往期内容
本专栏往期内容：Uart子系统
- UART串口硬件介绍
- 深入理解TTY体系：设备节点与驱动程序框架详解
- Linux串口应用编程：从UART到GPS模块及字符设备驱动
- 解UART 子系统：Linux Kernel 4.9.88 中的核心结构体与设计详解
- IMX 平台UART驱动情景分析：注册篇
- IMX 平台UART驱动情景分析：open篇
- IMX 平台UART驱动情景分析：read篇–从硬件驱动到行规程的全链路剖析
- IMX 平台UART驱动情景分析：write篇–从 TTY 层到硬件驱动的写操作流程解析
interrupt子系统专栏：
- 专栏地址：interrupt子系统
- Linux 链式与层级中断控制器讲解：原理与驱动开发
– 末片，有专栏内容观看顺序pinctrl和gpio子系统专栏：
专栏地址：pinctrl和gpio子系统
编写虚拟的GPIO控制器的驱动程序：和pinctrl的交互使用
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input子系统专栏：
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- input角度：I2C触摸屏驱动分析和编写一个简单的I2C驱动程序
– 末片，有专栏内容观看顺序I2C子系统专栏：
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- 具体芯片的IIC控制器驱动程序分析：i2c-imx.c-CSDN博客
– 末篇，有专栏内容观看顺序总线和设备树专栏：
- 专栏地址：总线和设备树
- 设备树与 Linux 内核设备驱动模型的整合-CSDN博客
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- 往期内容
- 1.UART驱动调试方法
- 1.1 怎么得到UART硬件上收发的数据
- 1.1.1 接收到的原始数据(收)
- 1.1.2 发送出去的数据(发)
- 1.2 proc文件
- 1.2.1 /proc/interrupts
- 1.2.2 /proc/tty/drivers
- 1.2.3 /proc/tty/driver(非常有用)
- 1.2.4 /proc/tty/ldiscs
- 1.3 sys文件
- 2.编写虚拟UART驱动程序
- 2.1 要做的事
- 2.2 虚拟的UART
- 2.3 编程
- 2.3.1 代码说明
- 2.3.2 /proc文件
- 2.3.3. 触发中断
- 2.4 调试
1.UART驱动调试方法
1.1 怎么得到UART硬件上收发的数据
1.1.1 接收到的原始数据(收)
可以在接收中断函数里把它打印出来，这些数据也会存入UART对应的tty_port的buffer里：
imx_rxint// 读取硬件状态// 得到数据// 在对应的uart_port中更新统计信息, 比如sport->port.icount.rx++;------添加打印---------// 把数据存入tty_port里的tty_buffertty_insert_flip_char(port, rx, flg)------添加打印，确保是否接收到数据---------// 通知行规程来处理tty_flip_buffer_push(port);tty_schedule_flip(port);queue_work(system_unbound_wq, &buf->work); // 使用工作队列来处理// 对应flush_to_ldisc函数
1.1.2 发送出去的数据(发)
所有要发送出去的串口数据，都会通过uart_write函数发送，所有可以在uart_write中把它们打印出来：
1.2 proc文件
1.2.1 /proc/interrupts
查看中断次数。
1.2.2 /proc/tty/drivers
1.2.3 /proc/tty/driver(非常有用)
1.2.4 /proc/tty/ldiscs
1.3 sys文件
在drivers\tty\serial\serial_core.c中，有如下代码：
这写代码会在/sys目录中创建串口的对应文件，查看这些文件可以得到串口的很多参数。
怎么找到这些文件？在开发板上执行：
cd /sys
find -name uartclk // 就可以找到这些文件所在目录
2.编写虚拟UART驱动程序
2.1 要做的事
-
注册一个uart_driver：它里面有名字、主次设备号等
-
对于每一个port，调用uart_add_one_port，里面的核心是uart_ops，提供了硬件操作函数
-
uart_add_one_port由platform_driver的probe函数调用
-
所以：
- 编写设备树节点
- 注册platform_driver
-
2.2 虚拟的UART
为了做实验，还要创建一个虚拟文件：/proc/virt_uart_buf
- 要发数据给虚拟串口时，执行：echo “xxx” > /proc/virt_uart_buf
- 要读取虚拟串口的数据时，执行：cat /proc/virt_uart_buf
2.3 编程
📎virtual_uart.c
📎serial_send_recv.c – 测试程序
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderobj-m += virtual_uart.o
/{virtual_uart: virtual_uart_100ask {compatible = "100ask,virtual_uart";interrupt-parent = <&intc>;interrupts = <GIC_SPI 99 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;};};
无非就是实现uart_driver、uart_ops、file_operations virt_uart_buf_fops、/proc/virt_uart_buf，采用plataform_driver
2.3.1 代码说明
1. 基本结构和宏定义
