1.2 数据处理流程
  • 二、驱动编写
    • 1. 设备树的修改
    • 2. 相关API函数
    • 3. 驱动框架
    • 4. 具体功能的实现
      • 4.1 出入口函数的编写
      • 4.2 读写函数


前言

  之前已经讲过应用层的应用,接下来我们继续进行驱动的学习。其实实际上我们很少主动进行串口的驱动编写,通常情况下只需要进行应用层的应用就可以了,网络上相关的驱动内容介绍也较少,这里仅作了解并简单了解一下架构即可。


一、串口驱动框架

  串口驱动没有什么主机端和设备端之分,就只有一个串口驱动,而且这个驱动也已经由厂商已经编写好了,我们真正要做的就是在设备树中添加所要使用的串口节点信息。当系统启动以后串口驱动和设备匹配成功,相应的串口就会被驱动起来,生成/dev/ttymxcX(X=0….n)文件。
  这部分内容还是比较多的,笔者发现这个文章讲述的还是很详细的,感兴趣可以自行查阅,这里不再赘述:框架详细介绍

1.1 核心数据结构

  对于串口驱动来说,实际上重要的结构体只有uart_drive和uart_port,这里可能根据不同的厂商所采用的名称不大一样,但内容差不多,比如在rk3568中,官方提供的uart驱动程序位8250通用串口程序,其为uart_port结构体提供了扩展后的uart_8250_port,包含8250 UART特有的属性和操作。
  这部分内容保存于内核中的下列文件中,感兴趣可以自行查阅:

  •  serial_core.c:包含UART核心层的实现。
  •  8250.c:包含8250 UART特定操作的实现。
  •  8250_port.c:包含8250 UART端口的具体实现。

  uart_driver结构体用于描述一个UART驱动程序,它通常包含一些基础的信息和操作函数。

struct uart_driver {
    struct module *owner;               // 设备驱动模块的所有者
    const char *driver_name;            // 驱动程序的名称
    const char *dev_name;               // 设备名称
    int major;                          // 设备主设备号
    int minor;                          // 设备次设备号
    int nr;                             // 该驱动程序支持的设备数量
    struct console *cons;               // 控制台相关信息
    struct uart_ops *ops;               // UART操作函数集合
    
	struct uart_state *state;
	struct tty_driver *tty_driver;
};

  uart_8250_port结构体用于描述8250 UART端口的具体信息和操作方法。

struct uart_8250_port {
    struct uart_port port;              // 通用UART端口结构体
    struct timer_list timer;            // 定时器用于处理超时
    unsigned int capabilities;          // 硬件能力
    unsigned int mcr;                   // 调制解调器控制寄存器
    unsigned int lsr;                   // 线路状态寄存器
    unsigned int msr;                   // 调制解调器状态寄存器
    unsigned int icr;                   // 中断控制寄存器
    unsigned int lcr;                   // 线路控制寄存器
    unsigned int fcr;                   // FIFO控制寄存器
    unsigned int ier;                   // 中断使能寄存器
    unsigned char mcr_mask;             // 调制解调器控制寄存器掩码
    unsigned char mcr_force;            // 调制解调器控制寄存器强制值
    unsigned char lsr_break_flag;       // 断开标志
    unsigned char bugs;                 // 硬件错误标志
    unsigned int tx_loadsz;             // 发送FIFO加载大小
    unsigned int acr;                   // 额外控制寄存器
    unsigned int ier_mask;              // 中断使能寄存器掩码
    unsigned int ier_force;             // 中断使能寄存器强制值
    unsigned int lsr_mask;              // 线路状态寄存器掩码
    unsigned int lsr_break_flag_mask;   // 断开标志掩码
};

//通用结构体,但比较鸡肋
struct uart_port {
 spinlock_t lock; /* port lock */
 unsigned long iobase; /* in/out[bwl] */
 unsigned char __iomem *membase; /* read/write[bwl] */
......
 const struct uart_ops *ops;
 unsigned int custom_divisor;
 unsigned int line; /* port index */
 unsigned int minor;
 resource_size_t mapbase; /* for ioremap */
 resource_size_t mapsize;
 struct device *dev; /* parent device */

  这里补充一下在uart_driver提到的实现控制台打印功能必须要注册的结构体console和将uart_port与对应的circ_buf联系起来的uart_state结构体。

struct console {
      char name[16];
      void(*write)(struct console *const char *, unsigined);
      int (*read)(struct console *, char *, unsigned);
      struct tty_driver *(struct console *,int*);
      void (*unblank)(void);
      int  (*setup)(struct console *, char *);
      int  (*early_setup)(void);
      short  flags;
      short  index; /*用来指定该console使用哪一个uart port (对应的uart_port中的line),如果为-1,kernel会自动选择第一个uart port*/
      int   cflag;
      void  *data;
      struct   console *next;
};

