Linux RS232/485驱动实验程序分享

　　Linux 下的UART 驱动框架53.1.1uart_driver 结构体在Linux中uart和I2C、SPI一样，提供了串口驱动框架，只需要按照提供的串口框架函数编译驱动即可。一般来说串口驱动都已经实现好了，我们需要做的就是在设备树文件中，添加相应的设备节点。当设备和驱动匹配成功后，串口就能够正常工作。在Linux中，用uart_driver结构体来描述串口，uart_driver定义在include/linux/serial_core.h文件中，内容如下：
　　295structuart_driver{
　　296structmodule*owner;/*模块所属者*/
　　297constchar*driver_name;/*驱动名字*/
　　298constchar*dev_name;/*设备名字*/
　　299intmajor;/*主设备号*/
　　300intminor;/*次设备号*/
　　301intnr;/*设备数*/
　　302structconsole*cons;/*控制台*/
　　303
　　304/*
　　305*theseareprivate;thelowleveldrivershouldnot
　　306*touchthese;theyshouldbeinitialisedtoNULL
　　307*/
　　308structuart_state*state;
　　309structtty_driver*tty_driver;
　　310};
　　一般在开发板上有几个串口，每个串口驱动都需要定义一个uart_driver结构体来表示。同其他设备一样，当uart_driver结构体创建好后，然后注册到内核中去。使用uart_register_driver函数来完成注册行为，函数原型如下：intuart_register_driver（structuart_driver*drv）参数drv就是创建好要注册的uart_driver结构体，返回0，表示成功，失败返回负值。既然有注册函数，同样的也有注销函数uart_unregister_driver，函数原型如下：voiduart_unregister_driver（structuart_driver*drv）参数drv是要注销的uart_driver结构体，没有返回值。

　　uart_port 结构体uart_port用于描述一个UART端口（直接对应于一个串口）的I/O端口或I/O内存地址、FIFO大小、端口类型等信息。uart_port定义在include/linux/serial_core.h文件，部分内容如下：
　　117structuart_port{
　　118spinlock_tlock;/*portlock*/
　　119unsignedlongiobase;/*in/out［bwl］*/
　　120unsignedchar__iomem*membase;/*read/write［bwl］*
　　235conststructuart_ops*ops;
　　236unsignedintcustom_divisor;
　　237unsignedintline;/*portindex*/
　　238unsignedintminor;
　　239resource_size_tmapbase;/*forioremap*/
　　240resource_size_tmapsize;
　　241structdevice*dev;/*parentdevice*/
　　250};
　　在uart_port结构体中主要关注ops成员，ops成员包含了串口的具体驱动函数，后面具体了解。每个UART都有一个uart_port结构体，那么uart_port和uart_driver是如何结合起来的，要用到uart_add_one_port函数，函数原型如下：intuart_add_one_port（structuart_driver*drv，structuart_port*uport）drv：与uart_port对应的uart_driver结构体，uport：要添加到uart_driver结构体中的uart_port结构体。返回值：0，表示成功，负值，表示失败。卸载UART驱动时，也需要将uart_port从相应的uart_driver中移除，使用uart_remove_one_port函数来实现，函数原型如下：intuart_remove_one_port（structuart_driver*drv，structuart_port*uport）drv：要卸载的uart_port对应的uart_driver。uport：要卸载的uart_port。返回值：0，表示成功，负值，表示失败。

　　uart_ops 结构体uart_ops结构体中包含了UART框架中具体的驱动函数，Linux系统收发数据最终调用的都是ops中的函数。ops是uart_ops类型的结构体指针变量，uart_ops定义在include/linux/serial_core.h文件中，内容如下：
　　49structuart_ops{
　　50unsignedint（*tx_empty）（structuart_port*）;
　　51void（*set_mctrl）（structuart_port*，unsignedintmctrl）;
　　52unsignedint（*get_mctrl）（structuart_port*）;
　　53void（*stop_tx）（structuart_port*）;
　　54void（*start_tx）（structuart_port*）;
　　55void（*throttle）（structuart_port*）;
　　56void（*unthrottle）（structuart_port*）;
　　57void（*send_xchar）（structuart_port*，charch）;
　　58void（*stop_rx）（structuart_port*）;
　　59void（*enable_ms）（structuart_port*）;
　　60void（*break_ctl）（structuart_port*，intctl）;
　　61int（*startup）（structuart_port*）;
　　62void（*shutdown）（structuart_port*）;
　　63void（*flush_buffer）（structuart_port*）;
　　64void（*set_termios）（structuart_port*，structktermios*new，
　　65structktermios*old）;
　　66void（*set_ldisc）（structuart_port*，structktermios*）;
　　67void（*pm）（structuart_port*，unsignedintstate，
　　68unsignedintoldstate）;
　　69
　　70/*
　　71*Returnastringdescribingthetypeoftheport
　　72*/
　　73constchar*（*type）（structuart_port*）;
　　74
　　75/*
　　76*ReleaseIOandmemoryresourcesusedbytheport.
