【从零开始撸内核驱动源码】:ttyserial之8250串口驱动总体架构剖析

static const struct tty_operations uart_ops = {	.install	= uart_install,	.open		= uart_open,	.close		= uart_close,	.write		= uart_write,	.put_char	= uart_put_char,	.flush_chars	= uart_flush_chars,	.write_room	= uart_write_room,	.chars_in_buffer= uart_chars_in_buffer,	.flush_buffer	= uart_flush_buffer,	.ioctl		= uart_ioctl,	.throttle	= uart_throttle,	.unthrottle	= uart_unthrottle,	.send_xchar	= uart_send_xchar,	.set_termios	= uart_set_termios,	.set_ldisc	= uart_set_ldisc,	.stop		= uart_stop,	.start		= uart_start,	.hangup		= uart_hangup,	.break_ctl	= uart_break_ctl,	.wait_until_sent= uart_wait_until_sent,#ifdef CONFIG_PROC_FS	.proc_show	= uart_proc_show,#endif	.tiocmget	= uart_tiocmget,	.tiocmset	= uart_tiocmset,	.set_serial	= uart_set_info_user,	.get_serial	= uart_get_info_user,	.get_icount	= uart_get_icount,#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL	.poll_init	= uart_poll_init,	.poll_get_char	= uart_poll_get_char,	.poll_put_char	= uart_poll_put_char,#endif};

// 8250_core.c 核心定义static struct uart_driver serial8250_reg = {    .owner          = THIS_MODULE,    .driver_name    = "serial",          // 驱动名，对应/dev/ttyS*    .dev_name       = "ttyS",            // 设备节点名前缀    .major          = TTY_MAJOR,         // 主设备号    .minor          = 64,                // 次设备号起始值    .nr             = 32,                // 支持的串口数量};// 驱动初始化时注册到UART核心层static int __initserial8250_init(void){    int ret;    // 1. 注册UART驱动（对接uart_core）    ret = uart_register_driver(&serial8250_reg);    if (ret)        return ret;    // 2. 初始化端口链表、中断处理等    serial8250_init_ports();    return 0;}module_init(serial8250_init);

// 8250_port.c中定义的uart_ops（核心硬件操作集）staticconststruct uart_ops serial8250_ops = {    .tx_empty       = serial8250_tx_empty,    // 检查TX FIFO是否为空    .set_mctrl      = serial8250_set_mctrl,  // 设置调制解调器控制信号（RTS/CTS等）    .get_mctrl      = serial8250_get_mctrl,  // 获取调制解调器状态    .stop_tx        = serial8250_stop_tx,    // 停止发送    .start_tx       = serial8250_start_tx,   // 启动发送（核心发送入口）    .stop_rx        = serial8250_stop_rx,    // 停止接收    .enable_ms      = serial8250_enable_ms,  // 启用调制解调器状态中断    .break_ctl      = serial8250_break_ctl,  // 控制Break信号    .startup        = serial8250_startup,    // 串口打开时的硬件初始化    .shutdown       = serial8250_shutdown,   // 串口关闭时的硬件清理    .flush_buffer   = serial8250_flush_buffer, // 刷新发送缓冲区    .set_termios    = serial8250_set_termios,   // 配置串口参数（波特率/数据位等）    .type           = serial8250_type,       // 返回UART类型（如PORT_16550A）    .release_port   = serial8250_release_port, // 释放端口资源    .request_port   = serial8250_request_port, // 请求端口资源    .config_port    = serial8250_config_port,  // 配置端口（如自动探测）    .verify_port    = serial8250_verify_port,  // 验证端口参数合法性};