BUF_LEN 1024：定义了环形缓冲区的长度，1024字节。NEXT_PLACE(i)：计算缓冲区的下一个位置，这里通过位与操作实现循环数组（环形缓冲区）。
2. 环形缓冲区相关
代码定义了两个环形缓冲区：
txbuf：发送缓冲区，用于存储要发送的数据。rxbuf：接收缓冲区，用于存储接收的数据。
并定义了如下指针和变量：
tx_buf_r,tx_buf_w：发送缓冲区的读写位置。rx_buf_w：接收缓冲区的写位置。
环形缓冲区的相关操作：
is_txbuf_empty()：判断发送缓冲区是否为空。is_txbuf_full()：判断发送缓冲区是否已满。txbuf_put()：向发送缓冲区放入一个字节。txbuf_get()：从发送缓冲区取出一个字节。txbuf_count()：计算缓冲区中的有效数据字节数。
3. UART驱动结构体
uart_driver virt_uart_drv：表示一个UART驱动结构体，其中包括驱动名称、设备名称、设备数量等信息。
struct uart_driver virt_uart_drv = {.owner = THIS_MODULE,.driver_name = "VIRT_UART",.dev_name = "ttyVIRT", //最后设备节点的名字：/dev/ttyVIRTx.major = 0, // 动态分配主设备号.minor = 0, // 动态分配次设备号.nr = 1, // UART设备数量为1
};
uart_port virt_port：表示虚拟串口硬件信息（包含硬件资源配置），如I/O地址、IRQ、FIFO大小、操作集等。
4. proc文件系统的创建
proc_create()：创建一个proc文件，virt_uart_buf用来与用户空间交互。
uart_proc_file = proc_create("virt_uart_buf", 0, NULL, &virt_uart_buf_fops);
通过 /proc/virt_uart_buf 文件，可以读写虚拟UART的缓冲区。virt_uart_buf_fops是文件操作集，定义了read和write方法。
5. 文件操作函数
virt_uart_buf_read()：从虚拟UART的发送缓冲区读取数据，拷贝给用户空间的缓冲区。
ssize_t virt_uart_buf_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos) {int cnt = txbuf_count();int i;unsigned char val;cnt = (cnt > size) ? size : cnt; // 限制读取字节数for (i = 0; i < cnt; i++) {txbuf_get(&val); // 从环形缓冲区获取数据copy_to_user(buf + i, &val, 1); // 复制数据到用户空间}return cnt;
}
virt_uart_buf_write()：从用户空间接收数据，存入接收缓冲区，并模拟触发RX中断。
static ssize_t virt_uart_buf_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off) {copy_from_user(rxbuf, buf, size); // 从用户空间拷贝数据到接收缓冲区rx_buf_w = size; // 更新接收缓冲区写指针irq_set_irqchip_state(virt_port->irq, IRQCHIP_STATE_PENDING, 1); // 模拟RX中断return size;
}
6. UART操作函数
这些函数定义了UART操作，如启动、停止传输等：
virt_tx_empty()：判断发送缓冲区是否为空，这里总是返回1，因为数据在缓冲区瞬间发送完毕。virt_start_tx()：开始发送数据。它从UART内部的环形缓冲区读取数据并写入txbuf，表示发送操作。virt_set_termios()：配置UART波特率、停止位等参数，这里未实现。virt_startup()：启动UART设备，这里返回0，表示不需要额外初始化。virt_set_mctrl()和virt_get_mctrl()：控制UART调制解调器状态，暂未实现。virt_shutdown()：关闭UART设备。virt_type()：返回虚拟UART类型的字符串。
7. 中断处理函数
virt_uart_rxint()：虚拟的RX中断处理函数，处理接收的数据，将接收到的数据放入TTY层。
static irqreturn_t virt_uart_rxint(int irq, void *dev_id) {struct uart_port *port = dev_id;struct tty_port *tport = &port->state->port;unsigned long flags;int i;spin_lock_irqsave(&port->lock, flags);for (i = 0; i < rx_buf_w; i++) {port->icount.rx++; // 增加接收计数tty_insert_flip_char(tport, rxbuf[i], TTY_NORMAL); // 插入TTY缓冲区 / put data to ldisc}rx_buf_w = 0;spin_unlock_irqrestore(&port->lock, flags);tty_flip_buffer_push(tport); // 推送到用户空间return IRQ_HANDLED;
}
8. 平台设备驱动
virtual_uart_probe()：平台设备的探测函数，用于初始化UART设备并请求中断。这个函数负责：