　　77*Thisincludesiounmapifnecessary.
　　78*/
　　79void（*release_port）（structuart_port*）;
　　80
　　81/*
　　82*RequestIOandmemoryresourcesusedbytheport.
　　83*Thisincludesiomappingtheportifnecessary.
　　84*/
　　85int（*request_port）（structuart_port*）;
　　86void（*config_port）（structuart_port*，int）;
　　87int（*verify_port）（structuart_port*，structserial_struct*）;
　　88int（*ioctl）（structuart_port*，unsignedint，unsignedlong）;
　　89#ifdefCONFIG_CONSOLE_POLL
　　90int（*poll_init）（structuart_port*）;
　　91void（*poll_put_char）（structuart_port*，unsignedchar）;
　　92int（*poll_get_char）（structuart_port*）;
　　93#endif
　　94};
　　UART驱动编写人员需要实现uart_ops，因为uart_ops是最底层的UART驱动接口，是实实在在的和UART寄存器打交道的。关于uart_ops结构体中的这些函数的具体含义请参考Documentation/serial/driver这个文档。

　　MX6ULUART 驱动分析53.2.1uart的的platform 驱动框架首先看一下在设备树文件imx6ull.dtsi中，串口UART3对应的设备节点，内容如下：
　　1uart3:serial@021ec000{
　　2compatible=“fsl，imx6ul-uart”，
　　3“fsl，imx6q-uart”，“fsl，imx21-uart”;
　　4reg=《0x021ec0000x4000》;
　　5interrupts= ;
　　6clocks=《&clksIMX6UL_CLK_UART3_IPG》，
　　7《&clksIMX6UL_CLK_UART3_SERIAL》;
　　8clock-names=“ipg”，“per”;
　　9dmas=《&sdma2940》，《&sdma3040》;
　　10dma-names=“rx”，“tx”;
　　11status=“disabled”;
　　12};
　　其中，根据compatible属性值：“fsl，imx6ul-uart”、“fsl，imx6q-uar”和“fsl，imx21-uart”。在内核源码中搜索这三个值即可找到对应的UART驱动文件，此文件为drivers/tty/serial/imx.c，在此文件中可以找到如下内容：
　　267staticstructplatform_device_idimx_uart_devtype［］={
　　268{
　　269.name=“imx1-uart”，
　　270.driver_data=（kernel_ulong_t）&imx_uart_devdata［IMX1_UART］，
　　271}，{
　　272.name=“imx21-uart”，
　　273.driver_data=（kernel_ulong_t）&imx_uart_devdata［IMX21_UART］，
　　274}，{
　　275.name=“imx6q-uart”，
　　276.driver_data=（kernel_ulong_t）&imx_uart_devdata［IMX6Q_UART］，
　　277}，{
　　278/*sentinel*/
　　279}
　　280};
　　281MODULE_DEVICE_TABLE（platform，imx_uart_devtype）;
　　282
　　283staticconststructof_device_idimx_uart_dt_ids［］={
　　284{.compatible=“fsl，imx6q-uart”，.data=&imx_uart_devdata［IMX6Q_UART］，}，
　　285{.compatible=“fsl，imx1-uart”，.data=&imx_uart_devdata［IMX1_UART］，}，
　　286{.compatible=“fsl，imx21-uart”，.data=&imx_uart_devdata［IMX21_UART］，}，
　　287{/*sentinel*/}
　　288};
　　。..。..
