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理解UART 子系统:Linux Kernel 4.9.88 中的核心结构体与设计详解

往期内容

本专栏往期内容:Uart子系统

  1. UART串口硬件介绍
  2. 深入理解TTY体系:设备节点与驱动程序框架详解
  3. Linux串口应用编程:从UART到GPS模块及字符设备驱动

interrupt子系统专栏:

  1. 专栏地址:interrupt子系统
  2. 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:

  1. 专栏地址:pinctrl和gpio子系统

  2. 编写虚拟的GPIO控制器的驱动程序:和pinctrl的交互使用

    – 末片,有专栏内容观看顺序

input子系统专栏:

  1. 专栏地址:input子系统
  2. input角度:I2C触摸屏驱动分析和编写一个简单的I2C驱动程序
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I2C子系统专栏:

  1. 专栏地址:IIC子系统
  2. 具体芯片的IIC控制器驱动程序分析:i2c-imx.c-CSDN博客
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总线和设备树专栏:

  1. 专栏地址:总线和设备树
  2. 设备树与 Linux 内核设备驱动模型的整合-CSDN博客
    – 末篇,有专栏内容观看顺序

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1.框图

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2.uart_port

uart_port 结构体包含 UART 端口的具体信息,包括寄存器地址、锁、端口设置等,UART 核心和底层驱动共同使用此结构体来实现端口的配置、控制和数据传输。下面的成员是有所省略的。

\Linux-4.9.88\include\linux\serial_core.h
/**
 * struct uart_port - 描述 UART 端口的硬件配置及控制方法
 * @lock: 自旋锁,用于保护端口数据访问的同步
 * @iobase: 端口的 IO 基地址,用于 IO 映射
 * @membase: 端口的内存映射基地址,用于内存映射方式
 * @serial_in: 函数指针,用于读取寄存器中的数据
 * @serial_out: 函数指针,用于写入数据到寄存器
 * @set_termios: 配置串口的波特率、数据位等参数
 * @get_mctrl: 获取控制信号状态(如 CTS、DCD 等)
 * @set_mctrl: 设置控制信号(如 RTS、DTR 等)
 * @startup: 启动 UART 端口
 * @shutdown: 关闭 UART 端口
 * @throttle: 降速处理,当缓冲区快满时限制数据传输
 * @unthrottle: 恢复数据传输
 * @handle_irq: 中断处理函数,处理端口的中断请求
 * @pm: 电源管理回调,用于切换电源状态
 * @handle_break: 处理中断信号
 * @irq: 端口的 IRQ 编号
 * @irqflags: IRQ 标志,用于设置中断类型
 * @uartclk: UART 基准时钟频率,用于计算波特率
 * @fifosize: 发送 FIFO 的大小
 * @flags: 端口的控制标志,包含流控制、低延迟等设置
 * @status: UART 端口的状态标志
 * @ops: 指向 UART 操作的结构体指针,包含各种操作函数
 * @dev: 指向此 UART 端口的设备结构体指针
 * @private_data: 通用平台数据指针,用于存储私有数据
 */
struct uart_port {
    spinlock_t lock;                  // 端口锁,用于保护并发访问
    unsigned long iobase;             // IO 基地址
    unsigned char __iomem *membase;   // 内存映射的基地址
    unsigned int (*serial_in)(struct uart_port *, int);  // 读取寄存器
    void (*serial_out)(struct uart_port *, int, int);    // 写入寄存器
    void (*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new, struct ktermios *old); // 配置串口
    unsigned int (*get_mctrl)(struct uart_port *);       // 获取控制信号
    void (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int); // 设置控制信号
    int (*startup)(struct uart_port *port);              // 启动 UART 端口
    void (*shutdown)(struct uart_port *port);            // 关闭 UART 端口
    void (*throttle)(struct uart_port *port);            // 数据传输限制
    void (*unthrottle)(struct uart_port *port);          // 恢复数据传输
    int (*handle_irq)(struct uart_port *);               // 中断处理函数
    void (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state, unsigned int old); // 电源管理
    void (*handle_break)(struct uart_port *);            // 处理中断信号
    int (*rs485_config)(struct uart_port *, struct serial_rs485 *rs485); // RS485 配置
    unsigned int irq;                     // 中断请求编号
    unsigned long irqflags;               // 中断标志
    unsigned int uartclk;                 // 基准时钟频率
    unsigned int fifosize;                // FIFO 缓冲区大小
    unsigned char x_char;                 // XON/XOFF 字符
    unsigned char regshift;               // 寄存器偏移量
    unsigned char iotype;                 // IO 访问类型
    unsigned int read_status_mask;        // 读取状态掩码
    unsigned int ignore_status_mask;      // 忽略状态掩码
    struct uart_state *state;             // 指向 UART 状态
    struct uart_icount icount;            // UART 统计数据
    struct console *cons;                 // 控制台指针
    upf_t flags;                          // UART 端口的标志
    upstat_t status;                      // 端口状态标志
    int hw_stopped;                       // 硬件停止状态
    unsigned int mctrl;                   // 调制解调控制状态
    unsigned int timeout;                 // 超时设置
    unsigned int type;                    // UART 端口类型
    const struct uart_ops *ops;           // UART 操作接口
    unsigned int custom_divisor;          // 自定义波特率分频器
    unsigned int line;                    // UART 端口编号
    unsigned int minor;                   // 次设备号
    resource_size_t mapbase;              // IO 内存基地址
    resource_size_t mapsize;              // IO 内存大小
    struct device *dev;                   // 设备指针
    unsigned char hub6;                   // Hub6 ISA 卡的配置
    unsigned char suspended;              // 挂起状态
    unsigned char irq_wake;               // IRQ 唤醒状态
    struct attribute_group *attr_group;   // 端口的特定属性
    const struct attribute_group **tty_groups; // 全部 tty 属性
    struct serial_rs485 rs485;            // RS485 协议配置
    void *private_data;                   // 平台特定的私有数据指针
};

