打通linux的tty驅(qū)動的數(shù)據(jù)鏈路
一、首先把tty驅(qū)動在linux中的分層結(jié)構(gòu)理清楚：
自上而下分為TTY核心層、TTY線路規(guī)程、TTY驅(qū)動。
二、TTY核心層與線路規(guī)程層分析
用戶空間的程序直接對tty核心層進行讀寫等相關(guān)操作，在tty_io.c中：
int__init tty_init(void)
{
cdev_init(&tty_cdev，&tty_fops);
if(cdev_add(&tty_cdev， MKDEV(TTYAUX_MAJOR， 0)， 1) ||
register_chrdev_region(MKDEV(TTYAUX_MAJOR， 0)， 1， "/dev/tty")< 0)
panic("Couldn‘tregister /dev/tty drivern");
device_create(tty_class，NULL， MKDEV(TTYAUX_MAJOR， 0)， NULL， "tty");
………
｝
以上的一段初始化代碼可以獲取以下信息：
注冊了一個字符驅(qū)動，用戶空間操作對應(yīng)到tty_fops結(jié)構(gòu)體里的函數(shù)：
staticconst struct file_operations tty_fops = {
。llseek =no_llseek，
。read =tty_read，
。write =tty_write，
。poll =tty_poll，
。unlocked_ioctl =tty_ioctl，
。compat_ioctl =tty_compat_ioctl，
。open =tty_open，
。release =tty_release，
。fasync =tty_fasync，
};
對于字符設(shè)備驅(qū)動，我們知道，讀寫操作一一對應(yīng)于fops.
tty_open：
static int tty_open(struct inode *inode， struct file *filp)
{
int index;
dev_tdevice = inode->i_rdev;
structtty_driver *driver;
……
driver= get_tty_driver(device， &index);
……
tty= tty_init_dev(driver， index， 0);
……
retval= tty_add_file(tty， filp);
……
if(tty->ops->open)
retval= tty->ops->open(tty， filp);
｝
get_tty_driver是根據(jù)設(shè)備號device，通過查找tty_drivers全局鏈表來查找tty_driver.
tty_init_dev是初始化一個tty結(jié)構(gòu)體：
tty->driver= driver;
tty->ops= driver->ops;
并建立線路規(guī)程：
ldops= tty_ldiscs[N_TTY];
ld->ops= ldops;
tty->ldisc= ld;
其實tty_ldiscs[N_TTY]在console_init中確定，該函數(shù)在內(nèi)核啟動的時候調(diào)用。
tty_register_ldisc(N_TTY，&tty_ldisc_N_TTY);
則：tty_ldiscs[N_TTY]=&tty_ldisc_N_TTY;
struct tty_ldisc_ops tty_ldisc_N_TTY = {
。magic = TTY_LDISC_MAGIC，
。name = "n_tty"，
。open = n_tty_open，
。close = n_tty_close，
。flush_buffer = n_tty_flush_buffer，
。chars_in_buffer= n_tty_chars_in_buffer，
。read = n_tty_read，
。write = n_tty_write，
。ioctl = n_tty_ioctl，
。set_termios = n_tty_set_termios，
。poll = n_tty_poll，
。receive_buf = n_tty_receive_buf，
。write_wakeup = n_tty_write_wakeup
};
tty_add_file主要是將tty保存到file的私有變量private_data中。
tty->ops->open的調(diào)用，實則上就是應(yīng)用driver->ops->open.這樣，我們就從tty核心層到tty驅(qū)動層了。
tty_write：
static ssize_t tty_write(struct file *file， const char __user *buf，
size_t count， loff_t *ppos)
{
………
ld= tty_ldisc_ref_wait(tty);
if(!ld->ops->write)
ret= -EIO;
else
ret= do_tty_write(ld->ops->write， tty， file， buf， count);
………
}
從以上這個函數(shù)里，可以看到tty_write調(diào)用路線規(guī)程的write函數(shù)，所以，我們來看ldisc中的write函數(shù)是怎樣的。經(jīng)過一些操作后，最終調(diào)用：
tty->ops->flush_chars(tty);
tty->ops->write(tty，b， nr);
顯然，這兩個函數(shù)，都調(diào)用了tty_driver操作函數(shù)，因為在之前的tty_open函數(shù)中有了tty->ops=driver-> ops這樣的操作。那么這個tty_driver是怎樣的呢，在TTY系統(tǒng)中，tty_driver是需要在驅(qū)動層注冊的。注冊的時候就初始化了ops， 也就是說，接下來的事情要看tty_driver的了。
tty_read：
static ssize_t tty_read(struct file *file， char __user *buf， size_t count，
loff_t *ppos)
{
………
ld= tty_ldisc_ref_wait(tty);
