【转】linux2.6.28-tty设备驱动学习

来源：互联网发布：windows svn 命令行编辑：程序博客网时间：2024/06/05 04:44

linux2.6.28-tty设备驱动学习

在Linux系统中，终端是一种字符设备，它有多种类型，通常使用tty来简称各种类型的终端设备。tty是Teletype的缩写，Teletype是最早出现的一种终端设备，很像电传打字机，是由Teletype公司产生的。Linux系统包含以下几类终端设备：

1、串行终端设备(/dev/ttySn).它是使用计算机串行端口连接的终端设备，也就是我们主板上的串口。

2、伪终端(/dev/pty/).它是成对的逻辑终端设备，并存在成对的设备文件。如/dev/pty3和/dev/ttyp3，它们和实际的物理设备并不直接相关。

3、控制台终端(/dev/ttyn, /dev/console).如果当前进程有控制终端，那么/dev/tty就是当前进程的控制终端的设备特殊文件。

通过查看/proc/tty/drivers文件可以获知什么类型的tty设备文件存在以及什么驱动被加载到内核。这个文件包括一个当前存在的不同tty驱动的列表，包括驱动名、默认的节点名、驱动的主编号、这个驱动使用的次编号范围以及tty驱动的类型。看下面一个例子：

学习tty设备驱动，我们要先会加载和卸载此设备。

tty设备驱动有一个很重要的结构体:tty_driver。它用来注册和注销一个 tty 驱动到 tty 内核。

linux2.6.28/include/linux/tty_driver.h:

struct tty_driver { 272        int     magic;          /* magic number for this structure */ 273        struct kref kref;       /* Reference management */ 274        struct cdev cdev; 275        struct module   *owner; 276        const char      *driver_name; 277        const char      *name; 278        int     name_base;      /* offset of printed name */ 279        int     major;          /* major device number */ 280        int     minor_start;    /* start of minor device number */ 281        int     minor_num;      /* number of *possible* devices */ 282        int     num;            /* number of devices allocated */ 283        short   type;           /* type of tty driver */ 284        short   subtype;        /* subtype of tty driver */ 285        struct ktermios init_termios; /* Initial termios */ 286        int     flags;          /* tty driver flags */ 287        struct proc_dir_entry *proc_entry; /* /proc fs entry */ 288        struct tty_driver *other; /* only used for the PTY driver */ 289 290        /* 291         * Pointer to the tty data structures 292         */ 293        struct tty_struct **ttys; 294        struct ktermios **termios; 295        struct ktermios **termios_locked; 296        void *driver_state; 297 298        /* 299         * Driver methods 300         */ 301 302        const struct tty_operations *ops; 303        struct list_head tty_drivers; 304};extern struct tty_driver *alloc_tty_driver(int lines);

这个函数返回tty_driver指针，其参数为要分配的设备数量，line会被赋值给tty_driver的num成员.

为创建一个 struct tty_driver, 函数 alloc_tty_driver 必须用这个驱动作为参数而支持的 tty 设备号来调用.

以下函数用来注册tty设备和驱动：

linux2.6.28/include/linux/tty.h:

下面一个例子来加载和卸载tty模块：

#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/init.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/tty.h>    /*注意：tty.h和tty_driver.h顺序不能颠倒，必须是tty.h在tty_driver.h前面。一旦顺序颠倒，就会提示有错误。*/#include <linux/tty_driver.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/ioport.h>#include <linux/serial_reg.h>MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("lan");#define TTY_LAN_MINORS_NUM    5#define TTY_LAN_MAJOR        202static struct tty_driver *tty_lan_driver;static int tty_lan_open(struct tty_struct *tty, struct file *filp);static struct tty_operations tty_lan_ops = {    .open = tty_lan_open,};static int __init tty_lan_init(void){    int i;    int retval;        tty_lan_driver = alloc_tty_driver(TTY_LAN_MINORS_NUM);    if(!tty_lan_driver)        return -ENOMEM;        tty_lan_driver->owner = THIS_MODULE;    tty_lan_driver->driver_name = "tty_lan";    tty_lan_driver->name = "ttty_lan";    tty_lan_driver->major = TTY_LAN_MAJOR,    tty_lan_driver->minor_start = 0;        tty_lan_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;    tty_lan_driver->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;    tty_lan_driver->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW;    tty_lan_driver->init_termios = tty_std_termios;    tty_lan_driver->init_termios.c_cflag = B9600 | CS8 | CREAD | HUPCL | CLOCAL;      retval = tty_register_driver(tty_lan_driver);    if(retval){        printk(KERN_ERR"Failed to register tty_lan_driver!/n");        put_tty_driver(tty_lan_driver);        return retval;    }    for(i = 0; i < TTY_LAN_MINORS_NUM; i++)        tty_register_device(tty_lan_driver, i, NULL);    return 0;}static int tty_lan_open(struct tty_struct *tty, struct file *filp){    return 0;}static void __exit tty_lan_exit(void){    int i;    for(i = 0; i < TTY_LAN_MINORS_NUM; i++)        tty_unregister_device(tty_lan_driver, i);    tty_unregister_driver(tty_lan_driver);}module_init(tty_lan_init);module_exit(tty_lan_exit);

