Linux设备模型之tty驱动架构分析
2013-11-28 12:25
686 查看
Linux设备模型之tty驱动架构分析
一：前言
Tty这个名称源于电传打字节的简称。在linux表示各种终端。终端通常都跟硬件相对应。比如对应于输入设备键盘鼠标。输出设备显示器的控制终端和串口终端.也有对应于不存在设备的pty驱动。在如此众多的终端模型之中，linux是怎么将它们统一建模的呢?这就是我们今天要讨论的问题.
二：tty驱动概貌
Tty架构如下所示：
如上图所示,用户空间主要是通过设备文件同tty_core交互.tty_core根据用空间操作的类型再选择跟line discipline和tty_driver交互.例如设置硬件的ioctl指令就直接交给tty_driver处理。Read和write操作就会交给 line discipline处理.
Line discipline是线路规程的意思。正如它的名字一样，它表示的是这条终端” 线程” 的输入与输出规范设置.主要用来进行输入/输出数据的预处理。处理之后。就会将数据交给tty_driver
Tty_driver就是终端对应的驱动了。它将字符转换成终端可以理解的字串.将其传给终端设备。
值得注意的是,这个架构没有为tty_drivero提供read操作。也就是说tty_core 和line discipline都没有办法从tty_driver里直接读终端信息。这是因为tty_driver对就的hardware并不一定是输入数据和输出数据的共同负载者。例如控制终端，输出设备是显示器。输入设备是键盘。基于这样的原理。在line discipline中有一个输入缓存区。并提供了一个名叫receive_buf()的接口函数。对应的终端设备只要调用line
discipine的receiver_buf函数，将数据写入到输入缓存区就可以了。
如果一个设备同时是输入设备又是输出设备。那在设备的中断处理中调用receive_buf()将数据写入即可.
三：tty驱动接口分析
具体的tty驱动设计可以参考LDD3。这里只对它的接口实现做一个分析.tty driver的所有操作都包含在tty_driver中。内核即供了一个名叫alloc_tty_driver()来分配这个tty_driver。当然我们也可以在自己的驱动中将它定义成一个静态的结构。对tty_driver进行一些必要的初始化之后，调用tty_register_driver() 将其注册.
alloc_tty_driver()接口代码如下所示：
struct tty_driver *alloc_tty_driver(int lines)
{
struct tty_driver *driver;
driver = kzalloc(sizeof(struct tty_driver), GFP_KERNEL);
if (driver) {
driver->magic = TTY_DRIVER_MAGIC;
driver->num = lines;
/* later we'll move allocation of tables here */
}
return driver;
}
这个函数只有一个参数。这个参数的含义为line的个数。也即次设备号的个数。注意每个设备文件都会对应一个line.
在这个接口里为tty_driver分配内存，然后将driver->mage.driver->num初始化之后就返回了.
tty_register_driver()用来注册一个tty_driver。代码如下：
int tty_register_driver(struct tty_driver *driver)
{
int error;
int i;
dev_t dev;
void **p = NULL;
//TTY_DRIVER_INSTALLED:已安装的
if (driver->flags & TTY_DRIVER_INSTALLED)
return 0;
//TTY_DRIVER_DEVPTS_MEM:使用devpts进行动态内存映射
if (!(driver->flags & TTY_DRIVER_DEVPTS_MEM) && driver->num) {
p = kzalloc(driver->num * 3 * sizeof(void *), GFP_KERNEL);
if (!p)
return -ENOMEM;
}
//注册字符设备号
//如果没有指定driver->major
if (!driver->major) {
error = alloc_chrdev_region(&dev, driver->minor_start,
driver->num, driver->name);
if (!error) {
driver->major = MAJOR(dev);
driver->minor_start = MINOR(dev);
}
} else {
dev = MKDEV(driver->major, driver->minor_start);
error = register_chrdev_region(dev, driver->num, driver->name);
}
if (error < 0) {
kfree(p);
return error;
}
if (p) {
driver->ttys = (struct tty_struct **)p;
driver->termios = (struct ktermios **)(p + driver->num);
driver->termios_locked = (struct ktermios **)
(p + driver->num * 2);
} else {
driver->ttys = NULL;
driver->termios = NULL;
driver->termios_locked = NULL;
}
//注册字符设备
cdev_init(&driver->cdev, &tty_fops);
driver->cdev.owner = driver->owner;
error = cdev_add(&driver->cdev, dev, driver->num);
if (error) {
unregister_chrdev_region(dev, driver->num);
driver->ttys = NULL;
driver->termios = driver->termios_locked = NULL;
kfree(p);
return error;
}
//指定默认的put_char
if (!driver->put_char)
driver->put_char = tty_default_put_char;
mutex_lock(&tty_mutex);
list_add(&driver->tty_drivers, &tty_drivers);
mutex_unlock(&tty_mutex);
//如果没有指定TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV.即动态设备管理
if (!(driver->flags & TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV)) {
for (i = 0; i < driver->num; i++)
tty_register_device(driver, i, NULL);
}
proc_tty_register_driver(driver);
return 0;
}
这个函数操作比较简单。就是为tty_driver创建字符设备。然后将字符设备的操作集指定为tty_fops.并且将tty_driver 挂载到tty_drivers链表中.其实这个链表的作用跟我们之前分析的input子系统中的input_dev[ ]数组类似。都是以设备号为关键字找到对应的driver.