3.uart_driver

uart_driver 结构体包含了 UART 驱动程序的相关信息,例如驱动名称、主次设备号等,用于注册和管理 UART 驱动。

\Linux-4.9.88\include\linux\serial_core.h
/**
 * struct uart_driver - 描述 UART 驱动信息
 * @owner: 指向驱动程序模块的指针,通常设置为 THIS_MODULE
 * @driver_name: 驱动程序的名称,通常用于 sysfs 中
 * @dev_name: 设备名称前缀,用于生成设备节点名称(如 ttyS)
 * @major: 主设备号,用于指定 UART 驱动的主设备号
 * @minor: 次设备号,通常用于为多个 UART 设备提供编号
 * @nr: 最大支持的 UART 端口数量
 * @cons: 与驱动相关联的控制台设备
 * @state: 指向每个 UART 端口的状态信息,通常由 UART 核心初始化
 * @tty_driver: 指向 tty_driver 结构体的指针,表示与此 UART 驱动关联的 TTY 驱动
 */
struct uart_driver {
    struct module *owner;              // 驱动程序模块的指针
    const char *driver_name;           // UART 驱动的名称
    const char *dev_name;              // 设备名称前缀
    int major;                         // 主设备号
    int minor;                         // 次设备号
    int nr;                            // 支持的最大 UART 端口数
    struct console *cons;              // 控制台设备结构体指针

    // 以下字段应由 UART 核心初始化,底层驱动不应直接操作
    struct uart_state *state;          // UART 状态信息
    struct tty_driver *tty_driver;     // TTY 驱动的指针
};