Makefile：

我们编译并加载此模块后，观察如下文件：

红色字体那一行就是我的tty设备。

我创建了5个设备。到/dev目录下看看吧：

OK,tty设备的创建已经完成。后面就要对tty设备文件进行操作了。

本次目标是要实现在用户态下对tty驱动程序的数据读写。

首先来看一下tty设备的数据流通图：

tty设备有三层：tty核心，tty线路规程，tty驱动。

我们写驱动还是只负责最底层的tty驱动。线路规程的设置也是在底层的tty驱动。

tty核心是封装好的。

来看一下tty设备的操作函数：

struct tty_operations {       int (*open)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);       void (*close)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);       int (*write)(struct tty_struct * tty,                    const unsigned char *buf, int count);       void (*put_char)(struct tty_struct *tty, unsigned char ch);       void (*flush_chars)(struct tty_struct *tty);       int (*write_room)(struct tty_struct *tty);       int (*chars_in_buffer)(struct tty_struct *tty);       int (*ioctl)(struct tty_struct *tty, struct file * file,                  unsigned int cmd, unsigned long arg);       long (*compat_ioctl)(struct tty_struct *tty, struct file * file,                          unsigned int cmd, unsigned long arg);       void (*set_termios)(struct tty_struct *tty, struct ktermios * old);       void (*throttle)(struct tty_struct * tty);       void (*unthrottle)(struct tty_struct * tty);       void (*stop)(struct tty_struct *tty);       void (*start)(struct tty_struct *tty);       void (*hangup)(struct tty_struct *tty);       void (*break_ctl)(struct tty_struct *tty, int state);       void (*flush_buffer)(struct tty_struct *tty);       void (*set_ldisc)(struct tty_struct *tty);       void (*wait_until_sent)(struct tty_struct *tty, int timeout);       void (*send_xchar)(struct tty_struct *tty, char ch);       int (*read_proc)(char *page, char **start, off_t off,                       int count, int *eof, void *data);       int (*write_proc)(struct file *file, const char __user *buffer,                       unsigned long count, void *data);       int (*tiocmget)(struct tty_struct *tty, struct file *file);       int (*tiocmset)(struct tty_struct *tty, struct file *file,                     unsigned int set, unsigned int clear);};

tty设备没有read函数，是因为大部分tty的输入设备和输出设备不一样。例如我们的虚拟终端设备，它的输入是键盘，输出是显示器。

由于这样的原因，tty的驱动层和tty的线路规程层都有一个缓冲区。

tty驱动层的缓冲区用来保存硬件发过来的数据。在驱动程序里使用 tty_insert_flip_string 函数可以实现将硬件的数据存入到驱动层的缓冲区。

其实一个缓冲区就够了，为什么线路规程层还是有一个缓冲区呢？

那是因为tty核心无法直接读取驱动层的缓冲区的数据。tty核心读不到数据，用户也就无法获取数据。用户的read函数只能从tty核心读取数据。而tty核心只能从tty线路规程层的缓冲区读取数据。