特别的。如果没有定义TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV.还会在sysfs中创建一个类设备.这样主要是为了udev管理设备.
以流程图的方式将上述操作表示如下：
四：设备文件的操作
设备文件的操作是本节分析的重点。它的主要操作是将各项操作对应到ldsic或者是tty_driver.
4．1：打开tty设备的操作
从注册的过程可以看到，所有的操作都会对应到tty_fops中。Open操作对应的操作接口是tty_open()。代码如下：
static int tty_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct tty_struct *tty;
int noctty, retval;
struct tty_driver *driver;
int index;
dev_t device = inode->i_rdev;
unsigned short saved_flags = filp->f_flags;
nonseekable_open(inode, filp);
retry_open:
//O_NOCTTY 如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端
//noctty:需不需要更改当前进程的控制终端
noctty = filp->f_flags & O_NOCTTY;
index = -1;
retval = 0;
mutex_lock(&tty_mutex);
//设备号(5,0) 即/dev/tty.表示当前进程的控制终端
if (device == MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 0)) {
tty = get_current_tty();
//如果当前进程的控制终端不存在,退出
if (!tty) {
mutex_unlock(&tty_mutex);
return -ENXIO;
}
//取得当前进程的tty_driver
driver = tty->driver;
index = tty->index;
filp->f_flags |= O_NONBLOCK; /* Don't let /dev/tty block */
/* noctty = 1; */
goto got_driver;
}
#ifdef CONFIG_VT
//设备号(4,0).即/dev/tty0:表示当前的控制台
if (device == MKDEV(TTY_MAJOR, 0)) {
extern struct tty_driver *console_driver;
driver = console_driver;
//fg_console: 表示当前的控制台
index = fg_console;
noctty = 1;
goto got_driver;
}
#endif
//设备号(5,1).即/dev/console.表示外接的控制台. 通过regesit_console()
if (device == MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 1)) {
driver = console_device(&index);
if (driver) {
/* Don't let /dev/console block */
filp->f_flags |= O_NONBLOCK;
noctty = 1;
goto got_driver;
}
mutex_unlock(&tty_mutex);
return -ENODEV;
}
//以文件的设备号为关键字,到tty_drivers中搜索所注册的driver
driver = get_tty_driver(device, &index);
if (!driver) {
mutex_unlock(&tty_mutex);
return -ENODEV;
}
got_driver:
//index表示它的次设备号
retval = init_dev(driver, index, &tty);
mutex_unlock(&tty_mutex);
if (retval)
return retval;
filp->private_data = tty;
file_move(filp, &tty->tty_files);
check_tty_count(tty, "tty_open");
if (tty->driver->type == TTY_DRIVER_TYPE_PTY &&
tty->driver->subtype == PTY_TYPE_MASTER)
noctty = 1;
#ifdef TTY_DEBUG_HANGUP
printk(KERN_DEBUG "opening %s...", tty->name);
#endif
if (!retval) {
if (tty->driver->open)
retval = tty->driver->open(tty, filp);
else
retval = -ENODEV;
}
filp->f_flags = saved_flags;
if (!retval && test_bit(TTY_EXCLUSIVE, &tty->flags) &&
!capable(CAP_SYS_ADMIN))
retval = -EBUSY;
if (retval) {
#ifdef TTY_DEBUG_HANGUP
printk(KERN_DEBUG "error %d in opening %s...", retval,
tty->name);
#endif
release_dev(filp);
if (retval != -ERESTARTSYS)
return retval;
if (signal_pending(current))
return retval;
schedule();
/*
* Need to reset f_op in case a hangup happened.