4.tty_port

tty_port 结构体管理 TTY 端口的资源和状态,包括等待队列、互斥锁、缓冲区等,用于简化驱动层对 TTY 端口的管理。

\Linux-4.9.88\include\linux\tty.h
/**
 * struct tty_port - 描述 TTY 端口的信息和状态
 * @buf: 缓冲区头,用于管理端口的数据缓冲区,内部锁定保护
 * @tty: 指向 tty_struct 的指针,用于指向已分配的 TTY 结构体(回指)
 * @itty: 内部指向 tty_struct 的指针,用于指向内部TTY 结构体(内部回指)
 * @ops: 指向 tty_port_operations 结构体的指针,定义了端口的操作函数
 * @lock: 自旋锁,用于保护 tty 字段的访问
 * @blocked_open: 阻塞打开标志,用于表示端口是否正在等待打开
 * @count: 使用计数,表示端口被打开的次数
 * @open_wait: 等待队列,用于阻塞打开的进程
 * @delta_msr_wait: 调制解调器状态变化等待队列,用于等待调制解调器状态改变
 * @flags: 用户 TTY 标志,表示端口的属性,例如异步标志
 * @iflags: 内部标志,用于表示端口的内部状态(TTY_PORT_ 开头)
 * @console: 标志位,表示该端口是否是控制台
 * @low_latency: 可选标志位,表示是否调优以降低延迟
 * @mutex: 互斥锁,用于端口锁定
 * @buf_mutex: 缓冲区分配锁,用于管理缓冲区的分配
 * @xmit_buf: 可选发送缓冲区,用于保存传输的数据
 * @close_delay: 关闭端口时的延迟,单位为毫秒
 * @closing_wait: 输出完成的延迟时间
 * @drain_delay: 排空延迟,当无需基于时间的纯排空时设置为零,否则设置为 FIFO 大小
 * @kref: 引用计数器,用于控制 tty_port 结构体的引用计数
 */
struct tty_port {
    struct tty_bufhead buf;           // 数据缓冲区头,管理端口的缓冲区
    struct tty_struct *tty;           // 指向 tty_struct 的指针(回指)
    struct tty_struct *itty;          // 内部指向 tty_struct 的指针(内部回指)
    const struct tty_port_operations *ops; // 端口的操作函数指针
    spinlock_t lock;                  // 自旋锁,保护 tty 字段
    int blocked_open;                 // 阻塞打开标志
    int count;                        // 使用计数
    wait_queue_head_t open_wait;      // 打开等待队列
    wait_queue_head_t delta_msr_wait; // 调制解调器状态变化等待队列
    unsigned long flags;              // 用户 TTY 标志(如 ASYNC_)
    unsigned long iflags;             // 内部标志(如 TTY_PORT_)
    unsigned char console:1;          // 是否是控制台
    unsigned char low_latency:1;      // 是否调优为低延迟
    struct mutex mutex;               // 端口互斥锁
    struct mutex buf_mutex;           // 缓冲区分配锁
    unsigned char *xmit_buf;          // 可选的发送缓冲区
    unsigned int close_delay;         // 关闭端口时的延迟(毫秒)
    unsigned int closing_wait;        // 输出完成延迟时间
    int drain_delay;                  // 排空延迟
    struct kref kref;                 // 引用计数器
};

5.tty_driver

tty_driver 结构体负责管理 TTY 驱动的基本信息,包括驱动名称、设备编号、TTY 数量等。同时,定义了特定的驱动操作函数接口,以便 TTY 子系统调用这些函数来操作设备。

/**
 * struct tty_driver - 描述 TTY 驱动的信息及操作函数
 * @magic: 魔数,用于识别 TTY 驱动结构体的合法性
 * @kref: 引用计数管理,用于控制结构体的生命周期
 * @cdevs: 指向字符设备的指针数组
 * @owner: 指向驱动模块的指针,通常为 THIS_MODULE
 * @driver_name: 驱动程序的名称,用于标识驱动
 * @name: TTY 设备名称,用于生成设备节点名称(例如 ttyS)
 * @name_base: 名称基址,用于计算 TTY 设备的完整名称
 * @major: 主设备号,用于标识驱动
 * @minor_start: 起始次设备号,通常用于为多个 TTY 设备提供编号
 * @num: 分配的设备数量
 * @type: 驱动类型,用于区分不同类型的 TTY 驱动
 * @subtype: 驱动子类型,进一步区分 TTY 驱动的类型
 * @init_termios: 初始终端设置,用于初始化 TTY 的终端属性
 * @flags: 驱动标志,用于标识驱动的特殊属性
 * @proc_entry: 指向 proc 文件系统的条目指针
 * @other: 仅用于 PTY 驱动,指向配对的 TTY 驱动
 * @ttys: 指向 tty_struct 指针数组,用于管理所有 TTY 设备
 * @ports: 指向 tty_port 指针数组,指向所有端口信息
 * @termios: 指向 ktermios 指针数组,保存每个 TTY 的终端属性
 * @driver_state: 驱动状态指针,用于存储特定的驱动状态信息
 * @ops: 指向 tty_operations 的指针,包含驱动操作函数
 * @tty_drivers: TTY 驱动列表,用于连接多个 TTY 驱动
 */
struct tty_driver {
    int magic;                      // 魔数,确保结构体合法性
    struct kref kref;               // 引用计数管理
    struct cdev **cdevs;            // 字符设备指针数组
    struct module *owner;           // 指向驱动模块(通常为 THIS_MODULE)
    const char *driver_name;        // 驱动程序的名称
    const char *name;               // TTY 设备名称
    int name_base;                  // 名称基址
    int major;                      // 主设备号
    int minor_start;                // 起始次设备号
    unsigned int num;               // 分配的设备数量
    short type;                     // 驱动类型
    short subtype;                  // 驱动子类型
    struct ktermios init_termios;   // 初始终端设置
    unsigned long flags;            // 驱动标志
    struct proc_dir_entry *proc_entry; // /proc 文件系统条目
    struct tty_driver *other;       // 配对的 TTY 驱动(仅用于 PTY 驱动)

