ARM Linux S3C2440 之UART分析

在分析ARM-Linux s3c2440中UART的時有必要先了解 s3c2440A中串口的硬件知識。

硬件篇：

S3c2440A串口提供三個獨(dú)立的異步串行通信I/O端口(asynchronousserial I/O ports)。每一個串口均可以以普通中斷方式或者DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。采用系統(tǒng)時鐘時，最大速率為115.2kbps.如果采用外部時鐘(UEXTCLK)，UART速度可以更快。每個串口包含有2個64-byte的FIFO緩存區(qū)用來發(fā)送或傳輸數(shù)據(jù)。S3c2440A 串口具有可編程波特率，紅外(IR)收發(fā)數(shù)據(jù)，1或者2 位的停止位(stop)，5/6/7/8 位數(shù)據(jù)寬度和奇偶校驗(yàn)功能(parity checking)。

每個串口由波特率產(chǎn)生單元，發(fā)送單元，接收單元和控制單元組成。如下圖所示，波特產(chǎn)生單元的時鐘可以是PCLK,FCLK/n，或者UEXTCLK(外部輸入的時鐘)。發(fā)送和接收單元包含有一個64-byte的FIFOs(先入先出隊(duì)列)和數(shù)據(jù)移位器。

發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)先被寫進(jìn)FIFO，然后拷貝到數(shù)據(jù)移位器后發(fā)送數(shù)據(jù)，最后數(shù)據(jù)被一位一位由數(shù)據(jù)發(fā)送腳(TxDn)送出。類似的，數(shù)據(jù)在接收時，數(shù)據(jù)一位一位的由數(shù)據(jù)接收腳(RxDn)接收，然后拷貝到FIFO緩存區(qū)。

寄存器：

串口的控制寄存器有兩種，一種是UCONx，一種是ULCONx，它們各有三個：UCON0（ULCON0） ~ UCON2（ULCON2）分別對應(yīng)于每一個串口，用于設(shè)置UART的工作模式，波特率，中斷類型等

狀態(tài)寄存器：UTRSTAT0 ~UTRSTAT2, 用于串口工作時，接收/發(fā)送的狀態(tài)指示：

FIFO控制寄存器： UFCON0 ~ UFCON2, 用于對FIFO的設(shè)置，假如使用的是中斷觸發(fā)，當(dāng)緩沖區(qū)的字節(jié)達(dá)到FIFO設(shè)置的觸發(fā)值，就會觸發(fā)中斷產(chǎn)生.

FIFO狀態(tài)寄存器： UFSTAT0 ~ UFSTAT2, 用于表示FIFO緩存中的狀態(tài)

對于Arm-linux s3c2440串口的使用，主要是對以上寄存器的操作。

下面將結(jié)合源碼分析arm-linux s3c2440串口驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)（軟件篇）

軟件篇(linux-2.6.22.6)：

Linux系統(tǒng)的串口驅(qū)動與一般字符設(shè)備并一樣，它采用層次化的架構(gòu)，從而看做是一個串行系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

（1）關(guān)注UART或其他底層串行硬件特征的底層驅(qū)動程序。

（2）和底層驅(qū)動程序接口的TTY驅(qū)動程序。

（3）加工用于和TTY驅(qū)動程序交換數(shù)據(jù)的線路規(guī)程。

下圖描述了串行系統(tǒng)間的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系（s3c2440串口實(shí)現(xiàn)例）,可以概括為：用戶應(yīng)用層 --> 線路規(guī)劃層 -->TTY層 -->底層驅(qū)動層 -->物理硬件層

線路規(guī)程和TTY驅(qū)動程序是與硬件平臺無關(guān)的，Linux源碼中已經(jīng)提供了實(shí)現(xiàn)，所以對于具體的平臺，我們只需實(shí)現(xiàn)底層驅(qū)動程序即可，這也是我們最關(guān)心的。在s3c2440a中，主要由dirivers/serial/下的s3c2410.c和samsung.c實(shí)現(xiàn)。