*/
if (filp->f_op == &hung_up_tty_fops)
filp->f_op = &tty_fops;
goto retry_open;
}
mutex_lock(&tty_mutex);
spin_lock_irq(¤t->sighand->siglock);
//设置当前进程的终端
if (!noctty &&
current->signal->leader &&
!current->signal->tty &&
tty->session == NULL)
__proc_set_tty(current, tty);
spin_unlock_irq(¤t->sighand->siglock);
mutex_unlock(&tty_mutex);
tty_audit_opening();
return 0;
}
注意在这里有个容易忽略的操作：init_dev（）。
Init_dev() -à initialize_tty_struct() à tty_ldisc_assign(tty, tty_ldisc_get(N_TTY));
看一下tty_ldisc_assign(tty, tty_ldisc_get(N_TTY))的操作:
Tty_ldisc_get():
struct tty_ldisc *tty_ldisc_get(int disc)
{
unsigned long flags;
struct tty_ldisc *ld;
if (disc < N_TTY || disc >= NR_LDISCS)
return NULL;
spin_lock_irqsave(&tty_ldisc_lock, flags);
ld = &tty_ldiscs[disc];
/* Check the entry is defined */
if (ld->flags & LDISC_FLAG_DEFINED) {
/* If the module is being unloaded we can't use it */
if (!try_module_get(ld->owner))
ld = NULL;
else /* lock it */
ld->refcount++;
} else
ld = NULL;
spin_unlock_irqrestore(&tty_ldisc_lock, flags);
return ld;
}
这个函数的操作为到tty_ldiscs[ ]找到对应项.这个数组中的成员是调用tty_register_ldisc()将其设置进去的.
tty_ldisc_assign操作如下：
static void tty_ldisc_assign(struct tty_struct *tty, struct tty_ldisc *ld)
{
tty->ldisc = *ld;
tty->ldisc.refcount = 0;
}
即将取出来的idisc作为tty->ldisc字段.
在这段代码中涉及到了tty_driver,tty_struct, struct tty_ldisc.这三者之间的关系用下图表示如下：
在这里,为tty_struct的ldisc是默认指定为tty_ldiscs[N_TTY].该ldisc对应的是控制终端的线路规范。可以在用空间用带TIOCSETD的ioctl调用进行更改.
将上述open用流程图的方式表示如下：
4.2:设备文件的write操作
设备文件的write操作对应tty_fops->write即tty_write().代码如下：
static ssize_t tty_write(struct file *file, const char __user *buf,
size_t count, loff_t *ppos)
{
struct tty_struct *tty;
struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
ssize_t ret;
struct tty_ldisc *ld;
tty = (struct tty_struct *)file->private_data;
if (tty_paranoia_check(tty, inode, "tty_write"))
return -EIO;
if (!tty || !tty->driver->write ||
(test_bit(TTY_IO_ERROR, &tty->flags)))
return -EIO;
ld = tty_ldisc_ref_wait(tty);
if (!ld->write)
ret = -EIO;
else
ret = do_tty_write(ld->write, tty, file, buf, count);
tty_ldisc_deref(ld);
return ret;
}
在open的过程中，将tty_struct存放在file的私有区。在write中,从file的私有区中就可以取到要操作的tty_struct.
如果tty_driver中没有write.如果tty有错误都会有效性判断失败返回。如果一切正常，递增ldsic的引用计数。将用do_tty_wirte()再行写操作。写完之后，再递减ldsic的引用计数.
Do_tty_write代码分段分析如下：
static inline ssize_t do_tty_write(
ssize_t (*write)(struct tty_struct *, struct file *, const unsigned char *, size_t),
struct tty_struct *tty,
struct file *file,
const char __user *buf,
size_t count)
{
ssize_t ret, written = 0;
unsigned int chunk;
ret = tty_write_lock(tty, file->f_flags & O_NDELAY);
if (ret < 0)
return ret;
/*
* We chunk up writes into a temporary buffer. This
* simplifies low-level drivers immensely, since they
* don't have locking issues and user mode accesses.