　　2071staticstructplatform_driverserial_imx_driver={
　　2072.probe=serial_imx_probe，
　　2073.remove=serial_imx_remove，
　　2074
　　2075.suspend=serial_imx_suspend，
　　2076.resume=serial_imx_resume，
　　2077.id_table=imx_uart_devtype，
　　2078.driver={
　　2079.name=“imx-uart”，
　　2080.of_match_table=imx_uart_dt_ids，
　　2081}，
　　2082};
　　2083
　　2084staticint__initimx_serial_init（void）
　　2085{
　　2086intret=uart_register_driver（&imx_reg）;
　　2087
　　2088if（ret）
　　2089returnret;
　　2090
　　2091ret=platform_driver_register（&serial_imx_driver）;
　　2092if（ret！=0）
　　2093uart_unregister_driver（&imx_reg）;
　　2094
　　2095returnret;
　　2096}
　　2097
　　2098staticvoid__exitimx_serial_exit（void）
　　2099{
　　2100platform_driver_unregister（&serial_imx_driver）;
　　2101uart_unregister_driver（&imx_reg）;
　　2102}
　　2103
　　2104module_init（imx_serial_init）;
　　2105module_exit（imx_serial_exit）;
　　从上述代码可以看出，uart驱动文件使用了platform_driver结构体，本质上是一个platform驱动。第267~280行，imx_uart_devtype为传统匹配表。第283~288行，设备树所使用的匹配表，第284行的compatible属性值为“fsl，imx6q-uart”。第2071~2082行，platform驱动框架结构体serial_imx_driver。第2084~2096行，驱动入口函数，第2086行调用uart_register_driver函数向Linux内核注册uart_driver，在这里就是imx_reg。第2098~2102行，驱动出口函数，第2101行调用uart_unregister_driver函数注销掉前面注册的uart_driver，也就是imx_reg。

　　uart_driver 初始化在imx_serial_init函数中向Linux内核注册了imx_reg，imx_reg就是uart_driver类型的结构体变量，imx_reg定义如下：
　　1836staticstructuart_driverimx_reg={
　　1837.owner=THIS_MODULE，
　　1838.driver_name=DRIVER_NAME，
　　1839.dev_name=DEV_NAME，
　　1840.major=SERIAL_IMX_MAJOR，
　　1841.minor=MINOR_START，
　　1842.nr=ARRAY_SIZE（imx_ports），
　　1843.cons=IMX_CONSOLE，
　　1844};
　　53.2.3uart_port 初始化和注册当UART设备和驱动匹配成功以后serial_imx_probe函数就会执行，此函数的重点工作就是初始化uart_port，然后将其添加到对应的uart_driver中。在看serial_imx_probe函数之前先来看一下imx_port结构体，imx_port是 NXP 为I.MX系列SOC定义的一个设备结构体，此结构体内部就包含了uart_port成员变量，imx_port结构体内容如下所示（有缩减）：
　　216structimx_port{
　　217structuart_portport;
　　218structtimer_listtimer;
　　219unsignedintold_status;
　　220unsignedinthave_rtscts:1;
　　221unsignedintdte_mode:1;
　　222unsignedintirda_inv_rx:1;
　　223unsignedintirda_inv_tx:1;
　　224unsignedshorttrcv_delay;/*transceiverdelay*/
　　243unsignedlongflags;
　　245};
　　第217行，uart_port成员变量port。接下来看一下serial_imx_probe函数，函数内容如下：
　　1969staticintserial_imx_probe（structplatform_device*pdev）
　　1970{
　　1971structimx_port*sport;
　　1972void__iomem*base;
　　1973intret=0;
　　1974structresource*res;
　　1975inttxirq，rxirq，rtsirq;
　　1976
　　1977sport=devm_kzalloc（&pdev-》dev，sizeof（*sport），GFP_KERNEL）;
　　1978if（！sport）
　　1979return-ENOMEM;
　　1980
　　1981ret=serial_imx_probe_dt（sport，pdev）;
　　1982if（ret》0）
　　1983serial_imx_probe_pdata（sport，pdev）;
　　1984elseif（ret《0）
　　1985returnret;
　　1986
　　1987res=platform_get_resource（pdev，IORESOURCE_MEM，0）;
　　1988base=devm_ioremap_resource（&pdev-》dev，res）;
　　1989if（IS_ERR（base））
　　1990returnPTR_ERR（base）;
　　1991
　　1992rxirq=platform_get_irq（pdev，0）;
　　1993txirq=platform_get_irq（pdev，1）;
　　1994rtsirq=platform_get_irq（pdev，2）;
　　1995
　　1996sport-》port.dev=&pdev-》dev;
　　1997sport-》port.mapbase=res-》start;
　　1998sport-》port.membase=base;
