ARM Linux S3C2440 之UART分析

在分析ARM-Linux s3c2440中UART的时有必要先了解 s3c2440A中串口的硬件知识。

硬件篇：

S3c2440A串口提供三个独立的异步串行通信I/O端口(asynchronousserial I/O ports)。每一个串口均可以以普通中断方式或者DMA方式进行数据收发。采用系统时钟时，最大速率为115.2kbps.如果采用外部时钟(UEXTCLK)，UART速度可以更快。每个串口包含有2个64-byte的FIFO缓存区用来发送或传输数据。S3c2440A 串口具有可编程波特率，红外(IR)收发数据，1或者2 位的停止位(stop)，5/6/7/8 位数据宽度和奇偶校验功能(parity checking)。

每个串口由波特率产生单元，发送单元，接收单元和控制单元组成。如下图所示，波特产生单元的时钟可以是PCLK,FCLK/n，或者UEXTCLK(外部输入的时钟)。发送和接收单元包含有一个64-byte的FIFOs(先入先出队列)和数据移位器。

发送数据时，数据先被写进FIFO，然后拷贝到数据移位器后发送数据，最后数据被一位一位由数据发送脚(TxDn)送出。类似的，数据在接收时，数据一位一位的由数据接收脚(RxDn)接收，然后拷贝到FIFO缓存区。

寄存器：

串口的控制寄存器有两种，一种是UCONx，一种是ULCONx，它们各有三个：UCON0（ULCON0） ~ UCON2（ULCON2）分别对应于每一个串口，用于设置UART的工作模式，波特率，中断类型等

状态寄存器：UTRSTAT0 ~UTRSTAT2, 用于串口工作时，接收/发送的状态指示：

FIFO控制寄存器： UFCON0 ~ UFCON2, 用于对FIFO的设置，假如使用的是中断触发，当缓冲区的字节达到FIFO设置的触发值，就会触发中断产生.

FIFO状态寄存器： UFSTAT0 ~ UFSTAT2, 用于表示FIFO缓存中的状态

对于Arm-linux s3c2440串口的使用，主要是对以上寄存器的操作。

下面将结合源码分析arm-linux s3c2440串口驱动的实现（软件篇）

软件篇(linux-2.6.22.6)：

Linux系统的串口驱动与一般字符设备并一样，它采用层次化的架构，从而看做是一个串行系统来实现。

（1）关注UART或其他底层串行硬件特征的底层驱动程序。

（2）和底层驱动程序接口的TTY驱动程序。

（3）加工用于和TTY驱动程序交换数据的线路规程。

下图描述了串行系统间的层次结构关系（s3c2440串口实现例）,可以概括为：用户应用层 --> 线路规划层 -->TTY层 -->底层驱动层 -->物理硬件层

线路规程和TTY驱动程序是与硬件平台无关的，Linux源码中已经提供了实现，所以对于具体的平台，我们只需实现底层驱动程序即可，这也是我们最关心的。在s3c2440a中，主要由dirivers/serial/下的s3c2410.c和samsung.c实现。

Uart驱动程序主要围绕三个关键的数据结构展开(include/linux/serial_core.h中定义)：

UART特定的驱动程序结构定义：struct uart_driver s3c24xx_uart_drv;

UART端口结构定义： struct uart_port s3c24xx_serial_ops;

UART相关操作函数结构定义: struct uart_ops s3c24xx_serial_ops;

基于以上三个结构体，来看看s3c2440是如何挂接到Linux中串口构架的：

S3c2440串口相关操作函数定义在s3c24xx_serial_ops（路径：driversserialS3c2410.c）中，这个是一个struct uart_ops结构

staticstructuart_opss3c24xx_serial_ops={

.pm=s3c24xx_serial_pm,//电源管理相关的函数

.tx_empty=s3c24xx_serial_tx_empty,//检查发送的fifo是为空

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

.set_mctrl=s3c24xx_serial_set_mctrl,//是否设置串口流控cts

.stop_tx=s3c24xx_serial_stop_tx,//停止发送

.start_tx=s3c24xx_serial_start_tx,//启动发送

.stop_rx=s3c24xx_serial_stop_rx,//停止接受

.enable_ms=s3c24xx_serial_enable_ms,//空函数

.break_ctl=s3c24xx_serial_break_ctl,//发送break信号

.startup=s3c24xx_serial_startup,//串口发送接受以及中断申请的初始化设置函数

.shutdown=s3c24xx_serial_shutdown,//关闭串口

.set_termios=s3c24xx_serial_set_termios,//串口时钟，波特率，数据位等的参数设置

.type=s3c24xx_serial_type,//？？？

.release_port=s3c24xx_serial_release_port,//释放串口

.request_port=s3c24xx_serial_request_port,//申请串口

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

.verify_port=s3c24xx_serial_verify_port,//串口检测

};

驱动程序结构定义：

staticstructuart_drivers3c24xx_uart_drv={

.owner=THIS_MODULE,

.dev_name="s3c2410_serial",//具体设备的名称

.nr=3,//定义几个端口

.cons=S3C24XX_SERIAL_CONSOLE,//console端口号

.driver_name=S3C24XX_SERIAL_NAME,//串口名

.major=S3C24XX_SERIAL_MAJOR,//主设备号

.minor=S3C24XX_SERIAL_MINOR,//次设备号

};

端口配置结构定义，其中包括了一个struct uart_ports结构（下面的赋值都是对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,//接收中断号

.uartclk=0,

.fifosize=16,//fifo缓冲的大小

.ops=&s3c24xx_serial_ops,//串口的操作函数

.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),