1. 引言
Linux操作系统是一个开放源代码的操作系统，在嵌入式系统和服务器领域被广泛使用。串口是一种常见的通信接口，用于将设备与计算机进行数据交换。在Linux内核中实现了串口驱动程序，包括串口设备的初始化、数据的发送和接收等功能。本文旨在对Linux串口内核实现进行研究，并深入理解其工作原理。
2. Linux串口驱动程序
2.1 串口设备初始化
串口设备初始化是Linux串口驱动程序的第一步。在Linux内核中，串口设备是通过设备文件来访问的，通常是/dev/ttySx或/dev/ttyUSBx。串口设备初始化的关键步骤包括：
[重要] 1. 打开设备文件
int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);在这个示例中，打开了/dev/ttyS0设备文件，使用O_RDWR标志表示以读写方式打开。O_NOCTTY标志表示不将设备视为终端设备。
[重要] 2. 配置串口参数
struct termios options;
tcgetattr(fd, &options);
options.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD;
options.c_iflag = 0;
options.c_oflag = 0;
options.c_lflag = 0;
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);
通过tcgetattr函数和tcsetattr函数可以获取和设置串口的参数。在这个示例中，设置波特率为9600，数据位数为8位，停止位为1位，无奇偶校验。
2.2 数据发送和接收
数据发送和接收是Linux串口驱动程序的核心功能。在Linux内核中，有两种方式可以实现数据的发送和接收：
[重要] 1. 阻塞方式
char buffer[10];
int n = write(fd, buffer, 10);
n = read(fd, buffer, 10);
在阻塞方式下，write函数会将数据写入串口缓冲区，直到所有数据都成功发送。read函数会从串口缓冲区中读取数据，直到读取到指定的字节数。
[重要] 2. 非阻塞方式
char buffer[10];
fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
int n = write(fd, buffer, 10);
n = read(fd, buffer, 10);
在非阻塞方式下，通过fcntl函数设置O_NONBLOCK标志可以将串口设备设置为非阻塞模式。在非阻塞模式下，write函数和read函数会立即返回，无论是否有数据可读或可写。需要通过轮询方式检查串口缓冲区的状态。
3. Linux串口内核实现研究
3.1 内核数据结构
Linux内核中的串口驱动相关的数据结构包括：
[重要] 1. tty_struct
struct tty_struct {
...
struct uart_state *state;
...
};
tty_struct结构体表示一个终端设备，其中包含了与串口相关的信息。state字段指向一个uart_state结构体，该结构体表示一个串口设备。
[重要] 2. uart_driver
struct uart_driver {
...
struct uart_ops *ops;
...
};
uart_driver结构体表示一个串口驱动程序，其中包含了与驱动程序相关的信息。ops字段指向一个uart_ops结构体，该结构体包含了串口驱动程序的操作函数。
3.2 内核中的串口驱动程序
在Linux内核中，串口驱动程序通过uart_driver结构体中的ops字段指向的uart_ops结构体中的相应函数来实现。具体的实现可以在对应的驱动程序文件中找到。
3.3 示例代码
static int __init serial_init(void)
{
struct uart_driver *drv;
...
drv->ops->startup(&uart_port);
...
return 0;
}
module_init(serial_init);
以上示例代码展示了在初始化时调用uart_driver驱动程序的startup函数。在具体的串口驱动程序中，startup函数将对串口设备进行初始化，并注册相应的工作队列来处理数据的发送和接收。
总结
本文详细研究了Linux串口内核实现，包括串口设备的初始化、数据的发送和接收等功能。通过分析相关的数据结构和驱动程序代码，深入理解了Linux串口驱动程序的工作原理。通过给出示例代码，也展示了如何在Linux内核中调用串口驱动程序的接口函数。
了解Linux串口内核实现对于开发嵌入式系统或服务器应用非常重要，可以帮助开发人员更好地理解和使用串口接口，提高系统的稳定性和性能。