    // 指向 TTY 数据结构的指针
    struct tty_struct **ttys;       // TTY 结构体指针数组
    struct tty_port **ports;        // TTY 端口指针数组
    struct ktermios **termios;      // TTY 的终端设置
    void *driver_state;             // 驱动状态信息

    // 驱动方法
    const struct tty_operations *ops; // 驱动操作函数
    struct list_head tty_drivers;   // TTY 驱动列表
};

6.uart_state

uart_driver结构体的成员

\Linux-4.9.88\include\linux\serial_core.h
/*
 * This is the state information which is persistent across opens.
 */
struct uart_state {
	struct tty_port		port;        // 表示与TTY设备相关的端口信息,包含串口的输入输出控制功能。

	enum uart_pm_state	pm_state;   // UART的电源管理状态,指示串口的当前电源状态(如:活动、休眠等)。

	struct circ_buf		xmit;       // 用于存储要发送的字符的循环缓冲区,支持异步传输。

	atomic_t		refcount;    // 引用计数,用于跟踪当前有多少个打开的句柄指向此状态结构体。

	wait_queue_head_t	remove_wait; // 用于进程等待的队列头,如果设备正在被移除,则相应的进程可以等待。

	struct uart_port	*uart_port; // 指向具体的UART端口结构体,包含硬件相关信息,如基地址、IRQ等。
};


	truct circ_buf		xmit;       // 用于存储要发送的字符的循环缓冲区,支持异步传输。

	atomic_t		refcount;    // 引用计数,用于跟踪当前有多少个打开的句柄指向此状态结构体。

	wait_queue_head_t	remove_wait; // 用于进程等待的队列头,如果设备正在被移除,则相应的进程可以等待。

	struct uart_port	*uart_port; // 指向具体的UART端口结构体,包含硬件相关信息,如基地址、IRQ等。
};

uart_state结构体用于表示UART(通用异步收发传输)设备的状态信息,保存了关于设备操作的多个重要参数,如当前的电源管理状态、待发送的数据缓冲区、引用计数等。这些信息在设备打开和关闭时保持不变。

7.tty_operations

tty_driver结构体的成员

struct tty_operations {
	struct tty_struct * (*lookup)(struct tty_driver *driver, // 查找TTY结构体的操作函数
			struct file *filp, int idx);             // 根据驱动、文件和索引返回相应的tty_struct。

	int  (*install)(struct tty_driver *driver,              // 安装TTY设备的操作函数
			struct tty_struct *tty);                   // 初始化tty_struct。

	void (*remove)(struct tty_driver *driver,               // 移除TTY设备的操作函数
			struct tty_struct *tty);                   // 清理tty_struct资源。

	int  (*open)(struct tty_struct * tty,                   // 打开TTY设备的操作函数
			struct file * filp);                        // 对应于打开文件的系统调用。

	void (*close)(struct tty_struct * tty,                  // 关闭TTY设备的操作函数
			struct file * filp);                        // 对应于关闭文件的系统调用。

	void (*shutdown)(struct tty_struct *tty);               // 关闭TTY设备并清理资源的操作函数。

	void (*cleanup)(struct tty_struct *tty);                // 清理TTY设备资源的操作函数。

	int  (*write)(struct tty_struct * tty,                  // 写入数据到TTY设备的操作函数
		      const unsigned char *buf, int count);     // 将缓冲区中的数据写入tty。

	int  (*put_char)(struct tty_struct *tty,               // 向TTY设备发送单个字符的操作函数
		      unsigned char ch);                         // 字符。