因为是层层读写的关系，所以tty线路规程也是需要一个缓冲区的。

在驱动程序里使用 tty_flip_buffer_push() 函数将tty驱动层缓冲区的数据推到tty线路规程层的缓冲区。这样就完成了数据的流通。

因为全是缓冲区操作，所以需要两个进程：写数据进程和读数据进程。

如果缓冲区内没有数据，运行读进程的话，tty核心就会把读进程加入到等待队列。

完整的代码如下：

/* * Copyright (c) 2009-~ Lan Peng * * This source code is released for free distribution under the terms of the * GNU General Public License * * Author: Lan Peng<lanpeng722@gmail.com> * Created Time: 2010年07月26日 星期一 10时12分32秒 * File Name: tty_lan.c * * Description:  */#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/init.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/tty.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/tty_driver.h>#include <linux/tty_flip.h>#include <linux/ioport.h>#include <linux/serial_reg.h>MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("lan");#define TTY_LAN_MINORS_NUM    5#define TTY_LAN_MAJOR        202static int open_count = 0;static unsigned char *to;static struct tty_driver *tty_lan_driver;static struct tty_struct *tty_lan_struct;static int tty_lan_open(struct tty_struct *tty, struct file *filp);static void tty_lan_close(struct tty_struct *tty, struct file *filp);static int tty_lan_write(struct tty_struct *tty, const unsigned char *buffer, int count);static int tty_lan_write_room(struct tty_struct *tty);static void tty_lan_set_termios(struct tty_struct *tty, struct ktermios * old);static int tty_lan_put_char(struct tty_struct *tty, unsigned char ch);static struct tty_operations tty_lan_ops = {    .open = tty_lan_open,    .close = tty_lan_close,    .write = tty_lan_write,    .put_char = tty_lan_put_char,    .write_room = tty_lan_write_room,    .set_termios = tty_lan_set_termios,};static int __init tty_lan_init(void){    int i;    int retval;        tty_lan_driver = alloc_tty_driver(TTY_LAN_MINORS_NUM);    if(!tty_lan_driver)        return -ENOMEM;        tty_lan_driver->owner = THIS_MODULE;    tty_lan_driver->driver_name = "tty_lan";    tty_lan_driver->name = "ttty_lan";    tty_lan_driver->major = TTY_LAN_MAJOR,    tty_lan_driver->minor_start = 0;        tty_lan_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;    tty_lan_driver->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;    tty_lan_driver->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW;    tty_lan_driver->init_termios = tty_std_termios;    tty_lan_driver->init_termios.c_cflag = B115200 | CS8 | CREAD | HUPCL | CLOCAL;    tty_set_operations(tty_lan_driver, &tty_lan_ops);    retval = tty_register_driver(tty_lan_driver);    if(retval){        printk(KERN_ERR"Failed to register tty_lan_driver!/n");        put_tty_driver(tty_lan_driver);        return retval;    }    for(i = 0; i < TTY_LAN_MINORS_NUM; i++)        tty_register_device(tty_lan_driver, i, NULL);    return 0;}static int tty_lan_open(struct tty_struct *tty, struct file *filp){    if(open_count == 0){        printk("Open OK!/n");    }    tty_lan_struct = kmalloc(sizeof(struct tty_struct), GFP_KERNEL);    tty->low_latency = 1;    tty_lan_struct = tty;    return 0;}static void tty_lan_close(struct tty_struct *tty, struct file *filp){    printk("ClOSE OK!/n");    kfree(tty_lan_struct);    return;}static int tty_lan_write(struct tty_struct *tty, const unsigned char *buffer, int count){    int i;    int retval = count;    tty = tty_lan_struct;    printk(KERN_DEBUG "%s - /n", __FUNCTION__);    printk("count :%d/n", count);    printk("user write: %s ", buffer);    printk("/n");    tty_insert_flip_string(tty, buffer, count);    tty_flip_buffer_push(tty);        return retval;}static int tty_lan_put_char(struct tty_struct *tty, unsigned char ch){        printk("put_char :%c/n", ch);    return 0;}static int tty_lan_write_room(struct tty_struct *tty){    int room;    room = 255;    return room;}static void tty_lan_set_termios(struct tty_struct *tty, struct ktermios *old){    tty = tty_lan_struct;    if(tty->termios->c_cflag == old->c_cflag){        printk("Nothing to change!/n");        return ;    }    printk("There is something to Change............/n");    return ;}static void __exit tty_lan_exit(void){    int i;    for(i = 0; i < TTY_LAN_MINORS_NUM; i++)        tty_unregister_device(tty_lan_driver, i);    tty_unregister_driver(tty_lan_driver);}module_init(tty_lan_init);module_exit(tty_lan_exit);

将此模块编译后加入到内核，再运行以下两个程序：

receive.c : 读取tty设备缓冲区的数据。

send.c : 将数据写入到tty设备驱动。

首先运行 receive

$ sudo ./receive

open /dev/ttty_lan0: Success

ready for receiving data...