/*uart_state有两个成员在底层串口驱动会用到,即xmit和port。
用户空间程序通过串口发送数据时,上层驱动将用户数据保存在xmit;而串口发送中断处理函数就是通过xmit获取到用户数据并将它们发送出去。
串口接收中断处理函数需要通过port将接收到的数据传递给线路规程层。
*/
struct uart_state {
       struct  tty_port  port;
       
       enum uart_pm_state   pm_state;
       struct circ_buf     xmit;
       
       struct uart_port     *uart_port; /*对应于一个串口设备*/
}

  uart_ops结构体几乎涵盖了驱动可对串口的所有操作:

 struct uart_ops {
        unsigned int    (*tx_empty)(struct uart_port *);
        void            (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int mctrl);
        unsigned int    (*get_mctrl)(struct uart_port *);
        void            (*stop_tx)(struct uart_port *);
        void            (*start_tx)(struct uart_port *);
        void            (*throttle)(struct uart_port *);
        void            (*unthrottle)(struct uart_port *);
        void            (*send_xchar)(struct uart_port *, char ch);
        void            (*stop_rx)(struct uart_port *);
        void            (*enable_ms)(struct uart_port *);
        void            (*break_ctl)(struct uart_port *, int ctl);
        int             (*startup)(struct uart_port *);
        void            (*shutdown)(struct uart_port *);
        void            (*flush_buffer)(struct uart_port *);
        void            (*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new,
                                       struct ktermios *old);
        void            (*set_ldisc)(struct uart_port *, int new);
        void            (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,
                              unsigned int oldstate);
        int             (*set_wake)(struct uart_port *, unsigned int state);
 
        /*
         * Return a string describing the type of the port
         */
        const char      *(*type)(struct uart_port *);
 
        /*
         * Release IO and memory resources used by the port.
         * This includes iounmap if necessary.
         */
        void            (*release_port)(struct uart_port *);
 
        /*
         * Request IO and memory resources used by the port.
         * This includes iomapping the port if necessary.
         */
        int             (*request_port)(struct uart_port *);
        void            (*config_port)(struct uart_port *, int);
        int             (*verify_port)(struct uart_port *, struct serial_struct *);
        int             (*ioctl)(struct uart_port *, unsigned int, unsigned long);
#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
        int             (*poll_init)(struct uart_port *);
        void            (*poll_put_char)(struct uart_port *, unsigned char);
        int             (*poll_get_char)(struct uart_port *);
#endif
};

1.2 数据处理流程

  相较于前面学习的spi子系统和iic子系统,uart驱动通常情况不需要根据协议的时序额外编写新的传输函数,这里可以直接提供write函数和read函数实现数据的互传。
在这里插入图片描述
  这部分的内容我们在应用层实验的时候已经详细介绍过了,感兴趣可以回顾一下。

二、驱动编写

  我们这里采用的8250通用驱动,对于不同驱动其函数名称和入口参数可能有所不同,这里我们简单学习梳理一下框架即可,通常来说我们是只需要进行应用层的编写。

1. 设备树的修改

代码如下(示例):

uart3: serial@fe670000 {
         compatible = "rockchip,rk3568-uart", "snps,dw-apb-uart";
         reg = <0x0 0xfe670000 0x0 0x100>;
         interrupts = <GIC_SPI 119 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
         clocks = <&cru SCLK_UART3>, <&cru PCLK_UART3>;
         clock-names = "baudclk", "apb_pclk";
         reg-shift = <2>;
         reg-io-width = <4>;
         dmas = <&dmac0 6>, <&dmac0 7>;
         pinctrl-names = "default";
         pinctrl-0 = <&uart3m0_xfer>;
         status = "disabled";
     };

//uart3的复用
uart3 {
         /omit-if-no-ref/
        uart3m0_xfer: uart3m0-xfer {
             rockchip,pins =
                 /* uart3_rxm0 */
                 <1 RK_PA0 2 &pcfg_pull_up>,
                 /* uart3_txm0 */
                 <1 RK_PA1 2 &pcfg_pull_up>;
        };
 
         /omit-if-no-ref/
         uart3m0_ctsn: uart3m0-ctsn {
             rockchip,pins =
                /* uart3m0_ctsn */
                <1 RK_PA3 2 &pcfg_pull_none>;
         };

         /omit-if-no-ref/
         uart3m0_rtsn: uart3m0-rtsn {
             rockchip,pins =
                 /* uart3m0_rtsn */
                  <1 RK_PA2 2 &pcfg_pull_none>;
		};
 
         /omit-if-no-ref/
         uart3m1_xfer: uart3m1-xfer {
             rockchip,pins =
                 /* uart3_rxm1 */
                 <3 RK_PC0 4 &pcfg_pull_up>,
                 /* uart3_txm1 */
                 <3 RK_PB7 4 &pcfg_pull_up>;
         };
     };