static int virtual_uart_probe(struct platform_device *pdev) {rxirq = platform_get_irq(pdev, 0); // 获取中断号virt_port = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*virt_port), GFP_KERNEL); // 分配port结构体virt_port->irq = rxirq; // 设置中断号ret = devm_request_irq(&pdev->dev, rxirq, virt_uart_rxint, 0, dev_name(&pdev->dev), virt_port); // 注册中断return uart_add_one_port(&virt_uart_drv, virt_port); // 添加一个UART端口
}
- 创建proc文件。
- 从设备树中获取中断号并注册中断处理函数。
- 分配并初始化
uart_port结构体，注册UART设备。
virtual_uart_remove()：用于清理和移除UART设备，包括删除proc文件和反注册UART端口。
static int virtual_uart_remove(struct platform_device *pdev) {uart_remove_one_port(&virt_uart_drv, virt_port);proc_remove(uart_proc_file);return 0;
}
9. 设备树匹配
of_device_id virtual_uart_of_match[]：定义设备树匹配表，用于匹配“100ask,virtual_uart”兼容字符串。
10. 平台驱动结构体
platform_driver virtual_uart_driver：定义平台驱动结构体，其中包含probe和remove函数，以及设备名称和设备树匹配表。
11. 模块初始化与退出
virtual_uart_init()：模块初始化函数，注册UART驱动并注册平台驱动。virtual_uart_exit()：模块退出函数，反注册平台驱动和UART驱动。
调用关系总结：
- 模块加载时，
module_init()调用virtual_uart_init()，注册UART驱动并调用platform_driver_register()注册平台驱动。 virtual_uart_probe()会被调用，分配和初始化uart_port，注册中断处理函数并将UART端口注册到系统中。- 中断处理函数
virt_uart_rxint()会在接收中断时被调用，处理接收的数据。 - 用户可以通过
/proc/virt_uart_buf文件读取和写入虚拟UART缓冲区，触发相关操作。
2.3.2 /proc文件
参考/proc/cmdline，怎么找到它对应的驱动？在Linux内核源码下执行以下命令搜索：
grep "cmdline" * -nr | grep proc
得到：
fs/proc/cmdline.c:26: proc_create("cmdline", 0, NULL, &cmdline_proc_fops);
2.3.3. 触发中断
使用如下函数：
int irq_set_irqchip_state(unsigned int irq, enum irqchip_irq_state which,bool val);
怎么找到它的？在中断子系统中，我们知道往GIC寄存器GICD_ISPENDRn写入某一位就可以触发中断。内核代码中怎么访问这些寄存器？
在drivers\irqchip\irq-gic.c中可以看到irq_chip中的"irq_set_irqchip_state"被用来设置中断状态：
static struct irq_chip gic_chip = {.irq_mask = gic_mask_irq,.irq_unmask = gic_unmask_irq,.irq_eoi = gic_eoi_irq,.irq_set_type = gic_set_type,.irq_get_irqchip_state = gic_irq_get_irqchip_state,.irq_set_irqchip_state = gic_irq_set_irqchip_state, /* 2. 继续搜"irq_set_irqchip_state" */.flags = IRQCHIP_SET_TYPE_MASKED |IRQCHIP_SKIP_SET_WAKE |IRQCHIP_MASK_ON_SUSPEND,
};static int gic_irq_set_irqchip_state(struct irq_data *d,enum irqchip_irq_state which, bool val)
{u32 reg;switch (which) {case IRQCHIP_STATE_PENDING:reg = val ? GIC_DIST_PENDING_SET : GIC_DIST_PENDING_CLEAR; /* 1. 找到寄存器 */break;case IRQCHIP_STATE_ACTIVE:reg = val ? GIC_DIST_ACTIVE_SET : GIC_DIST_ACTIVE_CLEAR;break;case IRQCHIP_STATE_MASKED:reg = val ? GIC_DIST_ENABLE_CLEAR : GIC_DIST_ENABLE_SET;break;default:return -EINVAL;}gic_poke_irq(d, reg);return 0;
}
继续搜"irq_set_irqchip_state"，在drivers\irqchip\irq-gic.c中可以看到：
int irq_set_irqchip_state(unsigned int irq, enum irqchip_irq_state which,bool val)
{......
}EXPORT_SYMBOL_GPL(irq_set_irqchip_state);
以后就可与使用如下代码触发某个中断：
irq_set_irqchip_state(irq, IRQCHIP_STATE_PENDING, 1);
2.4 调试
装载驱动程序后，可以知道其设备节点是：/dev/ttyVIRT0
运行测试程序后，出现了input/output error之类的错误，如何去调试查看呢？
>>>strace -o log.txt ./serial send recv /dev/ttyVIRT0
该命令会将输出信息保存到log.txt中，方便我们去查看