	void (*flush_chars)(struct tty_struct *tty);           // 刷新TTY设备中的字符(清空缓冲区)。

	int  (*write_room)(struct tty_struct *tty);            // 获取TTY设备的写入空间大小。

	int  (*chars_in_buffer)(struct tty_struct *tty);       // 获取TTY设备缓冲区中字符的数量。

	int  (*ioctl)(struct tty_struct *tty,                   // 处理TTY设备的控制命令的操作函数
		    unsigned int cmd, unsigned long arg);      // 控制命令和参数。

	long (*compat_ioctl)(struct tty_struct *tty,           // 处理兼容性的ioctl命令的操作函数
			     unsigned int cmd, unsigned long arg);

	void (*set_termios)(struct tty_struct *tty,            // 设置TTY设备的终端属性
			     struct ktermios * old);             // 旧的终端属性。

	void (*throttle)(struct tty_struct * tty);             // 暂停TTY设备的输出。

	void (*unthrottle)(struct tty_struct * tty);           // 恢复TTY设备的输出。

	void (*stop)(struct tty_struct *tty);                  // 停止TTY设备的操作。

	void (*start)(struct tty_struct *tty);                 // 启动TTY设备的操作。

	void (*hangup)(struct tty_struct *tty);                // 挂断TTY设备的操作。

	int (*break_ctl)(struct tty_struct *tty, int state);   // 控制TTY设备的断开状态。

	void (*flush_buffer)(struct tty_struct *tty);          // 刷新TTY设备的缓冲区。

	void (*set_ldisc)(struct tty_struct *tty);             // 设置TTY设备的线路设备。

	void (*wait_until_sent)(struct tty_struct *tty, int timeout); // 等待TTY设备发送完毕。

	void (*send_xchar)(struct tty_struct *tty, char ch);   // 向TTY设备发送控制字符。

	int (*tiocmget)(struct tty_struct *tty);                // 获取TTY设备的状态位。

	int (*tiocmset)(struct tty_struct *tty,                 // 设置TTY设备的状态位。
			unsigned int set, unsigned int clear);    // 要设置和清除的位。

	int (*resize)(struct tty_struct *tty,                  // 调整TTY设备窗口大小的操作函数。
			struct winsize *ws);                       // 新的窗口大小。

	int (*set_termiox)(struct tty_struct *tty,             // 设置扩展终端参数的操作函数。
			struct termiox *tnew);                    // 新的终端参数。

	int (*get_icount)(struct tty_struct *tty,              // 获取TTY设备中输入计数的操作函数。
				struct serial_icounter_struct *icount); // 输入计数结构体。

#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
	int (*poll_init)(struct tty_driver *driver, int line, char *options); // 初始化轮询的操作函数。
	int (*poll_get_char)(struct tty_driver *driver, int line);             // 获取字符的轮询操作函数。
	void (*poll_put_char)(struct tty_driver *driver, int line, char ch);   // 发送字符的轮询操作函数。
#endif

	const struct file_operations *proc_fops;               // 指向文件操作的结构体,用于处理proc文件系统。
};

tty_operations结构体定义了与TTY(终端)设备相关的操作函数的指针。这些函数用于管理TTY设备的生命周期、数据读写、状态控制等。每个函数的实现可以根据不同的TTY驱动进行定制,提供与硬件相关的操作接口。

8.uart_ops

uart_port结构体的成员

\Linux-4.9.88\include\linux\serial_core.h

/*
 * This structure describes all the operations that can be done on the
 * physical hardware.  See Documentation/serial/driver for details.
 */
struct uart_ops {
	unsigned int	(*tx_empty)(struct uart_port *); // 检查传输寄存器是否为空的操作函数。

	void		(*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int mctrl); // 设置控制线的操作函数。

