1. 学习目标
- 理解 UART 通信原理
理解 UART 基本结构：
TX
RX
Baudrate
Start Bit
Stop Bit
- 理解 Linux UART 驱动架构
理解 UART 驱动结构：
TTY Core
Serial Core
UART Driver
Hardware
- 理解 Linux 串口设备结构
理解 Linux 串口设备：
/dev/ttyS0
/dev/ttyS1
- 能编写基础 UART 驱动
掌握核心结构：
uart_driver
uart_port
uart_ops
- 理解 UART 中断处理
掌握：
接收中断
发送中断
2. UART 简介
UART 是一种：
异步串行通信接口
通信线：
TX 发送
RX 接收
可选：
RTS
CTS
UART 通信结构
UART 数据帧：
Start Bit
Data Bit
Parity
Stop Bit
示例：
| Start | Data | Stop |
特点：
异步通信
无时钟线
3. Linux UART 驱动架构
Linux UART 驱动结构：
User Space
│
▼
TTY Subsystem
│
▼
Serial Core
│
▼
UART Driver
│
▼
Hardware
TTY Subsystem
TTY 表示：
终端设备
例如：
终端
串口
伪终端
TTY设备：
/dev/tty
/dev/ttyS0
/dev/pts/0
Serial Core
Serial Core 是：
Linux 串口驱动框架
负责：
统一管理串口驱动
4. UART 驱动核心结构
Linux UART 驱动核心结构：
uart_driver
uart_port
uart_ops
5. uart_driver
uart_driver 表示：
UART 驱动
结构：
struct uart_driver
{
const char *driver_name;
const char *dev_name;
int major;
int minor;
};
作用：
注册串口驱动
例如：
ttyS
6. uart_port
uart_port 表示：
UART 端口
结构：
struct uart_port
{
unsigned long iobase;
int irq;
unsigned int uartclk;
};
表示：
串口硬件资源
例如：
寄存器地址
IRQ
波特率时钟
7. uart_ops
uart_ops 表示：
UART 操作接口
结构：
struct uart_ops
{
unsigned int (*tx_empty)(struct uart_port *);
void (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int);
void (*start_tx)(struct uart_port *);
void (*stop_tx)(struct uart_port *);
};
这些函数负责：
发送
接收
控制
8. UART 驱动注册流程
UART 驱动基本流程：
注册 uart_driver
│
初始化 uart_port
│
uart_add_one_port
│
生成 /dev/ttySx
流程图：
uart_register_driver
│
uart_add_one_port
│
TTY subsystem
│
/dev/ttyS0
9. UART 中断处理
UART 通常使用中断：
RX interrupt
TX interrupt
例如：
收到数据
流程：
UART hardware
│
▼
IRQ
│
▼
ISR
│
▼
tty buffer
接收数据流程
Hardware RX
│
▼
ISR
│
▼
tty_insert_flip_char
│
▼
tty_flip_buffer_push
10. UART 驱动示例
简单 UART 驱动结构：
static struct uart_driver my_uart_driver =
{
.driver_name = "my_uart",
.dev_name = "ttyS",
};
static struct uart_port my_port =
{
.iobase = 0x10000000,
.irq = 5,
};
static int __init my_uart_init(void)
{
uart_register_driver(&my_uart_driver);
uart_add_one_port(&my_uart_driver,&my_port);
return 0;
}
11. 用户空间访问
Linux 串口设备：
/dev/ttyS0
/dev/ttyS1
用户程序访问：
open("/dev/ttyS0")
read()
write()
串口
常用工具：
minicom
screen
picocom
示例：
screen /dev/ttyS0 115200
12. Device Tree 描述 UART
UART 通常 Device Tree 中描述。
示例：
serial@10000000
{
compatible = "my-uart";
reg = <0x10000000 0x1000>;
interrupts = <5>;
};
13. UART 驱动结构总结
UART 驱动结构：
User Space
│
▼
TTY Subsystem
│
▼
Serial Core
│
▼
UART Driver
│
▼
Hardware
核心结构：
uart_driver
uart_port
uart_ops
14. 驱动常见问题
串口没有设备节点
原因：
uart_register_driver 没调用
串口无法发送
原因：
波特率配置错误
接收数据错误
原因：
UART 时钟错误
15. 总结
Linux UART 驱动核心结构：
TTY Subsystem
│
Serial Core
│
UART Driver
│
Hardware
关键结构：
uart_driver
uart_port
uart_ops
最重要原则：
UART 驱动 = TTY 子系统 + Serial Core
16. Q&A
16.1 基础理解
-
UART 为什么不需要时钟线？
-
Start Bit 和 Stop Bit 的作用是什么？
16.2 Linux 架构
-
TTY 子系统的作用是什么？
-
Serial Core 为什么存在？
16.3 驱动结构
-
uart_port 表示什么？
-
uart_ops 的作用是什么？