*
* But if TTY_NO_WRITE_SPLIT is set, we should use a
* big chunk-size..
*
* The default chunk-size is 2kB, because the NTTY
* layer has problems with bigger chunks. It will
* claim to be able to handle more characters than
* it actually does.
*
* FIXME: This can probably go away now except that 64K chunks
* are too likely to fail unless switched to vmalloc...
*/
chunk = 2048;
if (test_bit(TTY_NO_WRITE_SPLIT, &tty->flags))
chunk = 65536;
if (count < chunk)
chunk = count;
/* write_buf/write_cnt is protected by the atomic_write_lock mutex */
if (tty->write_cnt < chunk) {
unsigned char *buf;
if (chunk < 1024)
chunk = 1024;
buf = kmalloc(chunk, GFP_KERNEL);
if (!buf) {
ret = -ENOMEM;
goto out;
}
kfree(tty->write_buf);
tty->write_cnt = chunk;
tty->write_buf = buf;
}
默认一次写数据的大小为2K.如果设置了TTY_NO_WRITE_SPLIT.则将一次写的数据量扩大为65536.
Tty->write_buf是写操作的临时缓存区。即将用户空的数据暂时存放到这里
Tty->write_cnt是临时缓存区的大小。
在这里，必须要根据一次写的数据量对这个临时缓存区做调整
/* Do the write .. */
for (;;) {
size_t size = count;
if (size > chunk)
size = chunk;
ret = -EFAULT;
if (copy_from_user(tty->write_buf, buf, size))
break;
lock_kernel();
ret = write(tty, file, tty->write_buf, size);
unlock_kernel();
if (ret <= 0)
break;
written += ret;
buf += ret;
count -= ret;
if (!count)
break;
ret = -ERESTARTSYS;
if (signal_pending(current))
break;
cond_resched();
}
if (written) {
struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
inode->i_mtime = current_fs_time(inode->i_sb);
ret = written;
}
out:
tty_write_unlock(tty);
return ret;
}
后面的操作就比较简单了。先将用户空间的数据copy到临时缓存区，然后再调用ldisc->write()完成这次写操作.最后再更新设备结点的时间戳.
Write操作的流程图如下示：
在这里，我们只看到将数据写放到了ldisc->write().没有看到与tty_driver相关的部份。实际上在ldisc中对写入的数据做预处理过后，还是会调用tty_driver->write()将其写入硬件.
4.3:设备文件的read操作
static ssize_t tty_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count,
loff_t *ppos)
{
int i;
struct tty_struct *tty;
struct inode *inode;
struct tty_ldisc *ld;
tty = (struct tty_struct *)file->private_data;
inode = file->f_path.dentry->d_inode;
if (tty_paranoia_check(tty, inode, "tty_read"))
return -EIO;
if (!tty || (test_bit(TTY_IO_ERROR, &tty->flags)))
return -EIO;
/* We want to wait for the line discipline to sort out in this
situation */
ld = tty_ldisc_ref_wait(tty);
lock_kernel();
if (ld->read)
i = (ld->read)(tty, file, buf, count);
else
i = -EIO;
tty_ldisc_deref(ld);
unlock_kernel();
if (i > 0)
inode->i_atime = current_fs_time(inode->i_sb);
return i;
}
这个read操作就更简单。直接调用ldsic->read()完成工作
流程图如下：
五：小结
在tty设备文件的操作中。Open操作会进行一系统初始化。然后调用ldsic->open tty_driver->open。在write和read调用中只tty_core只会用到 ldisc->wirte/ldisc->read.除了上面分析的几个操作之外，还有一个ioctl操作，以及它封装的几个 termios。这些ioctl类的操作会直接和tty_driver相关联.
在这一节里，只对tty的构造做一个分析，具体ldisc的操作我们之后以控制终端为例进行分析.