if(ld->ops->read)
i= (ld->ops->read)(tty， file， buf， count);
else
i= -EIO;
……
}
像tty_write的一樣，在tty_read里，也調(diào)用了線路規(guī)程的對應(yīng)read函數(shù)。不同的是，這個read沒有調(diào)用tty_driver里ops的read，而是這樣：
uncopied= copy_from_read_buf(tty， &b， &nr);
uncopied+= copy_from_read_buf(tty， &b， &nr);
從函數(shù)名來看copy_from_read_buf，就是從read_buf這個緩沖區(qū)拷貝數(shù)據(jù)。實際上是在tty->read_buf的末尾 tty->read_tail中讀取數(shù)據(jù)。那么read_buf中的數(shù)據(jù)是怎么來的呢?猜想，那肯定是tty_driver干的事了。
tty_ioctl：
long tty_ioctl(struct file *file， unsigned int cmd， unsigned long arg)
{
……
switch(cmd) {
case… …… ：[!--empirenews.page--]
………
}
｝
就是根據(jù)cmd的值進行相關(guān)操作，有對線路規(guī)程操作的，有直接通過tty_driver操作的。
三、TTY驅(qū)動層分析
接下來看，TTY驅(qū)動層是怎樣的：
TTY驅(qū)動層是根據(jù)不同的硬件操作來完成相應(yīng)的操作，這里我們以串口為例。
串口作為一個標準的設(shè)備，把共性的分離出來，就成了uart層，特性成了serial層。
主要是serial層作為一個驅(qū)動模塊加載。以8250.c為例：
static int __init serial8250_init(void)
{
………
serial8250_reg.nr= UART_NR;
ret= uart_register_driver(&serial8250_reg);
………
serial8250_register_ports(&serial8250_reg，&serial8250_isa_devs->dev);
………
｝
#define UART_NR CONFIG_SERIAL_8250_NR_UARTS
CONFIG_SERIAL_8250_NR_UARTS是在配置內(nèi)核的時候定義的，表示支持串口的個數(shù)。
static struct uart_driver serial8250_reg = {
。owner =THIS_MODULE，
。driver_name ="serial"，
。dev_name ="ttyS"，
。major =TTY_MAJOR，
。minor =64，
。cons =SERIAL8250_CONSOLE，
};
在驅(qū)動層里有幾個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
structuart_driver;
structuart_state ;
structuart_port;
structtty_driver;
structtty_port;
實際上，理清了這幾個結(jié)構(gòu)體的關(guān)系，也就理清了TTY驅(qū)動層。
uart_register_driver：
這個函數(shù)主要是向TTY核心層注冊一個TTY驅(qū)動：
retval= tty_register_driver(normal);
其中normal是tty_driver.
另外，還會對tty_driver和uart_driver之間進行某些賦值和指針連接。我們最關(guān)心的是，給tty_driver初始化了操作函數(shù)uart_ops，這樣，在tty核心層就可以通過uart_ops來對UART層進行操作。
serial8250_register_ports：
最重要的兩個函數(shù)：serial8250_isa_init_ports和uart_add_one_port
serial8250_isa_init_ports主要的工作是初始化uart_8250_port：開啟定時器和初始化uart_port.
uart_add_one_port顧名思議，就是為uart_driver增加一個端口，在uart_driver里的state指向NR個slot， 然后，這個函數(shù)的主要工作就是為slot增加一個port.這樣，uart_driver就可以通過port對ops操作函數(shù)集進行最底層的操作。
現(xiàn)在來分析下連接部分，也就是tty_driver如何工作，如何連接tty核心層(或者ldisc層)和串口層uart_port.關(guān)于操作部分主要是uart_ops.
uart_open：
staticint uart_open(struct tty_struct *tty， struct file *filp)
{
………
retval= uart_startup(tty， state， 0);
……
}
staticint uart_startup(struct tty_struct *tty， struct uart_state *state，int init_hw)
{
……
retval= uport->ops->startup(uport);
………
｝
調(diào)用了uart_port的操作函數(shù)ops的startup，在這個函數(shù)里作了一些串口初始化的工作，其中有申請接收數(shù)據(jù)中斷或建立超時輪詢處理。
在startup里面申請了接收數(shù)據(jù)中斷，那么這個中斷服務(wù)程序就跟讀操作密切相關(guān)了，從tty核心層的讀操作可知，接收到的數(shù)據(jù)一定是傳送到read_buf中的?，F(xiàn)在來看是中斷服務(wù)程序。
調(diào)用receive_chars來接收數(shù)據(jù)，在receive_chars中，出現(xiàn)了兩個傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)：
tty_insert_flip_char和tty_flip_buffer_push.