uart0: serial@fdf02000 {                       // 定义UART0设备节点：标签为uart0，设备名称基于物理地址0xfdf02000    compatible = "arm,pl011", "arm,primecell"; // 驱动兼容性：内核优先匹配arm,pl011串口驱动，其次匹配arm,primecell通用总线驱动    reg = <0x0 0xfdf02000 0x0 0x1000>;        // 寄存器映射：起始地址0xfdf02000（64位地址，高32位为0x0），地址空间大小0x1000（4KB）    interrupts = <GIC_SPI 74 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>; // 中断配置：使用GIC中断控制器，SPI（共享外设中断）编号74，高电平触发    clocks = <&crg_ctrl HI3660_CLK_MUX_UART0>, // 时钟源引用：第一个时钟来自crg_ctrl节点的HI3660_CLK_MUX_UART0（串口时钟多路选择）             <&crg_ctrl HI3660_PCLK>;         // 第二个时钟来自crg_ctrl节点的HI3660_PCLK（APB总线时钟）    clock-names = "uartclk", "apb_pclk";     // 时钟名称：分别对应驱动中的"uartclk"（核心时钟）和"apb_pclk"（总线时钟）    pinctrl-names = "default"; // 引脚控制状态名称列表：当前仅定义"default"（默认）状态    pinctrl-0 = <&uart0_pmx_func &uart0_cfg_func>; // 默认状态的引脚配置：引用uart0_pmx_func（引脚复用功能）和uart0_cfg_func（引脚电气参数）    status = "disabled";  // 设备状态：禁用，表示该设备默认不加载驱动，可在其他配置中覆盖为"okay"启用};

// 8250_of.c 核心代码static const struct of_device_id of_platform_serial_table[] = {	{ .compatible = "ns8250",   .data = (void *)PORT_8250, },	{ .compatible = "ns16450",  .data = (void *)PORT_16450, },	{ .compatible = "ns16550a", .data = (void *)PORT_16550A, },        ...	       { /* end of list */ },};MODULE_DEVICE_TABLE(of, of_platform_serial_table);static struct platform_driver of_platform_serial_driver = {	.driver = {		.name = "of_serial",		.of_match_table = of_platform_serial_table,		.pm = &of_serial_pm_ops,	},	.probe = of_platform_serial_probe,	.remove = of_platform_serial_remove,};module_platform_driver(of_platform_serial_driver);

//串口设备探测函数 - 当设备树节点与驱动匹配时被调用staticintof_platform_serial_probe(struct platform_device *ofdev){    struct of_serial_info *info;      // 设备私有数据结构    struct uart_8250_port port8250;   // 8250串口端口结构体    unsigned int port_type;           // 端口类型标识    u32 tx_threshold;                 // 发送FIFO阈值    int ret;                              // 特殊硬件兼容性排除：BCM7271串口由专用驱动处理    if (IS_ENABLED(CONFIG_SERIAL_8250_BCM7271) &&        of_device_is_compatible(ofdev->dev.of_node, "brcm,bcm7271-uart"))        return -ENODEV;    // 从驱动匹配数据中获取端口类型（如PORT_16550A、PORT_16750等）    port_type = (unsigned long)of_device_get_match_data(&ofdev->dev);    if (port_type == PORT_UNKNOWN)    // 未知类型则退出        return -EINVAL;    // 检查设备是否被RTAS（PowerPC实时抽象层）占用    if (of_property_read_bool(ofdev->dev.of_node, "used-by-rtas"))        return -EBUSY;    // 分配设备私有数据结构内存    info = kzalloc(sizeof(*info), GFP_KERNEL);    if (info == NULL)        return -ENOMEM;    // 初始化串口端口结构体    memset(&port8250, 0, sizeof(port8250));    // 核心设置：从设备树节点解析并配置硬件（寄存器、中断、时钟等）    ret = of_platform_serial_setup(ofdev, port_type, &port8250, info);    if (ret)        goto err_free;  // 设置失败则跳转到清理内存    // 如果设备支持FIFO，设置FIFO能力标志    if (port8250.port.fifosize)        port8250.capabilities = UART_CAP_FIFO;    // 检查设备树中是否有发送阈值配置，并计算加载大小    if ((of_property_read_u32(ofdev->dev.of_node, "tx-threshold",                  &tx_threshold) == 0) &&        (tx_threshold < port8250.port.fifosize))        port8250.tx_loadsz = port8250.port.fifosize - tx_threshold;    // 检查是否启用自动流控制    if (of_property_read_bool(ofdev->dev.of_node, "auto-flow-control"))        port8250.capabilities |= UART_CAP_AFE;    // 配置过载退避时间（默认为0）    if (of_property_read_u32(ofdev->dev.of_node,            "overrun-throttle-ms",            &port8250.overrun_backoff_time_ms) != 0)        port8250.overrun_backoff_time_ms = 0;    // 关键步骤：向8250串口子系统注册端口    ret = serial8250_register_8250_port(&port8250);    if (ret < 0)        goto err_dispose;  // 注册失败则跳转到资源清理    // 注册成功：保存信息并关联设备数据    info->type = port_type;            // 保存端口类型    info->line = ret;                  // 保存分配的串口线路号    platform_set_drvdata(ofdev, info); // 将私有数据绑定到平台设备    return 0;                          // 成功返回// 错误处理路径：资源逆序释放err_dispose:    irq_dispose_mapping(port8250.port.irq);  // 释放中断映射    pm_runtime_put_sync(&ofdev->dev);        // 电源管理：减少引用计数    pm_runtime_disable(&ofdev->dev);         // 禁用电源管理    clk_disable_unprepare(info->clk);        // 关闭时钟err_free:    kfree(info);  // 释放私有数据结构内存    return ret;   // 返回错误码}