1、LINUX下TTY、CONSOLE、串口之间是怎样的层次关系？具体的函数接口是怎样的？串口是如何被调用的？
2、printk函数是把信息发送到控制台上吧？如何让PRINTK把信息通过串口送出？或者说系统在什么地方来决定是将信息送到显示器还是串口？
3、start_kernel中一开始就用到了printk函数（好象是printk(linux_banner什么的），在 这个时候整个内核还没跑起来呢那这时候的printk是如何被调用的？在我们的系统中，系统启动是用的现代公司的BOOTLOADER程序，后来好象跳到了LINUX下的head- armv.s， 然后跳到start_kernel，在bootloader 里串口已经是可用的了，那么在进入内核后是不是要重新设置？
以上问题可能问的比较乱，因为我自己脑子里也比较乱，主要还是对tty,console,serial之间的关系，特别是串口是如何被调用的没搞清这方面的资料又比较少（就情景分析中讲了一点），希望高手能指点一二，非常谢！
我最近也在搞这方面的东西，也是写一个串口设备的驱动
搞了将近一个月了，其中上网找资料，看源代码，什么都做了
但还是一蹋糊涂的，有些问题还是不明白，希望一起讨论讨论
在/proc/device（没记错应该是这个文件）
里面有一个叫serial的驱动，其主设备号是4，次设备号是64-12X（没记错应该是这个范围）
大家都知道，串口的次设备号是从64开始的，串口1 /dev/ttyS0就对应次设备号64，串口2就对应65
问题是现在我机上只有两个串口，它注册这么多次设备号来干什么？
对于一个接在串口1的设备，在我注册驱动的时候
我是需要自己找一个主设备号呢？
还是就用主设备号4，次设备号从上面12X的后面选？
还是就用主设备号4，次设备号64？
在linux的内核中有一个tty层，我看好像有些串口驱动是从这里开始的
例如调用tty_register_driver()来注册驱动
就像在pci子系统里调用pci_register_driver()那样的
那么，用这种机制来注册的驱动，
它是直接对串口的端口操作呢（例如用inb(),outb()....之类的）
还是某些更底层的驱动接口呢？
这些问题缠了我很久都没解决，搞得最后不得不放弃
现在转向用户空间的应用程序，看能不能有些更高效的方法来实现
（在用户空间只能用open("/dev/ttyS0", O_RDWR)来实现了）
另外还有，系统里已经为我们实现了串口的驱动
所以我们在用户空间的程序里直接open("/dev/ttyS0")就可用了
但是现在要写的是接在串口上的设备的驱动
在内核模块中可不可以包含某个头文件，然后就可以直接用串口驱动中的接口呢？
看到你们的问题后，感觉很有典型性，因此花了点工夫看了一下，做了一些心得贴在这里，欢迎讨论并指正：
1、LINUX下TTY、CONSOLE、串口之间是怎样的层次关系？具体的函数接口是怎样的？串口是如何被调用的？
tty 和console这些概念主要是一些虚设备的概念，而串口更多的是指一个真正的设备驱动Tty实际是一类终端I/O设备的抽象，它实际上更多的是一个管理的概念，它和tty_ldisc（行规程）和tty_driver（真实设备驱动）组合在一起，目的是向上层的VFS提供一个统一的接口通过file_operations结构中的tty_ioctl可以对其进行配置。查
tty_driver，你将得到n个结果，实际都是相关芯片的驱动因此，可以得到的结论是（实际情况比这复杂得多）：每个描述tty设备的 tty_struct在初始化时必然挂如了某个具体芯片的字符设备驱动（不一定是字符设备驱动），可以是很多，包括显卡或串口chip不知道你的ARM Soc是那一款，不过看情况你们应该用的是常见的chip，这些驱动实际上都有而console是一个缓冲的概念，它的目的有一点类似于tty实际上 console不仅和tty连在一起，还和framebuffer连在一起，具体的原因看下面的键盘的中断处理过程Tty的一个子集需要使用
console(典型的如主设备号4，次设备号1―64)，但是要注意的是没有console的tty是存在的
而串口则指的是tty_driver举个典型的例子：
分析一下键盘的中断处理过程：
keyboard_interrupt―>handle_kbd_event―>handle_keyboard_event―>handle_scancode
void handle_scancode(unsigned char scancode, int down)
{
……..
tty = ttytab? ttytab[fg_console]: NULL;
if (tty && (!tty->driver_data)) {
……………
tty = NULL;
}
………….
schedule_console_callback();
}
这段代码中的两个地方很值得注意，也就是除了获得tty外（通过全局量tty记录），还进行了console 回显schedule_console_callbackTty和console的关系在此已经很明了！！！
2、printk函数是把信息发送到控制台上吧？如何让PRINTK把信息通过串口送出？或者说系统在什么地方来决定是将信息送到显示器还是串口？
具体看一下printk函数的实现就知道了，printk不一定是将信息往控制台上输出，设置kernel的启动参数可能可以打到将信息送到显示器的效果。函数前有一段英文，很有意思：
/*This is printk. It can be called from any context. We want it to work.
