【驱动】串口驱动分析（一）-软件架构

区分不同的终端类型

串行端口终端（/dev/ttySn）

串行端口终端（Serial Port Terminal）是使用计算机串行端口连接的终端设备。计算机把每个串行端口都看作是一个字符设备。

有段时间这些串行端口设备通常被称为终端设备，因为 那时它的最大用途就是用来连接终端。这些串行端口所对应的设备名称是/dev/tts/0（或/dev/ttyS0）、/dev/tts/1（或/dev /ttyS1）等，设备号分别是（4,0）、（4,1）等，分别对应于DOS系统下的COM1、COM2等。

若要向一个端口发送数据，可以在命令行上把标 准输出重定向到这些特殊文件名上即可。例如，在命令行提示符下键入：echo test > /dev/ttyS1会把单词”test”发送到连接在ttyS1（COM2）端口的设备上。

伪终端（/dev/pty/）

伪终端 /dev/pts是远程登陆(telnet,ssh等)后创建的控制台设备文件所在的目录。

由于可能有好几千个用户登陆，所以/dev/pts其实是动态生成的，不象其他设备文件是构建系统时就已经产生的硬盘节点(如果未使用devfs) 。

第一个用户登陆，console的设备文件为/dev/pts/0，第二个为/dev/pts/1，以此类推。这里的0、1、2、3不是具体的标准输入或输出，而是整个控制台。你可尝试 echo "aaaaaa" > /dev/pts0、1、2……。

控制终端（/dev/tty）

控制终端 /dev/tty指的是当前所处的终端，输出到此的内容只会显示在当前工作的终端显示器上。

如果当前进程有控制终端（Controlling Terminal）的话，那么/dev/tty就是当前进程的控制终端的设备特殊文件。可以使用命令”ps –ax”来查看进程与哪个控制终端相连。对于你登录的shell，/dev/tty就是你使用的终端，设备号是（5,0）。

使用命令”tty”可以查看它具体对应哪个实际终端设备。/dev/tty有些类似于到实际所使用终端设备的一个联接。这个终端文件可以由各个用户共享

控制台终端（/dev/ttyn, /dev/console）

控制台终端/dev/ttyn n(0到6)， tty1，tty2就是不同的虚拟终端（virtual console）.

/dev/console 就是tty0 ，tty0则是当前所使用虚拟终端即激活的虚拟终端的一个别名，系统所产生的信息会发送到该终端上，实际上机器只有一个屏幕，也就是我们看到的这个屏幕，可以理解为console指向激活的那个tty，准确地说是激活的那个tty才将输出显示到console。

历史上，console指主机本身的屏幕键盘，而tty指用电缆链接的其它位置的控制台（仅包含屏幕和键盘）。tty0是系统自动打开的，但不用于用户登录。

总结

其实，上古时期，都有实体，理解完全不是难事。

这个IBM的广告，美女左手是terminal，右手是console

• terminal 相对的是console

• • terminal是终端，不在主机上，远端控制
  • console是主机上的面板开关，本机控制

• terminal是一个设备，最早借用了teletypewriter的产品形态，简称tty

• • 长得像台打字机，其实输入输出确实都打印在纸上
  • 后来进化出一个crt显示器
  • 所以上古时期，terminal包含tty，tty就是terminal的一种

• shell相对的是kernel

• • 那个时候有shell嘛？可能还没有出现

实体terminal时代的逻辑流程图如下：

到了PC时代，本机自带了键盘鼠标，于是混乱就开始了

• 实体的terminal设备，已经消失了，没有打字机形态的tty，也不存在video tty
• 但是，基因被传承了下来，还是有terminal，tty这样的名称存在，并且逻辑上一以贯之
• shell作为kernel的中间层，也发明了出来，搞不清打开的是terminal还是shell

来看一张图，其实会解决这个混乱

• 我们平时打开的iterm2之类的，实际上是terminal应用

• • 并不直接与shell交互，更不与kernel交互
  • 它是一个带显示器的远程对讲机，或者说是facetime，和虚拟master交互

• 实体tty不存在了，但是虚拟出一个伪终端，pseudo tty，简称pty

• • 这个pty虚拟出来一个master，你可以理解成一个坐在实体终端机前面的小人
  • pty又虚拟出一个slave，你可以理解成上古时代的终端机

• 为什么要这样做呢？

• • 好比把之前主机的实体外设，在主机内部模拟了一下
  • 老的传统被传承了下来，设定有一个人，在敲终端机
  • 保持了系统的一贯性，只是各种名称，带来了混乱

• master与外部terminal应用交互，slave与shell交互，shell与kernel交互

现代tty架构

串口驱动框架

串口驱动，内核启动的时候，便初始化完成，后期应用层用到的时候，访问设备节点便，获取串口设备的 fd 句柄，然后设置相关的参数（波特率，停止位，校验位等等）便可以使用串口进行数据收发。

Linux Kernel 的 UART 串口分为几层，tty 核心层，tty 线路规程，串行驱动核心层，以及下面对接具体芯片的 ops：

整个流程走下来，有太多的数据结构和 ops，要分析清楚整个流程，有两种方式：

1、至上而下，即，从用户空间调用串口配置以及串口读写的角度来分析

2、从底层注册开始分析

本文先从底层注册开始分析，根据内核已知提供的接口，逐步打开魔盒，力求扩散到每一个常用的地方。

tty core

tty core主要实现如下三类功能：

• 将串口设备有关的物理对象（及其操作方法）封装成一个一个的数据结构，以达到用软件语言描述硬件的目的。
• 向底层driver提供串口驱动的编程接口。
• 基于TTY framework所提供的TTY driver的编写规则，将底层driver看到的serial driver，转换为TTY driver，并将所有的serial操作，转换为对应的tty操作。

线路规程

负责在串口设备之间进行上下文切换，以实现多任务调度。当有数据需要从串口设备发送或接收时，线程调度器会将任务切换到适当的设备上。

串口硬件驱动层

这个层次主要负责和具体的串口硬件进行通信，实现了对硬件的控制和访问。在内核中，串口驱动模块通常被实现为字符设备，通过字符设备接口与串口核心模块进行交互。它通过注册到串口核心层，实现了对上层的透明。

小结

tty core 和串口硬件驱动层是串口驱动框架的核心部分。在使用串口设备时，用户通常只需要与tty core模块进行交互，而不需要直接操作串口驱动模块和平台驱动模块。下一节我们将深入到串口驱动内部分析tty core的框架体系结构。

本文参考

https://blog.csdn.net/liusaoyue/article/details/5075745

https://www.zhihu.com/question/21711307?sort=created

https://blog.csdn.net/awks4002/article/details/102360209