深入理解嵌入式Linux串口驱动-猿码集

1. 简介

在嵌入式开发中，串口是非常重要的通信接口之一。Linux作为开源操作系统，提供了强大的嵌入式开发支持，包括对串口的驱动和控制。本文将深入讨论嵌入式Linux串口驱动，以帮助读者更好地理解和应用。

2. Linux串口驱动基础

2.1 串口设备文件

在Linux系统中，每个串口设备都对应一个设备文件。串口设备文件的命名规则为/dev/ttyS[0-9]或/dev/ttyUSB[0-9]，其中[0-9]表示串口设备的编号。例如，/dev/ttyS0表示第一个串口设备。

通过打开串口设备文件，应用程序可以通过读写文件的方式与串口进行通信。读取串口数据从而实现数据的收发操作。

2.2 串口通信参数配置

在使用串口之前，需要对串口通信参数进行配置。常见的串口通信参数包括波特率、数据位、停止位和校验位。可以通过ioctl()函数来设置和获取串口通信参数。


// 配置波特率为9600，数据位为8位，停止位为1位，无校验位
struct termios options;
tcgetattr(fd, &options);
cfsetispeed(&options, B9600);
cfsetospeed(&options, B9600);
options.c_cflag |= CS8;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
options.c_cflag &= ~PARENB;
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

3. Linux串口驱动模型

3.1 串口驱动接口

Linux提供了字符设备驱动接口struct tty_driver来支持串口设备的驱动开发。可以通过注册一个struct tty_driver对象来实现对串口设备的驱动。

串口驱动需要实现许多驱动接口函数，包括open()、close()、write()和read()等。这些接口函数分别用于打开串口、关闭串口、写入数据和读取数据。


static const struct file_operations tty_ldiscs[] = {
    /* ...省略其他接口函数... */
    .open    = tty_open,   // 打开串口
    .close   = tty_close,  // 关闭串口
    .read    = tty_read,   // 读取数据
    .write   = tty_write,  // 写入数据
    /* ...省略其他接口函数... */
};

3.2 串口驱动框架

Linux的串口驱动框架由波特率生成、数据传输和中断处理等模块组成。

波特率生成模块负责产生与设定的波特率相匹配的时钟信号。数据传输模块负责将数据从设备读入内核缓冲区或从内核缓冲区写入设备。中断处理模块用于处理串口的中断信号。


struct uart_driver {
    /* ...省略成员变量... */
    void (*set_termios)(struct uart_port *port, struct ktermios *termios, struct ktermios *old);
    /* ...省略其他函数指针... */
};

4. 嵌入式Linux串口驱动开发实例

接下来通过一个简单的实例来展示如何开发一个简单的嵌入式Linux串口驱动。

4.1 创建串口设备节点

mknod /dev/ttyS1 c 4 65 chmod 666 /dev/ttyS1

上述代码通过mknod命令创建了一个名为/dev/ttyS1的串口设备节点，并设置了读写权限。

4.2 编写串口驱动代码

在驱动的源码文件中，需要包含Linux的头文件并定义驱动接口函数。


#include 
static int my_tty_open(struct tty_struct *tty, struct file *filp)
{
    /* ...驱动的打开操作... */
    return 0;
}
static int my_tty_close(struct tty_struct *tty, struct file *filp)
{
    /* ...驱动的关闭操作... */
    return 0;
}
static ssize_t my_tty_read(struct tty_struct *tty, struct file *filp, char __user *buf, size_t count)
{
    /* ...驱动的读取操作... */
    return 0;
}
static ssize_t my_tty_write(struct tty_struct *tty, struct file *filp, const char __user *buf, size_t count)
{
    /* ...驱动的写入操作... */
    return 0;
}
static struct tty_ldisc_ops my_tty_ldisc = {
    /* ...省略其他函数指针... */
    .open    = my_tty_open,
    .close   = my_tty_close,
    .read    = my_tty_read,
    .write   = my_tty_write,
};

上述驱动代码实现了驱动的打开、关闭、读取和写入操作，对应着open()、close()、read()和write()接口函数。

4.3 注册串口驱动


#include 
int my_tty_init(void)
{
    /* 注册驱动对象 */
    tty_register_ldisc(N_MY_TTY, &my_tty_ldisc);
    return 0;
}
void my_tty_exit(void)
{
    /* 取消注册驱动对象 */
    tty_unregister_ldisc(N_MY_TTY);
}

在驱动初始化时，调用tty_register_ldisc()函数注册驱动对象；在驱动退出时，调用tty_unregister_ldisc()函数取消注册。

5. 总结

本文深入讨论了嵌入式Linux串口驱动的基础知识和开发过程。通过对Linux串口设备文件和通信参数配置的介绍，读者可以了解如何在Linux系统中操作串口。同时，通过对Linux串口驱动模型和驱动框架的分析，读者可以了解串口驱动在Linux内核中的实现原理。最后，本文通过一个简单示例展示了如何开发一个嵌入式Linux串口驱动，使读者能够更好地理解和应用。

深入理解嵌入式Linux串口驱动