*
* We try to grab the console_sem. If we succeed, it's easy - we log the output and
* call the console drivers. If we fail to get the semaphore we place the output
* into the log buffer and return. The current holder of the console_sem will
* notice the new output in release_console_sem() and will send it to the
* consoles before releasing the semaphore.
*
* One effect of this deferred printing is that code which calls printk() and
* then changes console_loglevel may break. This is because console_loglevel
* is inspected when the actual printing occurs.
*/
这段英文的要点：要想对console进行操作，必须先要获得console_sem信号量如果获得console_sem信号量，则可以“log the output and call the console drivers”，反之，则“place the output into the log buffer and return”，实际上，在代码：
asmlinkage int printk(const char *fmt, ...)
{
va_list args;
unsigned long flags;
int printed_len;
char *p;
static char printk_buf[1024];
static int log_level_unknown = 1;
if (oops_in_progress) { /*如果为1情况下，必然是系统发生crush*/
/* If a crash is occurring, make sure we can't deadlock */
spin_lock_init(&logbuf_lock);
/* And make sure that we print immediately */
init_MUTEX(&console_sem);
}
/* This stops the holder of console_sem just where we want him */
spin_lock_irqsave(&logbuf_lock, flags);
/* Emit the output into the temporary buffer */
va_start(args, fmt);
printed_len = vsnprintf(printk_buf, sizeof(printk_buf), fmt, args);/*对传入的buffer进行处理，注意还不是
真正的对终端写，只是对传入的string进行格式解析*/
va_end(args);
/*Copy the output into log_buf. If the caller didn't provide appropriate log level tags, we insert them here*/
/*注释很清楚*/
for (p = printk_buf; *p; p++) {
if (log_level_unknown) {
if (p[0] != '<' || p[1] < '0' || p[1] > '7' || p[2] != '>') {
emit_log_char('<');
emit_log_char(default_message_loglevel + '0');
emit_log_char('>');
}
log_level_unknown = 0;
}
emit_log_char(*p);
if (*p == '\n')
log_level_unknown = 1;
}
if (!arch_consoles_callable()) {
/*On some architectures, the consoles are not usable on secondary CPUs early in the boot process.*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
goto out;
}
if (!down_trylock(&console_sem)) {
/*We own the drivers. We can drop the spinlock and let release_console_sem() print the text*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
console_may_schedule = 0;
release_console_sem();
} else {
/*Someone else owns the drivers. We drop the spinlock, which allows the semaphore holder to
proceed and to call the console drivers with the output which we just produced.*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
}
out:
return printed_len;
}
实际上printk是将format后的string放到了一个buffer中，在适当的时候再加以show,这也回答了在start_kernel中一开始就用到了printk函数的原因
3、start_kernel中一开始就用到了printk函数（好象是printk(linux_banner什么的)，在这个时候整个内核还没跑起来呢。那这时候的printk是如何被调用的？在我们的系统中，系统启动是用的现代公司的BOOTLOADER程序，后来好象跳到了LINUX下的head- armv.s， 然后跳到start_kernel，在bootloader
里串口已经是可用的了，那么在进入内核后是不是要重新设置？
Bootloader一般会做一些基本的初始化，将kernel拷贝物理空间，然后再跳到kernel去执行。可以肯定的是kernel肯定要对串口进行重新设置，原因是Bootloader有很多种，有些不一定对串口进行设置，内核不能依赖于bootloader而存在。
多谢楼上大侠，分析的很精辟。我正在看printk函数。
我们用的CPU是hynix的hms7202。在评估板上是用串口0作
控制台，所有启动过程中的信息都是通过该串口送出的。
在bootloader中定义了函数ser_printf通过串口进行交互。
但我还是没想明白在跳转到linux内核而console和串口尚未
初始化时printk是如何能够工作的？我看了start_kernel
的过程（并通过超级终端作了一些跟踪），console的初始化
是在console_init函数里，而串口的初始化实际上是在1号
进程里（init->do_basic_setup->do_initcalls->rs_init)，
那么在串口没有初始化以前prink是如何工作的？特别的，在
start_kernel一开始就有printk(linux_banner)，而这时候
串口和console都尚未初始化呢。
1.在start_kernel一开始就有printk(linux_banner)，而这时候串口和console都尚未初始化?
