linux虛擬串口控制器實現---適用於無開發板學習tty driver

在前面幾章，我們介紹了tty子系統的框架、數據結構、tty驅動的註冊與註銷等內容，本章我們藉助

之前學習的內容開發一個虛擬的串口控制器驅動，以便我們理解開發串口驅動的步驟及驅動開發實踐。

本次實現的虛擬串口主要是藉助tty_register_driver、tty_port_register_device實現，而不是藉助

uart_register_driver、uart_add_one_port，等我們後面介紹了uart子系統之後，再借助

uart_register_driver、uart_add_one_port實現一次虛擬串口。

本次虛擬串口實現的功能

1. 虛擬串口的名稱為vttyM（如串口0，則為/dev/vttyM0）;
2. 應用程序可通過打開設備文件/dev/vttyM0，實現對串口vttyM0的讀寫操作；
3. /dev/vttyM0支持loopback模式，即應用程序通過/dev/vttyM0打開串口後，向串口寫入數據後，vttyM0則會將寫入的數據作為接收數據，再刷新到串口中;
4. 可通過sysfs，通過設置/sys/class/tty/vttyM0/vtty_loopback屬性，進行loopback模式的開啟與關閉（默認開啟loopback模式）；
5. 可通過sysfs文件系統，通過向/sys/class/tty/vttyM0/vtty_receive_buff中寫入數據，來模擬vttM0串口的數據接收，如echo "vtty test" >vtty_receive_buff，則表示串口接收到數據“vtty test”，此時若讀取/dev/vttyM0，則可以獲取到數據“vtty test”

本次虛擬串口實現涉及的知識點

1. 藉助platform device接口，實現虛擬串口端口對應platfomr的創建（如實現vttyM0、vttyM1兩個串口，則創建對應的兩個platform device）；
2. 藉助platform driver接口，實現platform device對應的driver，在platform driver的probe接口中，調用tty_port_register_device完成tty端口及其對應字符設備的註冊
3. 藉助sysfs_create_group，創建tty端口對應的sysfs屬性文件，實現loopback的控制以及模擬串口接收數據的模擬；
4. 藉助tty_register_driver，完成虛擬tty 控制器驅動的註冊，並實現對應的接口

下面詳細說明實現步驟

Platform device的實現

在本次代碼實現中，主要實現了兩個虛擬串口，因此創建了兩個platform device，其中struct virtual_tty_port_platform_config定義了每一個端口的信息，此處主要定義了tty端口的index，而platform driver與platform dev匹配的條件即為plaform device的名稱"virtual_tty_port_dev"

Platform driver的實現

Platform driver的定義如下，該platform driver的名稱為"virtual_tty_port_dev"，基於名稱匹配檢測，即可完成platform driver與platform device的匹配。

當platform driver與platform device匹配後，則調用其probe接口進行探測操作，而在virtual_tty_port_platform_probe接口中，主要實現如下功能：

1. 創建 struct virtual_tty_port *port變量，作為本驅動的tty_port相關數據結構類型變量，為該tty端口創建一個fifo，用於存儲寫入到虛擬串口中的數據；
2. 創建一個工作隊列，並設置工作隊列對應的callback為virtual_tty_flush_to_port，當線路規程的寫接口調用tty_driver的write_buff接口後，在write_buff接口中，將數據刷到tty port的fifo中，然後喚醒該工作隊列，由工作隊列的回調函數進行寫操作（因我們的虛擬串口不支持中斷，此處由工作隊列進行模擬）
3. 調用tty_port_register_device，註冊該tty端口及其對應的字符設備；
4. 調用sysfs_create_group，為該tty端口對應的device創建屬性文件，主要是/sys/class/tty/vttyM0/vtty_loopback、/sys/class/tty/vttyM0/vtty_receive_buff

通過platform driver 的probe，即完成tty端口的註冊，而tty端口的操作接口，主要定義瞭如下幾個：

當打開tty端口時，將該端口的loopback模式設置為true，即打開其loopback模式，這樣應用程序打開一個串口後，即可對該串口先進行寫操作，再進行讀操作了。而在關閉一個tty端口時，則關閉loopback模式，同時提供了tty端口內存的釋放接口，這個主要是藉助device的kref實現的。

Tty driver的註冊

Tty driver的代碼如下，其中tty端口的名稱前綴為vttyM，tty的類型為串口，該tty driver提供的操作接口包括open、close、write、hangup、write_room、install、remove、set_termios等。

具體功能說明如下：

1. open接口主要是打開一個tty端口，主要就是對tty_port_open，而在該接口中，會初始化該tty端口的接收緩存、tty_port與struct tty_struct的關聯等等操作
2. write接口用於向該tty端口寫數據，在本驅動中，即將數據緩存到kfifo中，然後調用schedule_work，由我們註冊工作隊列進行寫操作；
3. hangup用於掛起一個tty端口，主要調用tty_port_hangup實現掛起操作；
4. install主要建立tty_struct與tty_driver的關聯，內部主要調用tty_standard_install實現，同時設置tty_struct->driver_data指向該tty端口對應的struct virtual_tty_port ，實現將tty_struct與我們的端口相關的私有數據變量的關聯；
5. remove用於移除tty_struct與tty_driver的關聯，此處則主要設置driver->ttys[tty->index] = NULL
6. cleanup主要進行資源的釋放，此處主要是減少對struct virtual_tty_port 的引用計數；
7. virtual_tty_set_termios則主要是設置字節寬度、波特率等信息，若是真實的串口，此處應該根據串口控制器的數據手冊進行設置。

設備屬性文件的實現

主要是在sysfs文件系統下創建device相關的屬性文件，此處主要是設置loopback模式以及模擬虛擬串口接收數據的功能，定義如下：

對於模擬接收數據的功能，主要是調用tty_insert_flip_char實現將數據寫入到tty端口中，並調用

tty_flip_buffer_push實現將數據刷到對應線路規程的buffer中，關閉數據讀寫的流程，可參考我上一篇文章，此處不再細說。

下面是測試截圖：

通過sysfs下設備屬性文件，模擬串口接收數據

然後在應用程序讀取串口接收的數據

完成以上功能後，基本上完成了一個虛擬的串口控制器以及虛擬串口讀寫的實現，該代碼可用來學習

串口驅動的使用，而在實際的串口中，主要是在寫函數與讀函數上有所不同，一般串口的讀寫均是通過中斷實現的，而且也可以進行流控、串口波特率設置等內容，完整的代碼後續會上傳到csdn上，後面我會把鏈接貼上。本篇的內容主要是實現一個模擬的串口控制器及串口的實現，熟悉了tty_driver、tty_port的註冊與註銷後，下一章學習uart子系統也會有所幫助。

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關鍵字: Linux 數據結構 端口