1、uart&tty驅動

  1 一.I.MX6 UART驅動
  2 文件路徑:\linux_IMX6_CoreC_3.0.35_for_Linux\drivers\tty\serial\imx.c
  3 1.驅動入口函數:imx_serial_init()
  4 1.1    static int __init imx_serial_init(void)
  5           ret = uart_register_driver(&imx_reg);                //驅動加載的時候調用了這個函數註冊串口驅動,將參數imx_reg註冊進了tty層
  6             struct tty_driver *normal;
  7             normal = alloc_tty_driver(drv->nr);                //申請tty驅動，串口設備套上了一層tty驅動的外殼
  8             ...
  9             tty_set_operations(normal, &uart_ops);
 10             //上面這段代碼能夠得出一個結論，uart_driver的數據類型其實就是tty_driver,二者進行數據轉換以後註冊進了tty層。
 11             //tty_set_operations(normal, &uart_ops);將uart的操做函數和tty關聯起來，應用層對於tty的操做都將對應到uart的操做
 12 
 13             retval = tty_register_driver(normal);            //向TTY核心層註冊一個TTY驅動,因此串口設備其實就是一個tty類型的設備
 14                 alloc_chrdev_region(&dev, driver->minor_start, driver->num, driver->name);
 15                 register_chrdev_region(dev, driver->num, driver->name);
 16                 cdev_init(&driver->cdev, &tty_fops);        //初始化設備,注意這裏將指針調用關係賦給了cdev
 17 
 18         ret = platform_driver_register(&serial_imx_driver);    //註冊平臺驅動
 19             //serial_imx_driver變量類型以下
 20             static struct platform_driver serial_imx_driver = {
 21             .probe        = serial_imx_probe,                    //當匹配到設備以後，這句函數獲得調用,轉去分析這個函數
 22             .remove        = serial_imx_remove,
 23 
 24             .suspend    = serial_imx_suspend,
 25             .resume        = serial_imx_resume,
 26             .driver        = {
 27             .name    = "imx-uart",
 28             .owner    = THIS_MODULE,
 29             },
 30         };
 31 1.2    serial_imx_probe
 32         static int serial_imx_probe(struct platform_device *pdev)
 33             sport->port.dev = &pdev->dev;
 34             //imx_pops是串口接收數據、發送數據的相關函數(注意這裏要區別前面的串口操做函數)
 35             //我以爲前面的串口操做函數是從應用層或者tty的角度來看，使用者也僅僅是應用層(tty層)
 36             //這裏的imx_pops裏面衆多的操做函數是從底層的角度去看，也就是底層和硬件相關的中斷接收、發送相關。
 37             sport->port.ops = &imx_pops;
 38             sport->port.flags = UPF_BOOT_AUTOCONF;
 39             sport->port.line = pdev->id;
 40             init_timer(&sport->timer);
 41             sport->timer.function = imx_timeout;
 42             sport->timer.data     = (unsigned long)sport;    
 43             ...
 44             ...
 45             ...
 46             ret = uart_add_one_port(&imx_reg, &sport->port);    //關鍵:爲uart_driver增長一個端口
 47             //列出imx_pops重要的幾個函數
 48             static struct uart_ops imx_pops = {
 49                 ...
 50                 .stop_tx    = imx_stop_tx,
 51                 .start_tx    = imx_start_tx,                        //串口發送
 52                 .stop_rx    = imx_stop_rx,
 53                 .startup    = imx_startup,                        //中斷髮送相關的函數,接下來咱們分析這個發送函數
 54                 ...
 55             };
 56 
 57 1.3 static int imx_startup(struct uart_port *port)                //作一些串口的初始化操做
 58     {
 59         struct imx_port *sport = (struct imx_port *)port;
 60         struct tty_struct *tty;
 61         ...
 62         clk_enable(sport->clk);                                    //使能時鐘
 63 
 64         /* disable the DREN bit (Data Ready interrupt enable) before
 65          * requesting IRQs
 66         */
 67         temp = readl(sport->port.membase + UCR4);
 68         ...
 69         writel(temp & ~UCR4_DREN, sport->port.membase + UCR4);
 70         ...
 71         /*
 72          * Allocate the IRQ(s) i.MX1 has three interrupts whereas later
 73         * chips only have one interrupt.
 74         */
 75         retval = request_irq(sport->rxirq, imx_rxint, 0, DRIVER_NAME, sport);//關鍵:在這裏申請了接收中斷函數(同時註冊了中斷接收函數imx_rxint)
 76         ...
