Uart体系结构

UART设备驱动可以使用tty驱动的框架来实现，但是因为串口之间有共性，所以Linux在tty接口上封装了一层(serial core)。后面我们再拿一篇文章来解释tty驱动，tty其实就是各种终端设备，串口其实也是终端设备。

驱动工程师没必要关心上层的流程,只需注册一个uart_driver，并按硬件规范将对应接口函数完成就可以了。

上图我们只需要实现xxx_uart.c ,  而我们实现所需要的结构体和函数接口就是由serial_core.c提供。接下来我们来看一下对应的结构体和接口函数。

重要结构体

内核版本：4.20.12

• uart_driver

struct uart_driver {struct module    *owner;const char    *driver_name;const char    *dev_name; //设备名，即dev下的节点名int       major;int       minor;int       nr;struct console    *cons;//console配置，串口作为console时才需要//私有的，底层驱动把它初始化为NULL即可struct uart_state  *state;struct tty_driver  *tty_driver;
};

串口设备也是字符设备，所以看到很多字符设备相关的，console就是控制台，我们平常所使用的debug口就是console。

• uart_port

//描述一个UART端口
struct uart_port {spinlock_t    lock;      /* port lock */unsigned long    iobase;      /* in/out[bwl] */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_ldisc)(struct uart_port *,struct ktermios *);unsigned int    (*get_mctrl)(struct uart_port *);void      (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int);unsigned int    (*get_divisor)(struct uart_port *,unsigned int baud,unsigned int *frac);void      (*set_divisor)(struct uart_port *,unsigned int baud,unsigned int quot,unsigned int quot_frac);int      (*startup)(struct uart_port *port);void      (*shutdown)(struct uart_port *port);void      (*throttle)(struct uart_port *port);void      (*unthrottle)(struct uart_port *port);//中断处理int      (*handle_irq)(struct uart_port *);void      (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,unsigned int old); //电源管理void      (*handle_break)(struct uart_port *);//485配置int      (*rs485_config)(struct uart_port *,struct serial_rs485 *rs485);int      (*iso7816_config)(struct uart_port *,struct serial_iso7816 *iso7816);unsigned int    irq;      /* 中断号 */unsigned long    irqflags;    /* 中断标志  */unsigned int    uartclk;    /* 串口时钟 */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    quirks;      /* internal quirks *///省略宏定义....unsigned int    read_status_mask;  /* driver specific */unsigned int    ignore_status_mask;  /* driver specific */struct uart_state  *state;      /* pointer to parent state */struct uart_icount  icount;      /* statistics */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;
//省略宏定义....upstat_t    status;
//省略宏定义....int      hw_stopped;    /* sw-assisted CTS flow state */unsigned int    mctrl;      /* current modem ctrl settings */unsigned int    timeout;    /* character-based timeout */unsigned int    type;      /* port type */const struct uart_ops  *ops;     //串口操作函数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 */unsigned char    hub6;      /* this should be in the 8250 driver */unsigned char    suspended;unsigned char    unused[2];const char    *name;      /* port name */struct attribute_group  *attr_group;    /* port specific attributes */const struct attribute_group **tty_groups;  /* all attributes (serial core use only) */struct serial_rs485     rs485;struct serial_iso7816   iso7816;void      *private_data;    /* generic platform data pointer */
};

uart_port用于描述一个UART端口的I/O端口或I/O内存地址、FIFO大小、端口类型等信息。这个结构体参数很多，还有很多对串口进行配置的函数。

• uart_ops

//物理硬件的所有操作
struct uart_ops {//一些操作函数unsigned int  (*tx_empty)(struct uart_port *);//判断发送FIFO是否为空void    (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int mctrl); //设置控制信息unsigned int  (*get_mctrl)(struct uart_port *); //获取当前控制信息void    (*stop_tx)(struct uart_port *); //停止txvoid    (*start_tx)(struct uart_port *);//启动txvoid    (*throttle)(struct uart_port *);//通知串口驱动，线路规程输入缓冲区接近满了void    (*unthrottle)(struct uart_port *);//通知串口驱动可以将字符发送到线路规程输入缓冲区void    (*send_xchar)(struct uart_port *, char ch); //传输高优先级字符，即使端口已停止。void    (*stop_rx)(struct uart_port *); //停止Rxvoid    (*enable_ms)(struct uart_port *); //使能modem状态中断void    (*break_ctl)(struct uart_port *, int ctl); //控制中断信号的传输int    (*startup)(struct uart_port *); //启动串口void    (*shutdown)(struct uart_port *); //关闭串口void    (*flush_buffer)(struct uart_port *); //刷新写buffer，复位DMAvoid    (*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new,struct ktermios *old); //改变串口参数，包括字长，奇偶校验，停止位。void    (*set_ldisc)(struct uart_port *, struct ktermios *); //通知线路规程改变void    (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,unsigned int oldstate); //电源管理//返回一个描述串口类型的字符串const char  *(*type)(struct uart_port *);//释放IO和内存资源void    (*release_port)(struct uart_port *);//申请IO和内存资源int    (*request_port)(struct uart_port *);//配置串口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_POLLint    (*poll_init)(struct uart_port *);void    (*poll_put_char)(struct uart_port *, unsigned char);int    (*poll_get_char)(struct uart_port *);
#endif
};

• uart_driver是对tty_driver的封装，uart_driver和platform_driver还是有区别的，因为它并没有probe回调函数。它主要是一些字符设备的信息。

• uart_port用来描述具体的串口，主要是一些串口参数。

• uart_ops就是一些串口的操作函数，和字符设备中的file_operations差不多。

API函数

//注册/注销uart_driver到串口核心层
int uart_register_driver(struct uart_driver *drv)
void uart_unregister_driver(struct uart_driver *drv)//关联具体串口和驱动
int uart_add_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport)
//移除串口和驱动的管理
int uart_remove_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport)

我们使用到的接口函数很少，所以其实蛮简单的，Linux封装完之后就是填充结构体，然后调用接口注册一下。

总结

首先我们要清楚，在底层，Uart驱动是为每个port都分配了缓存空间的。所以应用层读取的都是缓存空间中的。然后uart_driver不能和platform_driver混淆。后面我们分析实例时会发现Uart的驱动是由platform_driver来回调probe的。之前说过，控制器都是使用platform_driver, 串口对于芯片而言，也是一个控制器。

分析一大堆代码是不是看着很累，所以千万别全部看，挑重点看，理清思路即可。