// 8250_port.c 中 serial8250_do_set_termios 函数片段voidserial8250_do_set_termios(struct uart_port *port, struct ktermios *termios,                              const struct ktermios *old){    struct uart_8250_port *up = up_to_u8250p(port);  // 获取8250特定端口结构    unsigned char cval;     // 计算得到的LCR（线路控制寄存器）值    unsigned long flags;    // 中断保存标志    unsigned int baud, quot, frac = 0;  // 波特率、分频器整数部分、小数部分    ...    // 根据终端设置计算LCR值（数据位、停止位、奇偶校验）    cval = serial8250_compute_lcr(up, termios->c_cflag);    // 获取新波特率并计算对应的分频器    baud = serial8250_get_baud_rate(port, termios, old);    quot = serial8250_get_divisor(port, baud, &frac);    /*     * 开始修改端口状态 - 需要禁用中断以保证原子性     */    serial8250_rpm_get(up);                         // 电源管理：增加引用计数    spin_lock_irqsave(&port->lock, flags);         // 获取端口自旋锁，保存中断状态    up->lcr = cval;                                // 保存计算好的LCR值    // FIFO触发阈值配置：低速且无DMA时使用最小触发阈值    if (up->capabilities & UART_CAP_FIFO && port->fifosize > 1) {        if (baud < 2400 && !up->dma) {            up->fcr &= ~UART_FCR_TRIGGER_MASK;            up->fcr |= UART_FCR_TRIGGER_1;          // 1字节触发阈值        }    }    ...    serial_port_out(port, UART_IER, up->ier);                            // 写入IER寄存器    ...    // 设置波特率分频器（最重要的硬件配置之一）    serial8250_set_divisor(port, baud, quot, frac);    /*     * 特殊处理16750 FIFO模式：必须在DLAB=1时设置FCR才能启用64字节FIFO    */    if (port->type == PORT_16750)        serial_port_out(port, UART_FCR, up->fcr);                        // 直接写入FCR    serial_port_out(port, UART_LCR, up->lcr);                            // 恢复LCR（清除DLAB位）    ...        // 设置调制解调器控制寄存器（MCR）- 包括RTS/DTR等信号    serial8250_set_mctrl(port, port->mctrl);    spin_unlock_irqrestore(&port->lock, flags);                         // 释放锁，恢复中断    serial8250_rpm_put(up);                                             // 电源管理：减少引用计数    // 更新termios结构中的波特率值（如果波特率非0）    if (tty_termios_baud_rate(termios))        tty_termios_encode_baud_rate(termios, baud, baud);}