 77         retval = request_irq(sport->txirq, imx_txint, 0, DRIVER_NAME, sport);//申請註冊發送中斷函數(此次分析咱們不關心發送中斷)
 78         /* Enable the SDMA for uart. */
 79         if (sport->enable_dma)                //若是配置串口使用DMA
 80         {
 81             int ret;
 82             ret = imx_uart_dma_init(sport);    //DMA的初始化
 83                 //下面幾句代碼都是DMA初始化相關，平臺通用，不展開說明啦
 84                 sport->dma_data.priority = DMA_PRIO_HIGH;
 85                 sport->dma_data.dma_request = pdata->dma_req_rx;
 86                 sport->dma_data.peripheral_type = IMX_DMATYPE_UART;
 87                 sport->dma_chan_rx = dma_request_channel(mask, imx_uart_filter, sport);
 88                 ...
 89                 slave_config.direction = DMA_DEV_TO_MEM;
 90                 slave_config.src_addr = sport->port.mapbase + URXD0;
 91             //注意:若是配置串口使用DMA，這裏初始化了一個工做隊列(中斷下半部的一種)，來進行數據的接收和發送
 92             //據說3.0.35版本的內核DMA驅動有問題，不知道是否是真的，待證明，實際使用的時候，確實是發現DMA在連續傳輸大量數據的時候會出現數據丟失的狀況
 93             INIT_WORK(&sport->tsk_dma_tx, dma_tx_work);
 94             INIT_WORK(&sport->tsk_dma_rx, dma_rx_work);                            //基於DMA的串口中斷接收函數,也是在這裏註冊了一個工做隊列
 95                 dma_rx_work(struct work_struct *w)
 96                     tty_insert_flip_string(tty, sport->rx_buf, sport->rx_bytes);//關鍵的函數調用:將數據放到tty數據緩衝區
 97                         tty_insert_flip_string_fixed_flag(tty, chars, TTY_NORMAL, size);
 98                             struct tty_buffer *tb = tty->buf.tail;
 99                                 memcpy(tb->char_buf_ptr + tb->used, chars, space);
100                                 memset(tb->flag_buf_ptr + tb->used, flag, space);
101                     //若是不調用下面的函數，只是將數據放到tty緩衝區，tty也是獲取不到數據的
102                     tty_flip_buffer_push(tty);            //將緩衝區的數據推到tty當中，其實內部是一個工做隊列的調度(在tty初始化的時候註冊了這個工做隊列)，等因而通知tty的線路規程獲取數據的意思
103                         schedule_work(&tty->buf.work);    //工做調度,實際上調用了flush_to_ldisc函數(這個函數好像不能在中斷中調用
104                                                         //，可是我發現也有其餘驅動直接在中斷調用了,實際上我在中斷中調用業一直沒發現有什麼問題)
105             init_waitqueue_head(&sport->dma_wait);
106         }
107         ...
108         spin_lock_irqsave(&sport->port.lock, flags);
109         /*
110         * Finally, clear and enable interrupts
111         */
112         writel(USR1_RTSD, sport->port.membase + USR1);    //使能中斷
113 
114     }
115     
116 1.4    //在前面剛進入函數的時候，咱們申請了串口中斷，同時註冊了imx_rxint接收函數，接下來分析這個函數
117     retval = request_irq(sport->rxirq, imx_rxint, 0, DRIVER_NAME, sport);
118             spin_lock_irqsave(&sport->port.lock,flags);                //先獲取自旋鎖
119             
120             while (readl(sport->port.membase + USR2) & USR2_RDR)    //判斷串口寄存器狀態,開始接收字節數據
121             {
122                 flg = TTY_NORMAL;
123                 sport->port.icount.rx++;
124                 rx = readl(sport->port.membase + URXD0);
125                 temp = readl(sport->port.membase + USR2);
126                 ...