Uart驅(qū)動程序主要圍繞三個關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)展開(include/linux/serial_core.h中定義)：

UART特定的驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)定義：struct uart_driver s3c24xx_uart_drv;

UART端口結(jié)構(gòu)定義： struct uart_port s3c24xx_serial_ops;

UART相關(guān)操作函數(shù)結(jié)構(gòu)定義: struct uart_ops s3c24xx_serial_ops;

基于以上三個結(jié)構(gòu)體，來看看s3c2440是如何掛接到Linux中串口構(gòu)架的：

S3c2440串口相關(guān)操作函數(shù)定義在s3c24xx_serial_ops（路徑：driversserialS3c2410.c）中，這個是一個struct uart_ops結(jié)構(gòu)

staticstructuart_opss3c24xx_serial_ops={

.pm=s3c24xx_serial_pm,//電源管理相關(guān)的函數(shù)

.tx_empty=s3c24xx_serial_tx_empty,//檢查發(fā)送的fifo是為空

.get_mctrl=s3c24xx_serial_get_mctrl,//是否串口流控

.set_mctrl=s3c24xx_serial_set_mctrl,//是否設(shè)置串口流控cts

.stop_tx=s3c24xx_serial_stop_tx,//停止發(fā)送

.start_tx=s3c24xx_serial_start_tx,//啟動發(fā)送

.stop_rx=s3c24xx_serial_stop_rx,//停止接受

.enable_ms=s3c24xx_serial_enable_ms,//空函數(shù)

.break_ctl=s3c24xx_serial_break_ctl,//發(fā)送break信號

.startup=s3c24xx_serial_startup,//串口發(fā)送接受以及中斷申請的初始化設(shè)置函數(shù)

.shutdown=s3c24xx_serial_shutdown,//關(guān)閉串口

.set_termios=s3c24xx_serial_set_termios,//串口時鐘，波特率，數(shù)據(jù)位等的參數(shù)設(shè)置

.type=s3c24xx_serial_type,//？？？

.release_port=s3c24xx_serial_release_port,//釋放串口

.request_port=s3c24xx_serial_request_port,//申請串口

.config_port=s3c24xx_serial_config_port,//串口的一些配置信息

.verify_port=s3c24xx_serial_verify_port,//串口檢測

};

驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)定義：

staticstructuart_drivers3c24xx_uart_drv={

.owner=THIS_MODULE,

.dev_name="s3c2410_serial",//具體設(shè)備的名稱

.nr=3,//定義幾個端口

.cons=S3C24XX_SERIAL_CONSOLE,//console端口號

.driver_name=S3C24XX_SERIAL_NAME,//串口名

.major=S3C24XX_SERIAL_MAJOR,//主設(shè)備號

.minor=S3C24XX_SERIAL_MINOR,//次設(shè)備號

};

端口配置結(jié)構(gòu)定義，其中包括了一個struct uart_ports結(jié)構(gòu)（下面的賦值都是對uart_port的填充）：

staticstructs3c24xx_uart_ports3c24xx_serial_ports[NR_PORTS]={

[0]={//串口0

.port={

.lock=__SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[0].port.lock),

.iotype=UPIO_MEM,

.irq=IRQ_S3CUART_RX0,//接收中斷號

.uartclk=0,

.fifosize=16,//fifo緩沖的大小

.ops=&s3c24xx_serial_ops,//串口的操作函數(shù)

.flags=UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line=0,

}

},

[1]={

.port={

.lock=__SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[1].port.lock),

.iotype=UPIO_MEM,

.irq=IRQ_S3CUART_RX1,

.uartclk=0,

.fifosize=16,

.ops=&s3c24xx_serial_ops,

.flags=UPF_BOOT_AUTOCONF,

.line=1,

}

},

#ifNR_PORTS>2

[2]={

.port={

.lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(s3c24xx_serial_ports[2].port.lock),