  接着根据我们的需要继续编写即可,泰山派这里已经默认将uart3配置好了,这里可以直接调用。

//用户串口3
&uart3 {
    status = "okay";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&uart3m1_xfer>;
     ...
 };

2. 相关API函数

//注册 uart_driver
int uart_register_driver(struct uart_driver *drv)
  • 参数
    • drv :要注册的 uart_driver
  • 返回值
    • 成功:0
    • 失败:负值
//注销uart_driver
void uart_unregister_driver(struct uart_driver *drv)
  • 参数
    • drv :要注销的 uart_driver
  • 返回值:无
//
int serial8250_register_8250_port(struct uart_8250_port *up);
  • 参数
    • up:指向 uart_8250_port 结构体的指针,该结构体包含了要注册的 8250 UART 端口的所有必要信息。
  • 返回值
    • 成功:端口的线路号(line)
    • 失败:错误码
void serial8250_unregister_port(int line);
  • 参数
    • line:要注销的 UART 端口的线路号(line),通常是在调用 serial8250_register_8250_port 时返回的值。
  • 返回值:无

3. 驱动框架

  实际上,我们可以简单地将uart驱动理解为是一个 platform 驱动在驱动入口函数中调用uart_register_driver 函数向 Linux 内核注册 uart_driver,在驱动出口函数中调用uart_unregister_driver 函数注销掉前面注册的 uart_driver,当设备和驱动匹配成功以后进入probe 函数,此函数的重点工作就是初始化uart_8250_port(uart_port),然后将其添加到对应的uart_driver 中。在初始化uart_port过程中,设置 uart_ops 为对应的 XXX_ops即可。

4. 具体功能的实现

4.1 出入口函数的编写

static int __init my_uart_init(void)
{
    int ret;

    // 初始化uart_driver结构体
    my_uart_driver = (struct uart_driver) {
        .owner      = THIS_MODULE,
        .driver_name= DRIVER_NAME,
        .dev_name   = "ttyMY",
        .major      = TTY_MAJOR,
        .minor      = 64,
        .nr         = 1,
    };

    // 注册UART驱动
    ret = uart_register_driver(&my_uart_driver);
    if (ret)
        return ret;

    // 初始化uart_8250_port结构体
    my_uart_port.port = (struct uart_port) {
        .iotype     = UPIO_PORT,
        .mapbase    = UART_BASE,
        .irq        = UART_IRQ,
        .uartclk    = UART_CLOCK,
        .fifosize   = 16,
        .ops        = &my_uart_ops,
        .line       = 0,
    };

    // 注册8250 UART端口
    line = serial8250_register_8250_port(&my_uart_port);
    if (line)
        uart_unregister_driver(&my_uart_driver);

    return line;
}

static void __exit my_uart_exit(void)
{
    serial8250_unregister_port(line);
    uart_unregister_driver(&my_uart_driver);
}

module_init(my_uart_init);
module_exit(my_uart_exit);

4.2 读写函数

static void my_uart_start_tx(struct uart_port *port)
{
    struct uart_8250_port *up = (struct uart_8250_port *)port;
    unsigned int ier;

    spin_lock_irq(&up->port.lock);

    // 启用发送中断
    ier = serial_in(up, UART_IER);
    serial_out(up, UART_IER, ier | UART_IER_THRI);

    spin_unlock_irq(&up->port.lock);
}

static void my_uart_stop_tx(struct uart_port *port)
{
    struct uart_8250_port *up = (struct uart_8250_port *)port;
    unsigned int ier;

    spin_lock_irq(&up->port.lock);

    // 禁用发送中断
    ier = serial_in(up, UART_IER);
    serial_out(up, UART_IER, ier & ~UART_IER_THRI);

    spin_unlock_irq(&up->port.lock);
}

static irqreturn_t my_uart_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
    struct uart_8250_port *up = dev_id;
    unsigned int iir = serial_in(up, UART_IIR);

    // 检查中断类型并处理
    if (!(iir & UART_IIR_NO_INT)) {
        if (iir & UART_IIR_RDI)
            serial8250_rx_chars(up);
        if (iir & UART_IIR_THRI)
            serial8250_tx_chars(up);
        return IRQ_HANDLED;
    }

    return IRQ_NONE;
}

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C++并发之阻塞队列(block,queue)

目录 1 概述2 实现3 测试3 运行 1 概述 最近研究了C11的并发编程的线程/互斥/锁/条件变量&#xff0c;利用互斥/锁/条件变量实现一个支持多线程并发的阻塞队列&#xff0c;队列大小没有限制。 阻塞队列是一个模板类&#xff0c;有两个模块参数&#xff0c;参数1是元素类型&…