127                 if (uart_handle_sysrq_char(&sport->port, (unsigned char)rx))
128                     continue;
129                 if (rx & URXD_BRK)
130                     flg = TTY_BREAK;
131                 else if (rx & URXD_PRERR)
132                     flg = TTY_PARITY;
133                 else if (rx & URXD_FRMERR)
134                     flg = TTY_FRAME;
135                 if (rx & URXD_OVRRUN)
136                     flg = TTY_OVERRUN;
137             }
138             tty_insert_flip_char(tty, rx, flg);
139                 tty_insert_flip_string_flags(tty, &ch, &flag, 1);
140                     struct tty_buffer *tb = tty->buf.tail;
141                     memcpy(tb->char_buf_ptr + tb->used, chars, space);
142                     memcpy(tb->flag_buf_ptr + tb->used, flags, space);
143 out:
144     spin_unlock_irqrestore(&sport->port.lock,flags);//釋放自旋鎖
145     tty_flip_buffer_push(tty);//裏面有工做隊列的調度，將數據「刷新」到tty
146     return IRQ_HANDLED;
147 
148 2.uart操做函數結構體
149 static const struct tty_operations uart_ops = {
150     .open        = uart_open,
151     .close        = uart_close,
152     .write        = uart_write,
153     .put_char    = uart_put_char,
154     ...
155     ...
156     ...
157 };
158 //從結構體的類型咱們知道，uart_ops的數據類型就是tty_operations 類型，對應tty的文件操做函數
159 //因此tty的操做路徑就對應着tty_ops-->uart_driver-->uart->ops
160 
161 3.uart_open函數
162     static int uart_open(struct tty_struct *tty, struct file *filp)
163         struct uart_driver *drv = (struct uart_driver *)tty->driver->driver_state;
164 
165 4.uart_close函數
166     static void uart_close(struct tty_struct *tty, struct file *filp)
167         struct uart_state *state = tty->driver_data;
168 
169 5.uart_write函數
170     static int uart_write(struct tty_struct *tty, const unsigned char *buf, int count)
171         struct uart_state *state = tty->driver_data;
172 //在前面，normal->driver_state    = drv;將串口的私有數據賦值給tty
173 //上面三、四、5這幾個函數是在咱們打開串口或者作串口操做的時候，將數據從tty拿出來(由於打開串口的時候，
174 //就是tty去操做設備號對應將設備的信息傳遞到驅動中來)
175 //這幾個函數都是應用層在操做串口的時候纔會調用，與串口數據發送沒有關係，因此就不展開分析了。
176 
177 
178 2、tty驅動分析(不針對特定處理器平臺)
179 文件路徑:\linux_IMX6_CoreC_3.0.35_for_Linux\drivers\tty\tty_io.c
180          \linux_IMX6_CoreC_3.0.35_for_Linux\drivers\tty\tty_buffer.c
181          \linux_IMX6_CoreC_3.0.35_for_Linux\drivers\tty\tty_ldisc.c
182 tty由上往下分爲tty核心層、tty線路規程、tty驅動，用戶空間對應tty設備的操做函數定義及實現都在tty_io.c中。
183 tty核心層不能直接從tty驅動獲取數據，底層的數據通過tty驅動，在通過tty線路規程，再到tty核心層。
184 1. 線路規程的初始化
185 //線路規程的初始化是在內核剛啓動的時候完成的,文件路徑是\init\main.c
186 asmlinkage void __init start_kernel(void)
187     console_init();
188         /* Setup the default TTY line discipline. */
189         tty_ldisc_begin();
190             /* Setup the default TTY line discipline. */
191             (void) tty_register_ldisc(N_TTY, &tty_ldisc_N_TTY);
192             //分析tty_ldisc_N_TTY結構體變量(屬於tty_ldisc_ops類型,接着分析tty_ldisc_ops)
193 1.1 tty_ldisc_ops(線路規程操做函數結構體)
194     struct tty_ldisc_ops tty_ldisc_N_TTY = 
195     {
196         .magic           = TTY_LDISC_MAGIC,
197         .name            = "n_tty",
198         .open            = n_tty_open,
199         .close           = n_tty_close,
200         .flush_buffer    = n_tty_flush_buffer,
201         .chars_in_buffer = n_tty_chars_in_buffer,
202         .read            = n_tty_read,
203         .write           = n_tty_write,
204         .ioctl           = n_tty_ioctl,
205         .set_termios     = n_tty_set_termios,
206         .poll            = n_tty_poll,
207         .receive_buf     = n_tty_receive_buf,
208         .write_wakeup    = n_tty_write_wakeup
209     };
210 //以上這些函數就是tty線路規程在操做數據時候用到的函數，從tty應用層操做向下看就是tty_ops--->tty_ldisc_ops
211 //前面分析uart驅動時候uart_ops和實際的數據接收和發送函數是分開的，在這裏也是相似。
212 //操做設備是一組函數，實際作數據收發的又是另一組函數。
213 1.1.1 n_tty_open函數
214     static int n_tty_open(struct tty_struct *tty)
215         tty->read_buf = kzalloc(N_TTY_BUF_SIZE, GFP_KERNEL);//分配tty緩衝區給tty_read_buf,其中N_TTY_BUF_SIZE爲4096
216         ...