static inline int tty_insert_flip_char(struct tty_struct *tty，
unsigned char ch， char flag)
{
struct tty_buffer *tb = tty->buf.tail;
if(tb && tb->used < tb->size) {
tb->flag_buf_ptr[tb->used]= flag;
tb->char_buf_ptr[tb->used++]= ch;
return1;
}
return tty_insert_flip_string_flags(tty， &ch， &flag， 1);
}
當當前的tty_buffer空間不夠時調(diào)用tty_insert_flip_string_flags，在這個函數(shù)里會去查找下一個tty_buffer，并將數(shù)據(jù)放到下一個tty_buffer的char_buf_ptr里。
那么char_buf_ptr的數(shù)據(jù)怎樣與線路規(guī)程中的read_buf關(guān)聯(lián)的呢，我們看，在初始化tty_buffer的時候，也就是在tty_buffer_init函數(shù)中：
void tty_buffer_init(struct tty_struct *tty)
{
spin_lock_init(&tty->buf.lock);
tty->buf.head= NULL;
tty->buf.tail= NULL;
tty->buf.free= NULL;
tty->buf.memory_used= 0;
INIT_DELAYED_WORK(&tty->buf.work，flush_to_ldisc);
}
在函數(shù)的最后，初始化了一個工作隊列。
而這個隊列在什么時候調(diào)度呢，在驅(qū)動層里receive_chars的最后調(diào)用了tty_flip_buffer_push這個函數(shù)。
void tty_flip_buffer_push(struct tty_struct *tty)
{
unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&tty->buf.lock， flags);if (tty->buf.tail != NULL)
tty->buf.tail->commit = tty->buf.tail->used;spin_unlock_irqrestore(&tty->buf.lock， flags);
if (tty->low_latency)
flush_to_ldisc(&tty->buf.work.work);else schedule_delayed_work(&tty->buf.work， 1);
}
那么，在push數(shù)據(jù)到tty_buffer的時候有兩種方式，一種是flush_to_ldisc，另一種就是調(diào)度tty緩沖區(qū)的工作隊列。
flush_to_ldisc是隊列調(diào)用的函數(shù)：
static void flush_to_ldisc(struct work_struct *work)[!--empirenews.page--]
{
……
while((head = tty->buf.head) != NULL) {
………
count= head->commit – head->read;
………
char_buf= head->char_buf_ptr + head->read;
flag_buf= head->flag_buf_ptr + head->read;
head->read+= count;
disc->ops->receive_buf(tty，char_buf，
flag_buf，count);
………
}
……
}
這個函數(shù)主要的功能是，從tty_buffer中找到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)char_buf_ptr，并將這個緩沖區(qū)指針傳遞給線路規(guī)程的操作函數(shù)receive_buf.再來看receive_buf：
static void n_tty_receive_buf(struct tty_struct *tty， const unsigned char*cp，
char *fp， int count)
{
……
if(tty->real_raw) {
………
memcpy(tty->read_buf+ tty->read_head， cp， i);
………
}else{
………
switch(flags) {
caseTTY_NORMAL：
n_tty_receive_char(tty，*p);
break;
……
}
if(tty->ops->flush_chars)
tty->ops->flush_chars(tty);
………
}
………
}
從上面這段代碼可以看到，if條件成立，明顯地是拷貝數(shù)據(jù)進tty的read_buf;進入else，在正常的狀態(tài)下會調(diào)用n_tty_receive_char，然后會調(diào)用put_tty_queue，在這個函數(shù)里最終還是把數(shù)據(jù)拷貝到tty的read_buf中。
到此，tty驅(qū)動的讀操作數(shù)據(jù)鏈路基本上連通了。
uart_write：
static int uart_write(struct tty_struct *tty，
const unsigned char *buf， int count)
{
……
port= state->uart_port;
circ= &state->xmit;
……
while(1){
c= CIRC_SPACE_TO_END(circ->head， circ->tail， UART_XMIT_SIZE);
………
memcpy(circ->buf+ circ->head， buf， c);
………
}
……
uart_start(tty);
return ret;
}
上面代碼的意思是把要寫的數(shù)據(jù)拷貝到state的緩沖區(qū)里。然后調(diào)用uart_start.
static void __uart_start(struct tty_struct *tty)
{
struct uart_state *state = tty->driver_data;
struct uart_port *port = state->uart_port;
if(!uart_circ_empty(&state->xmit) && state->xmit.buf&&
!tty->stopped && !tty->hw_stopped)
port->ops->start_tx(port);
}
調(diào)用了uart_port的操作函數(shù)集的start_tx.
static void serial8250_start_tx(struct uart_port *port)
{
struct uart_8250_port *up = container_of(port， struct uart_8250_port， port);
……
transmit_chars(up);
………
}
在transmit_chars中會把state->xmit緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫進串口發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，也就是數(shù)據(jù)到達硬件層。到此，寫操作的數(shù)據(jù)鏈路也連通。
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