	unsigned int	(*get_mctrl)(struct uart_port *); // 获取控制线状态的操作函数。

	void		(*stop_tx)(struct uart_port *); // 停止数据发送的操作函数。

	void		(*start_tx)(struct uart_port *); // 开始数据发送的操作函数。

	void		(*throttle)(struct uart_port *); // 暂停数据发送的操作函数。

	void		(*unthrottle)(struct uart_port *); // 恢复数据发送的操作函数。

	void		(*send_xchar)(struct uart_port *, char ch); // 发送一个特定字符的操作函数。

	void		(*stop_rx)(struct uart_port *); // 停止数据接收的操作函数。

	void		(*enable_ms)(struct uart_port *); // 启用调制解调器信号的操作函数。

	void		(*break_ctl)(struct uart_port *, int ctl); // 控制断开信号的操作函数。

	int		(*startup)(struct uart_port *); // 启动UART设备的操作函数。

	void		(*shutdown)(struct uart_port *); // 关闭UART设备的操作函数。

	void		(*flush_buffer)(struct uart_port *); // 刷新缓冲区的操作函数。

	void		(*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new,
				       struct ktermios *old); // 设置终端属性的操作函数。

	void		(*set_ldisc)(struct uart_port *, struct ktermios *); // 设置线路设备的操作函数。

	void		(*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,
			      unsigned int oldstate); // 进行电源管理的操作函数。

	/*
	 * Return a string describing the type of the port
	 */
	const char	*(*type)(struct uart_port *); // 返回描述端口类型的字符串的操作函数。

	/*
	 * Release IO and memory resources used by the port.
	 * This includes iounmap if necessary.
	 */
	void		(*release_port)(struct uart_port *); // 释放端口使用的IO和内存资源的操作函数。

	/*
	 * Request IO and memory resources used by the port.
	 * This includes iomapping the port if necessary.
	 */
	int		(*request_port)(struct uart_port *); // 请求端口使用的IO和内存资源的操作函数。

	void		(*config_port)(struct uart_port *, int); // 配置端口的操作函数。

	int		(*verify_port)(struct uart_port *, struct serial_struct *); // 验证端口配置的操作函数。

	int		(*ioctl)(struct uart_port *, unsigned int, unsigned long); // 处理IO控制命令的操作函数。

#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
	int		(*poll_init)(struct uart_port *); // 初始化轮询的操作函数。
	void		(*poll_put_char)(struct uart_port *, unsigned char); // 轮询发送字符的操作函数。
	int		(*poll_get_char)(struct uart_port *); // 轮询接收字符的操作函数。
#endif
};
  • uart_ops 结构体用于定义与物理UART硬件相关的所有操作。这些操作涵盖了UART设备的基本功能,如数据传输、控制线管理、端口配置、资源请求等。
  • 每个函数指针代表一种操作,具体的实现由对应的UART驱动提供。这样,uart_ops 结构体使得不同的UART硬件能够通过统一的接口进行操作,从而简化了驱动程序的开发。
  • 例如,start_txstop_tx 用于控制数据发送,而 set_termios 则用于配置UART的终端参数。这些函数的实现可以根据具体的硬件特性进行调整,确保在不同平台上能有效地控制UART设备。

需要额外注意的是不要和tty_operations混淆,因为驱动程序中经常这样去定义:struct tty_operations uar_opsstruct uart_ops imx_xxxxx,是不是很容易混淆,这点一定要注意。

9.联系

img

10.tty_truct

/*
 * 该结构体存储与TTY相关的所有状态信息,当TTY处于打开状态时。
 * 由于termios状态在TTY关闭后仍应保留(例如波特率等),
 * 因此不会在此存储,而是存储指向真实状态的指针。
 * winsize结构可能应采取相同的处理,但(1)默认的80x24通常是正确的,
 * 并且(2)它最常由窗口系统使用,每次创建或调整窗口大小时都会设置正确的大小。
 * 						- TYT, 9/14/92
 */

struct tty_operations; // 前向声明TTY操作结构

struct tty_struct {
	int magic; // 结构的魔术值,用于识别TTY结构的有效性
	struct kref kref; // 引用计数,用于管理TTY结构的生命周期
	struct device *dev; // 关联的设备结构指针
	struct tty_driver *driver; // 指向驱动程序的指针
	const struct tty_operations *ops; // TTY操作的指针

	int index; // TTY设备的索引

	/* 保护线路纪律变化:锁定TTY而不是PTY */
	struct ld_semaphore ldisc_sem; // 用于保护线路纪律的信号量
	struct tty_ldisc *ldisc; // 指向线路纪律的指针

	struct mutex atomic_write_lock; // 保护原子写入的互斥锁
	struct mutex legacy_mutex; // 旧代码的互斥锁
	struct mutex throttle_mutex; // 用于控制流的互斥锁
	struct rw_semaphore termios_rwsem; // 保护termios的读写信号量
	struct mutex winsize_mutex; // 保护窗口大小的互斥锁
	spinlock_t ctrl_lock; // 控制状态的自旋锁
	spinlock_t flow_lock; // 控制流的自旋锁