217         reset_buffer_flags(tty);//初始化頭尾指針、讀計數等
218             tty->read_head = tty->read_tail = tty->read_cnt = 0;
219 1.1.2 n_tty_write函數
220     static ssize_t n_tty_write(struct tty_struct *tty, struct file *file, const unsigned char *buf, size_t nr)
221         ...
222         //這裏調用到了tty_driver操做函數，由於在以前的tty_open函數中有了tty->ops=driver->ops這樣的操做。
223         //註冊的時候初始化了ops
224         tty->ops->flush_chars(tty);
225         ...
226         c = tty->ops->write(tty, b, nr);
227         
228 1.1.3 n_tty_read函數
229     static ssize_t n_tty_read(struct tty_struct *tty, struct file *file, unsigned char __user *buf, size_t nr)
230         ...
231         ...
232         while (nr)
233         {
234             c = tty->read_buf[tty->read_tail];//從tty讀緩衝區獲取數據
235             ...
236             tty_put_user(tty, c, b++);
237                 tty_audit_add_data(tty, &x, 1);
238                 put_user(x, ptr);
239             uncopied = copy_from_read_buf(tty, &b, &nr);
240             uncopied += copy_from_read_buf(tty, &b, &nr);
241         }
242 //注意這裏tty線路規程對數據的讀操做並無調用到tty驅動層的讀函數。
243 //和tty線路規程對數據的寫操做要作個對比和區別。
244 //tty的數據讀取是「被動」讀取的，簡單講就是經過串口中斷接收字節，而後調度tty初始化時候註冊的工做隊列來實現數據的讀取，
245 //對應的函數是:
246     flush_to_ldisc();
247         ...
248         disc->ops->receive_buf(tty, char_buf,flag_buf, count);//具體調用的函數是n_tty_receive_buf函數
249         ...
250 2. int __init tty_init(void)
251     //初始化tty設備，tty設備本質上也是一個字符設備
252     //用戶空間對於tty設備的操做都對應到tty_fops結構體裏面的函數
253     cdev_init(&tty_cdev, &tty_fops);//咱們重點分析tty操做函數結構體裏面的函數集合
254     cdev_add(&tty_cdev, MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 0), 1);
255     register_chrdev_region(MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 0), 1, "/dev/tty");
256     device_create(tty_class, NULL, MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 0), NULL, "tty");//建立設備
257     //初始化tty設終端(關於tty的終端，咱們暫時不分析)
258     cdev_init(&console_cdev, &console_fops);
259     register_chrdev_region(MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 1), 1, "/dev/console");
260     consdev = device_create(tty_class, NULL, MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 1), NULL, "console");
261     ...
262 2.1 tty_buffer_init()函數
263         INIT_WORK(&tty_buf.work, flush_to_ldisc);//flush_to_ldisc函數綁定到工做隊列，當tty_filp_buffer_push函數中調用schedule_work(&tty->buf.work);時候，函數獲得調用
264 2.2 tty_fops結構體
265     static const struct file_operations tty_fops = {
266         .llseek        = no_llseek,
267         .read        = tty_read,                            //注意這裏的read函數不是對應uart操做函數裏面的read函數(須要作關聯)，後面會講到
268         .write        = tty_write,                        //同上
269         .poll        = tty_poll,
270         .unlocked_ioctl    = tty_ioctl,
271         .compat_ioctl    = tty_compat_ioctl,
272         .open        = tty_open,
273         .release    = tty_release,
274         .fasync        = tty_fasync,
275     };
276 
277 2.3 tty_open函數(打開tty設備時候作的一些初始化操做，創建tty核心和線路規程以及硬件驅動的聯繫)
278     static int tty_open(struct inode *inode, struct file *filp)
279         struct tty_driver *driver;
280         int index;
281         dev_t device = inode->i_rdev;
282         ...
283         tty = get_current_tty();
284         tty_free_file(filp);
285         ...
286         driver = tty_driver_kref_get(tty->driver);
287         ...