仔细分析printk可以对该问题进行解答代码中的：
/* Emit the output into the temporary buffer */
va_start(args, fmt);
printed_len = vsnprintf(printk_buf, sizeof(printk_buf), fmt, args);
va_end(args);
将输入放到了printk_buf中，接下来的
for (p = printk_buf; *p; p++) {
if (log_level_unknown) {
if (p[0] != '<' || p[1] < '0' || p[1] > '7' || p[2] != '>') {
emit_log_char('<');
emit_log_char(default_message_loglevel + '0');
emit_log_char('>');
}
log_level_unknown = 0;
}
emit_log_char(*p);
if (*p == '\n')
log_level_unknown = 1;
}
则将printk_buf中的内容进行解析并放到全局的log_buf（在emit_log_char函数）中if (!down_trylock(&console_sem)) {
/*
* We own the drivers. We can drop the spinlock and let
* release_console_sem() print the text
*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
console_may_schedule = 0;
release_console_sem();
} else {
/*
* Someone else owns the drivers. We drop the spinlock, which
* allows the semaphore holder to proceed and to call the
* console drivers with the output which we just produced.
*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
}
则是根据down_trylock(&console_sem)的结果调用release_console_sem()，在release_console_sem()中才真正的对全局的log_buf中的内容相应的console设备驱动进行处理。至此，可以得到如下的一些结论：
（1）printk的主操作实际上还是针对一个buffer(log_buf),该buffer中的内容是否显示（或者说向终端输出），则要看是否可以获得console_sem（2）printk所在的文件为printk.c，是和体系结构无关的，因此对任何平台都一样。 可以推测的结论是：
（1）kernel 在初始化时将console_sem标为了locked，因此在start_kernel一开始的printk(linux_banner)中实际只将输入写入了缓冲，等在串口和console初始化后，对printk的调用才一次将缓冲中的内容向串口和console输出。 （2）在串口和console的初始化过程中，必然有对console_sem的up操作。
（3）因此，在embedded的调试中，如果在console的初始化之前系统出了问题，不会有任何的输出。 唯一可以使用的只能是led或jtag了。（4）因此，你的问题可以看出解答。2.console的初始化.
不知道你用的是那一个内核版本，在我看的2.4.18和2.4.19中，都是在start_kernel中就对console进行的初始化。从前面的分析来看，console的初始化不应该太晚，否则log_buf有可能溢出。
多谢楼上，分析的很精彩！
我们用的内核版本是2.4.18，console的初始化确实是在
start_kernel->console->init。关于tty和串口，我这里还想再问一下tty设备的操作的总入口
是
static struct file_operations tty_fops = {
llseek: no_llseek,
read: tty_read,
write: tty_write,
poll: tty_poll,
ioctl: tty_ioctl,
open: tty_open,
release: tty_release,
fasync: tty_fasync,
};
而对串口的操作定义在：
static struct tty_driver serial_driver 这个结构中
serial.c中的多数函数都是填充serial_driver中的函数指针
那么在对串口操作时，应该是先调用tty_fops中的操作（比如
tty_open等），然后再分流到具体的串口操作（rs_open等）吧？
但tty_driver（对串口就是serial_driver)中有很多函数指针
并不跟file_operations中的函数指针对应，不知道这些对应
不上的操作是如何被执行的？比如put_char,flush_char,read_proc,
write_proc,start,stop等。
以下是我对这个问题的一些理解：
这实际上还是回到原先的老问题，即tty和tty_driver之间的关系。从实现上看，tty_driver实际上是tty机制的实现组件之一，借用面向对象设计中的常用例子，这时的tty_driver就象是tty这部汽车的轮胎，tty这部汽车要正常运行，还要tty_ldisc（行规程），termios，甚至struct tq_struct tq_hangup（看tty_struct）等基础设施。它们之间的关系并非继承。至于tty_driver中的函数指针，再打个C++中的比喻，它们实际上很象虚函数，也就是说，可以定义它们，但并不一定实现它们、实际上还不用说tty_driver，只要查一下serial_driver都会发现n多个具体的实现，但对各个具体的设备，其tty_driver中的函数不一定全部实现、所以put_char,flush_char,read_proc,
write_proc,start,stop这些函数的情况是有可能实现，也有可能不实现 即使被实现，也不一定为上层(VFS层)所用.