The data received is:

等待数据状态。

再打开另一个终端，运行 send

$ sudo ./send

open /dev/ttty_lan0: Success

ready for sending data...

the number of char sent is 35

这个程序运行结束后，我们来看一下receive是否接受到了数据：

$sudo ./receive

open /dev/ttty_lan0: Success

ready for receiving data...

The data received is:

Hello,this is a Serial_Port test!

说明接受到了缓冲区的数据。

具体测试程序的代码如下：

send.c:

/******************************************************** File Name： send.c* Description： send data to serial_Port* Date：*******************************************************//******************头文件定义******************/#include <stdio.h>#include <string.h>#include <malloc.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <termios.h>#define max_buffer_size 100 /*定义缓冲区最大宽度*//*******************************************/int fd; /*定义设备文件描述符*/int flag_close;int open_serial(int k){    if(k==0) /*tty设备选择*/    {        fd = open("/dev/ttty_lan0",O_RDWR|O_NOCTTY); /*读写方式打开设备*/        perror("open /dev/ttty_lan0");    }    else    {        fd = open("/dev/ttty_lan1",O_RDWR|O_NOCTTY);        perror("open /dev/ttty_lan1");    }    if(fd == -1) /*打开失败*/        return -1;    else        return 0;}/********************************************************************/int main(int argc, char *argv[]){    char sbuf[]={"Hello,this is a Serial_Port test!/n"};/*待发送的内容，以/n为结                                束标志*/    int retv;    struct termios opt;    int length=sizeof(sbuf);/*发送缓冲区数据宽度*//*******************************************************************/    open_serial(0); /*打开设备1*//*******************************************************************/    printf("ready for sending data.../n"); /*准备开始发送数据*/    tcgetattr(fd,&opt);    cfmakeraw(&opt);/*****************************************************************/    //cfsetispeed(&opt,B9600); /*波特率设置为9600bps*/    //cfsetospeed(&opt,B9600);    /*******************************************************************/    tcsetattr(fd,TCSANOW,&opt);    retv=write(fd,sbuf,length); /*接收数据*/    if(retv==-1)    {        perror("write");    }    printf("the number of char sent is %d/n",retv);    flag_close =close(fd);    if(flag_close == -1) /*判断是否成功关闭文件*/        printf("Close the Device failur！/n");    return 0;}/****************************结束***********************************/

receive.c:

/********************************************************ilename：receive.c* Description：Receive data from Serial_Port* Date：*******************************************************//*********************头文件定义***********************/#include <stdio.h>#include <string.h>#include <malloc.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <termios.h>#include "math.h"#define max_buffer_size 100 /*定义缓冲区最大宽度*//*********************************************************/int fd, s;int open_serial(int k){    if(k==0) /*tty设备选择*/    {        fd = open("/dev/ttty_lan0",O_RDWR|O_NOCTTY); /*读写方式打开设备*/        perror("open /dev/ttty_lan0");    }    else    {        fd = open("/dev/ttty_lan1",O_RDWR|O_NOCTTY);        perror("open /dev/ttty_lan1");    }    if(fd == -1) /*打开失败*/        return -1;    else        return 0;}/********************************************************************/int main(){    char hd[max_buffer_size],*rbuf; /*定义接收缓冲区*/    int flag_close, retv,i,ncount=0;    struct termios opt;/*******************************************************************/    open_serial(0); /*打开设备1*//*******************************************************************/    tcgetattr(fd,&opt);    cfmakeraw(&opt);/*****************************************************************/    //cfsetispeed(&opt,B9600); /*波特率设置为9600bps*/     //cfsetospeed(&opt,B9600);/*******************************************************************/    tcsetattr(fd,TCSANOW,&opt);    rbuf=hd; /*数据保存*/    printf("ready for receiving data.../n");    retv=read(fd,rbuf,1); /*接收数据*/    if(retv==-1)    {        perror("read"); /*读状态标志判断*/    }/*************************开始接收数据******************************/    while(*rbuf!='/n') /*判断数据是否接收完毕*/    {        ncount+=1;        rbuf++;        retv=read(fd,rbuf,1);        if(retv==-1)        {            perror("read");        }    }/*******************************************************************/    printf("The data received is:/n"); /*输出接收到的数据*/    for(i=0;i<ncount;i++)    {        printf("%c",hd[i]);    }    printf("/n");    flag_close =close(fd);    if(flag_close == -1) /*判断是否成功关闭文件*/        printf("Close the Device failur！/n");    return 0;}/****************************结束***********************************/