// 8250_port.c 中核心发送函数staticvoidserial8250_start_tx(struct uart_port *port){    struct uart_8250_port *up = up_to_u8250p(port);  // 转换为8250特定结构    struct uart_8250_em485 *em485 = up->em485;       // RS485模式控制结构    /* 端口锁已持有，用于同步UART_IER访问（控制台场景） */    lockdep_assert_held_once(&port->lock);    // 检查是否有数据需要发送：没有特殊字符且发送缓冲区为空则直接返回    if (!port->x_char && uart_circ_empty(&port->state->xmit))        return;    serial8250_rpm_get_tx(up);  // 电源管理：增加发送相关引用计数    // RS485模式特殊处理    if (em485) {        // 如果正在启动定时器或无法开始发送，则返回        if ((em485->active_timer == &em485->start_tx_timer) ||            !start_tx_rs485(port))            return;    }    __start_tx(port);  // 实际启动发送的核心函数}

// 8250_port.c 中接收数据核心函数u16 serial8250_rx_chars(struct uart_8250_port *up, u16 lsr){    struct uart_port *port = &up->port;  // 获取通用串口端口结构    int max_count = 256;                 // 最大读取次数，防止长时间占用CPU    do {        // 从UART读取一个字符（根据lsr状态处理数据、错误等）        serial8250_read_char(up, lsr);        // 达到最大读取次数后退出循环（防止中断处理时间过长）        if (--max_count == 0)            break;        // 再次读取线路状态寄存器，检查是否还有数据可读        lsr = serial_in(up, UART_LSR);    } while (lsr & (UART_LSR_DR | UART_LSR_BI));  // 循环条件：数据就绪或Break中断    // 将暂存在tty缓冲区中的数据推送到上层（tty层）处理    tty_flip_buffer_push(&port->state->port);    return lsr;  // 返回最终的状态寄存器值}

/* 8250串口共享中断处理函数 - 处理多个串口端口共享同一中断线的情况 */staticirqreturn_tserial8250_interrupt(int irq, void *dev_id){    struct irq_info *i = dev_id;           // 中断信息结构，包含共享该中断的所有串口链表    struct list_head *l, *end = NULL;      // l:当前遍历节点，end:第一个未处理中断的端口    int pass_counter = 0, handled = 0;     // pass_counter:循环计数，handled:中断处理标志    pr_debug("%s(%d): start\n", __func__, irq);  // 调试信息：中断开始    spin_lock(&i->lock);                  // 获取自旋锁，保护共享数据结构    l = i->head;                          // 从链表头部开始遍历    do {        struct uart_8250_port *up;        struct uart_port *port;        up = list_entry(l, struct uart_8250_port, list);  // 获取链表节点对应的串口端口        port = &up->port;        // 调用端口特定的中断处理函数        if (port->handle_irq(port)) {            handled = 1;                   // 标记至少一个端口处理了中断            end = NULL;                    // 重置end，因为可能有更多端口需要处理        } else if (end == NULL)            // 如果该端口没有中断，记录第一个"空闲"端口            end = l;        l = l->next;                       // 移动到下一个端口        // 防无限循环保护：如果遍历完整个链表且超过PASS_LIMIT次，强制退出        if (l == i->head && pass_counter++ > PASS_LIMIT)            break;    } while (l != end);                    // 循环直到遇到第一个未处理中断的端口    spin_unlock(&i->lock);                 // 释放自旋锁    pr_debug("%s(%d): end\n", __func__, irq);  // 调试信息：中断结束    return IRQ_RETVAL(handled);            // 返回中断处理结果}

以上为全文内容。