　　1999sport-》port.type=PORT_IMX，
　　2000sport-》port.iotype=UPIO_MEM;
　　2001sport-》port.irq=rxirq;
　　2002sport-》port.fifosize=32;
　　2003sport-》port.ops=&imx_pops;
　　2004sport-》port.rs485_config=imx_rs485_config;
　　2005sport-》port.rs485.flags=
　　2006SER_RS485_RTS_ON_SEND|SER_RS485_RX_DURING_TX;
　　2007sport-》port.flags=UPF_BOOT_AUTOCONF;
　　2008init_timer（&sport-》timer）;
　　2009sport-》timer.function=imx_timeout;
　　2010sport-》timer.data=（unsignedlong）sport;
　　2011
　　2012sport-》clk_ipg=devm_clk_get（&pdev-》dev，“ipg”）;
　　2013if（IS_ERR（sport-》clk_ipg））{
　　2014ret=PTR_ERR（sport-》clk_ipg）;
　　2015dev_err（&pdev-》dev，“failedtogetipgclk：%dn”，ret）;
　　2016returnret;
　　2017}
　　2018
　　2019sport-》clk_per=devm_clk_get（&pdev-》dev，“per”）;
　　2020if（IS_ERR（sport-》clk_per））{
　　2021ret=PTR_ERR（sport-》clk_per）;
　　2022dev_err（&pdev-》dev，“failedtogetperclk：%dn”，ret）;
　　2023returnret;
　　2024}
　　2025
　　2026sport-》port.uartclk=clk_get_rate（sport-》clk_per）;
　　2027if（sport-》port.uartclk》IMX_MODULE_MAX_CLK_RATE）{
　　2028ret=clk_set_rate（sport-》clk_per，IMX_MODULE_MAX_CLK_RATE）;
　　2029if（ret《0）{
　　2030dev_err（&pdev-》dev，“clk_set_rate（）failedn”）;
　　2031returnret;
　　2032}
　　2033}
　　2034sport-》port.uartclk=clk_get_rate（sport-》clk_per）;
　　2035
　　2036/*
　　2037*AllocatetheIRQ（s）i.MX1hasthreeinterruptswhereaslater
　　2038*chipsonlyhaveoneinterrupt.
　　2039*/
　　2040if（txirq》0）{
　　2041ret=devm_request_irq（&pdev-》dev，rxirq，imx_rxint，0，
　　2042dev_name（&pdev-》dev），sport）;
　　2043if（ret）
　　2044returnret;
　　2045
　　2046ret=devm_request_irq（&pdev-》dev，txirq，imx_txint，0，
　　2047dev_name（&pdev-》dev），sport）;
　　2048if（ret）
　　2049returnret;
　　2050}else{
　　2051ret=devm_request_irq（&pdev-》dev，rxirq，imx_int，0，
　　2052dev_name（&pdev-》dev），sport）;
　　2053if（ret）
　　2054returnret;
　　2055}
　　2056
　　2057imx_ports［sport-》port.line］=sport;
　　2058
　　2059platform_set_drvdata（pdev，sport）;
　　2060
　　2061returnuart_add_one_port（&imx_reg，&sport-》port）;
　　2062}
　　第1971行，定义一个imx_port类型的结构体指针变量sport。第1977行，为sport申请内存。第1987~1988行，从设备树中获取I.MX系列SOCUART外设寄存器首地址，对于I.MX6ULL的UART3来说就是0X021EC000。得到寄存器首地址以后对其进行内存映射，得到对应的虚拟地址。第1992~1994行，获取中断信息。第1996~2034行，初始化sport，我们重点关注的就是第2003行初始化sport的port成员变量，也就是设置uart_ops为imx_pops，imx_pops就是I.MX6ULL最底层的驱动函数集合，稍后再来看。第2040~2055行，申请中断。第2061行，使用uart_add_one_port向uart_driver添加uart_port，在这里就是向imx_reg添加sport-》port。

　　imx_pops 结构体imx_pops就是uart_ops类型的结构体变量，保存了I.MX6ULL串口最底层的操作函数，imx_pops定义如下：　　1611staticstructuart_opsimx_pops={　　1612.tx_empty=imx_tx_empty，　　1613.set_mctrl=imx_set_mctrl，　　1614.get_mctrl=imx_get_mctrl，　　1615.stop_tx=imx_stop_tx，　　1616.start_tx=imx_start_tx，　　1617.stop_rx=imx_stop_rx，　　1618.enable_ms=imx_enable_ms，　　1619.break_ctl=imx_break_ctl，　　1620.startup=imx_startup，　　1621.shutdown=imx_shutdown，　　1622.flush_buffer=imx_flush_buffer，　　1623.set_termios=imx_set_termios，　　1624.type=imx_type，　　1625.config_port=imx_config_port，　　1626.verify_port=imx_verify_port，　　1627#ifdefined（CONFIG_CONSOLE_POLL）　　1628.poll_init=imx_poll_init，　　1629.poll_get_char=imx_poll_get_char，　　1630.poll_put_char=imx_poll_put_char，　　1631#endif　　1632};