288         driver = get_tty_driver(device, &index);        //根據設備號，來查找到tty_driver
289         tty = tty_init_dev(driver, index, 0);            //初始化tty結構體
290             initialize_tty_struct(tty, driver, idx);    //關鍵的一個初始化,在裏面創建tty核心層和線路規程的聯繫
291                 tty_ldisc_init(tty);                    //初始化線路規程
292                 tty->buf.head = tty->buf.tail = NULL;    //緩衝區頭尾指空
293                 tty_buffer_init(tty);                    //初始化tty緩衝區
294                     spin_lock_init(&tty->buf.lock);
295                     tty->buf.head= NULL;
296                     tty->buf.tail= NULL;
297                     tty->buf.free= NULL;
298                     tty->buf.memory_used= 0;
299                     //初始化了一個工做隊列
300                     //當在驅動層裏receive_chars的最後調用了tty_flip_buffer_push這個函數的時候這個隊裏獲得調度
301                     INIT_DELAYED_WORK(&tty->buf.work, flush_to_ldisc);//在中斷下半部中進行調度時候，flush_to_ldisc會獲得調用，接下來分析這個函數
302                 ...
303                 tty->ops = driver->ops;                    //tty操做指向tty設備操做(注意這裏是指向具體的硬件設備驅動操做)
304                 tty->dev = tty_get_device(tty);
305                     dev_t devt = tty_devnum(tty);        //得到設備號
306                     ...
307             retval = tty_driver_install_tty(driver, tty);
308             ...
309             retval = tty_ldisc_setup(tty, tty->link);    //設置線路規程
310                 retval = tty_ldisc_open(tty, ld);        //打開線路規程
311                 tty_ldisc_enable(tty);                    //使能線路規程
312         ...
313         tty_add_file(tty, filp);
314         check_tty_count(tty, "tty_open");                //檢查tty被打開多少次
315         ...
316         retval = tty->ops->open(tty, filp);                //實際上就是driver->ops->open(注意這裏的driver指的是具體硬件的driver)
317 2.3.1 tty_flip_buffer_push函數
318     void tty_flip_buffer_push(struct tty_struct *tty)
319         ...
320         ...
321         ...
322         if (tty->low_latency)
323             flush_to_ldisc(&tty->buf.work.work);
324         else
325             schedule_work(&tty->buf.work);//工做隊列調度，內核線程???會調用flush_to_ldisc
326 
327 2.3.2 flush_to_ldisc函數
328 //從tty_buffer中找到數據緩衝區char_buf_ptr，並將這個緩衝區指針傳遞給線路規程的操做函數receive_buf。
329 //拷貝數據進tty的read_buf
330     flush_to_ldisc(struct work_struct *work)
331         disc->ops->receive_buf(tty, char_buf, flag_buf,count);
332             n_tty_receive_buf(struct tty_struct *tty, const unsigned char*cp, char *fp, int count);
333                 n_tty_receive_char(tty,*p);
334                 ...
335                 if(tty->ops->flush_chars)
336                     tty->ops->flush_chars(tty);
337 
338 2.4 tty_write函數(應用層調用)
339     static ssize_t tty_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
340         struct tty_struct *tty = file_tty(file);
341          struct tty_ldisc *ld;                                        //tty線路規程結構體，這個結構體很重要
342         ...
343         ld = tty_ldisc_ref_wait(tty);                                //等待tty線路規程(全部從tty驅動上來的數據或者從應用層到tty驅動的數據，都要通過線路規程)
344         ret = do_tty_write(ld->ops->write, tty, file, buf, count);    //do_tty_write這裏其實是調用了ld->ops->write(也就是線路規程的write函數,將數據寫入tty緩衝區)
345                 //等價於調用n_tty_write函數
346                 //在n_tty_write函數中調用下面tty driver中的操做函數
347                 tty->ops->flush_chars(tty);
348                 ...
349                 c = tty->ops->write(tty, b, nr);
350             copy_from_user(tty->write_buf, buf, size);                //從用戶空間拷貝數據到tty寫緩衝中
351 
352 2.5 tty_read函數(應用層調用)
353     static ssize_t tty_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
354         ...
355         struct tty_struct *tty = file_tty(file);
356         ...
357         i = (ld->ops->read)(tty, file, buf, count);//調用線路規程裏面的read函數(n_tty_read)
358             //下面這幾句代碼是n_tty_read函數的
359             while (nr)
360             {
361                 c = tty->read_buf[tty->read_tail];//從tty讀緩衝區獲取數據,其實是在tty->read_buf的末尾tty->read_tail中讀取數據
362                 ...
363                 tty_put_user(tty, c, b++);
364                     tty_audit_add_data(tty, &x, 1);
365                     put_user(x, ptr);
366                 uncopied = copy_from_read_buf(tty, &b, &nr);
367                 uncopied += copy_from_read_buf(tty, &b, &nr);
368             }