linux串口设备操作（串口子系统框架的总体说明）

linux串口设备操作（串口子系统框架的总体说明）该数据结构是对uart端口的抽象 Uart_driver的定义如下，其中dev_name即为串口对应字符设备文件名的前缀，而major、minor则为串口对应主设备号以及次设备号起始位置（若不设置主设备号，则动态申请，一般不设置这两个变量）；state为该串口控制器下串口的资源信息（如存储待发送数据的环形缓冲区等），tty_driver则为该串口对应的tty_driver类型的成员变量，该变量由串口子系统实现，因此无需驱动开发者初始化该变量（这也是uart子系统抽象后的一个好处，开发串口驱动时不再需要关注tty_driver的实现） 该数据结构可以理解为串口的资源信息，如申请了一个环形缓冲区成员，用于存储待发送的数据；而port则为tty端口变量；uart_port则指向uart子系统定义的串口抽象数据结构。

在前面几个章节，我们学习了tty子系统，并借助tty子系统完成了一个虚拟串口控制器驱动，并增加了两个虚拟串口。而在串口子系统中，为了让串口的开发更加简单，串口子系统又进行了一层框架搭建，构建了串口子系统，本章我们就介绍串口子系统框架。

老规矩，在了解一个子系统之前，我们先熟悉其数据结构及数据结构间的关联，这可有助于我们快速理解该子系统的大致结构，所要实现的功能有哪些等等。。。

相关数据结构说明

针对uart子系统，其又抽象了uart_driver、uart_port、uart_state、uart_ops几个数据结构，其中uart_driver也是表示一个串口控制器驱动的抽象，内部包含了tty_driver类型的成员变量，同时也包含了该串口控制器所支持的所有串口对应uart_state（可以理解为一个uart port相关的资源的数据结构）;而uart_port是针对一个串口的抽象，其内部包含一个tty_port类型的成员变量，而uart_state可以理解该串口的资源信息，其完成了与uart_driver、uart_port、tty_struct的关联，其功能也类似于tty_struct，而uart_ops则定义了一个串口支持的操作接口。下面我们分别说明每一个数据结构的内容。

struct uart_driver

Uart_driver的定义如下，其中dev_name即为串口对应字符设备文件名的前缀，而major、minor则为串口对应主设备号以及次设备号起始位置（若不设置主设备号，则动态申请，一般不设置这两个变量）；state为该串口控制器下串口的资源信息（如存储待发送数据的环形缓冲区等），tty_driver则为该串口对应的tty_driver类型的成员变量，该变量由串口子系统实现，因此无需驱动开发者初始化该变量（这也是uart子系统抽象后的一个好处，开发串口驱动时不再需要关注tty_driver的实现）

struct uart_state

该数据结构可以理解为串口的资源信息，如申请了一个环形缓冲区成员，用于存储待发送的数据；而port则为tty端口变量；uart_port则指向uart子系统定义的串口抽象数据结构。

struct uart_port

该数据结构是对uart端口的抽象

1.包含读写该端口寄存器相关的i/o及内存地址；

2.包含读写串口、设置串口termios的接口serial_in、seriall_out、set_termios

3.包含中断处理接口handle_irq（针对该接口，虽然在uart_port中定义但串口子系统的代码并没有对其做进一步使用，估计当时想把每一个串口中断处理也纳入uart_port中）

4.包含该串口端口的中断号、中断标签

5.state指向该uart_port对应的资源

6.ops指向该uart端口的操作接口（针对uart端口则需要实现ops中各函数指针）

struct uart_ops

该数据结构表示一个串口的操作接口，主要包含如下几个方向：

1. tx_empty表示发送队列是否为空，也即该串口的存储发送数据的环形缓冲区是否为空；
2. stop_tx表示停止发送操作（可实现为关闭tx中断）；
3. start_tx表示启动一次发送操作（如调用tty_driver->write执行发送操作时，完成发送数据拷贝后，则调用该start_tx，启动一次数据发送操作，该接口一般是使能发送中断）；
4. stop_rx表示停止接收操作(一般是去使能接收中断)，在uart_close接口中，会调用stop_rx、stop_tx停止收发操作；
5. throttle、unthrottle主要用于流控；
6. enable_ms主要等待操作完成；
7. startup主要用于启动串口的功能（如注册中断等）
8. set_termios用于设置该串口的termios信息，包括传输字节宽度、波特率等等，
9. 而request_port申请该串口相关的io和内存资源以及端口的配置，针对端口的配置接口，config_port可以配置uart_port的type、flag等信息。目前针对io和内存的资源申请与释放，目前驱动并不是严格按照这两个接口定义，有一部分是在串口对应的probe接口中实现io和内存资源的申请并在remove接口中释放，这也就是设计人员提供了丰富而又全面的接口，但使用者却没有一一使用。

数据结构间的关联

下面是这几个数据结构与tty_port、tty_driver的关联，针对uart子系统只要我们掌握了如下关联图，基本上针对uart子系统的概念就比较熟悉了。

1. uart_driver主要是对tty_driver的包含（就像设备驱动模型中struct device_driver与struct xxx_device_driver的关系，uart_driver与tty_driver可简单理解为父类与子类之间的关系）；
2. uart_state可以理解为uart_port的资源信息，此处我有点不解，个人感觉可以将uart_state和uart_port集合在一起，没必要整两个数据结构；
3. uart_port是对一个串口的抽象，其主要包含了一个串口的操作接口（struct uart_ops类型的成员变量，而使用uart子系统提供的接口完成串口驱动的开发时，一定要实现struct uart_ops，这是实现串口数据收发的关键）；
4. 串口子系统中已经定义struct tty_operation中各函数指针对应的函数，如uart_open、uart_write、uart_close等等，且uart_register_driver函数完成了tty_driver的申请及初始化，并注册至tty子系统中，因此这大大节省了驱动开发者的时间，只需调用uart_register_driver即可完成tty_driver的注册。
5. 在调用uart_add_one_port时，即完成uart_state与uart_port的相互关联。
6. 而在uart_open时，则完成tty_struct与uart_state的关联（tty_struct->driver_data=uart_state）

其实，针对uart子系统架构的实现，在我们上一章借助tty_register_driver创建虚拟串口后，对它的实现也可以快速理解，如我们在上一节中创建了数据结构virtual_tty_port，代表我们的虚拟串口，在该数据结构中定义了一个fifo用于存储待发送的数据，包含了tty_port。而在uart子系统中定义了uart_state、uart_port（uart子系统抽象了两个数据结构）

而uart子系统针对串口的特性，抽象出来串口统一的操作接口（uart_open、uart_write、uart_close等等），并完成了统一的tty_driver、tty_port的申请、初始化、注册，而驱动开发者只需要实现uart_port->ops中各函数指针的设置即可，相对来说进一步简化了串口的开发流程。

以上即是本章的主要内容，下一章我们说明串口子系统的注册、注销以及读写操作流程，最后一章再借助uart子系统实现一个虚拟串口驱动。