	/* termios值由termios_rwsem保护 */
	struct ktermios termios, termios_locked; // termios结构,保存串口设置
	struct termiox *termiox; // 可能为NULL,表示不支持的扩展设置

	char name[64]; // TTY的名称
	struct pid *pgrp; // 进程组ID,由ctrl_lock保护
	struct pid *session; // 会话ID
	unsigned long flags; // 状态标志位
	int count; // 当前打开的引用计数

	struct winsize winsize; // 窗口大小,受winsize_mutex保护
	unsigned long stopped:1, // 表示流是否停止
		      flow_stopped:1, // 表示流是否已停止
		      unused:BITS_PER_LONG - 2; // 未使用的位

	int hw_stopped; // 硬件停止标志

	unsigned long ctrl_status:8, // 控制状态
		      packet:1, // 表示是否为数据包
		      unused_ctrl:BITS_PER_LONG - 9; // 未使用的位

	unsigned int receive_room; // 接收队列的可用字节数
	int flow_change; // 流控制变化标志

	struct tty_struct *link; // 指向其他TTY结构的链接
	struct fasync_struct *fasync; // 异步通知结构
	int alt_speed; // 用于38400 bps的魔法替代

	wait_queue_head_t write_wait; // 写等待队列头
	wait_queue_head_t read_wait; // 读等待队列头

	struct work_struct hangup_work; // 处理挂断的工作结构
	void *disc_data; // 线路纪律的私有数据
	void *driver_data; // 驱动程序的私有数据

	spinlock_t files_lock; // 保护tty_files列表的自旋锁
	struct list_head tty_files; // 关联的打开文件列表

#define N_TTY_BUF_SIZE 4096 // 定义TTY缓冲区大小

	int closing; // 指示TTY是否正在关闭
	unsigned char *write_buf; // 写入缓冲区指针
	int write_cnt; // 写入计数

	/* 如果TTY有待处理的do_SAK,将其排队在此 - akpm */
	struct work_struct SAK_work; // 处理SAK的工作结构
	struct tty_port *port; // 指向TTY端口的指针
};
  • 此结构体用于保存与TTY设备的状态信息和相关数据。它在TTY设备打开时保持活动状态。
  • 包含对TTY设备的各种信息,如引用计数、设备驱动、操作函数、窗口大小、流控制状态等。
  • 通过不同的锁和信号量保护其各个部分的并发访问,确保在多线程环境中操作的安全性。

11.tty_port_operaion

tty_port的成员

struct tty_port_operations {
	/* 
	 * 返回 1 如果载波(carrier)信号被抬起。
	 * 这个函数用于检查串行端口的载波状态。
	 */
	int (*carrier_raised)(struct tty_port *port);

	/* 
	 * 控制 DTR(数据终端就绪)和 RTS(请求发送)线路。
	 * 通过设置参数来抬起或放下这两条控制线路。
	 */
	void (*dtr_rts)(struct tty_port *port, int raise);

	/* 
	 * 当最后一个关闭操作完成或挂起操作结束时调用,
	 * 仅在端口已初始化的情况下调用。
	 * 注意:不要在此处释放资源,因为它是在端口互斥锁下调用的,
	 * 用于序列化激活和关闭操作。
	 */
	void (*shutdown)(struct tty_port *port);

	/* 
	 * 在 tty_port_open 函数中在端口互斥锁下调用,
	 * 用于初始化设备。长远来看,希望将 tty 参数移出此函数,
	 * 以提高通用性(特别是对于控制台)。
	 */
	int (*activate)(struct tty_port *port, struct tty_struct *tty);

	/* 
	 * 在端口的最后一次释放(put)时调用。
	 * 这个函数用于清理与端口相关的资源。
	 */
	void (*destruct)(struct tty_port *port);
};

tty_port_operations 是一个函数指针结构体,定义了一组与TTY端口操作相关的回调函数。这些函数由具体的端口实现提供,以支持不同的串行设备。

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