一：前言
Tty这个名称源于电传打字节的简称。在linux表示各种终端。终端通常都跟硬件相对应。比如对应于输入设备键盘鼠标。输出设备显示器的控制终端和串口终端.也有对应于不存在设备的pty驱动。在如此众多的终端模型之中，linux是怎么将它们统一建模的呢?这就是我们今天要讨论的问题.
二：tty驱动概貌
Tty架构如下所示：
如上图所示,用户空间主要是通过设备文件同tty_core交互.tty_core根据用空间操作的类型再选择跟line discipline和tty_driver交互.例如设置硬件的ioctl指令就直接交给tty_driver处理。Read和write操作就会交给 line discipline处理.
Line discipline是线路规程的意思。正如它的名字一样，它表示的是这条终端” 线程” 的输入与输出规范设置.主要用来进行输入/输出数据的预处理。处理之后。就会将数据交给tty_driver
Tty_driver就是终端对应的驱动了。它将字符转换成终端可以理解的字串.将其传给终端设备。
值得注意的是,这个架构没有为tty_drivero提供read操作。也就是说tty_core 和line discipline都没有办法从tty_driver里直接读终端信息。这是因为tty_driver对就的hardware并不一定是输入数据和输出数据的共同负载者。例如控制终端，输出设备是显示器。输入设备是键盘。基于这样的原理。在line discipline中有一个输入缓存区。并提供了一个名叫receive_buf()的接口函数。对应的终端设备只要调用line
discipine的receiver_buf函数，将数据写入到输入缓存区就可以了。
如果一个设备同时是输入设备又是输出设备。那在设备的中断处理中调用receive_buf()将数据写入即可.
三：tty驱动接口分析
具体的tty驱动设计可以参考LDD3。这里只对它的接口实现做一个分析.tty driver的所有操作都包含在tty_driver中。内核即供了一个名叫alloc_tty_driver()来分配这个tty_driver。当然我们也可以在自己的驱动中将它定义成一个静态的结构。对tty_driver进行一些必要的初始化之后，调用tty_register_driver() 将其注册.
alloc_tty_driver()接口代码如下所示：
struct tty_driver *alloc_tty_driver(int lines)
{
struct tty_driver *driver;
driver = kzalloc(sizeof(struct tty_driver), GFP_KERNEL);
if (driver) {
driver->magic = TTY_DRIVER_MAGIC;
driver->num = lines;
/* later we'll move allocation of tables here */
}
return driver;
}
这个函数只有一个参数。这个参数的含义为line的个数。也即次设备号的个数。注意每个设备文件都会对应一个line.
在这个接口里为tty_driver分配内存，然后将driver->mage.driver->num初始化之后就返回了.
tty_register_driver()用来注册一个tty_driver。代码如下：
int tty_register_driver(struct tty_driver *driver)
{
int error;
int i;
dev_t dev;
void **p = NULL;
//TTY_DRIVER_INSTALLED:已安装的
if (driver->flags & TTY_DRIVER_INSTALLED)
return 0;
//TTY_DRIVER_DEVPTS_MEM:使用devpts进行动态内存映射
if (!(driver->flags & TTY_DRIVER_DEVPTS_MEM) && driver->num) {
p = kzalloc(driver->num * 3 * sizeof(void *), GFP_KERNEL);
if (!p)
return -ENOMEM;
}
//注册字符设备号
//如果没有指定driver->major
if (!driver->major) {
error = alloc_chrdev_region(&dev, driver->minor_start,
driver->num, driver->name);
if (!error) {
driver->major = MAJOR(dev);
driver->minor_start = MINOR(dev);
}
} else {
dev = MKDEV(driver->major, driver->minor_start);
error = register_chrdev_region(dev, driver->num, driver->name);
}
if (error < 0) {
kfree(p);
return error;
}
if (p) {
driver->ttys = (struct tty_struct **)p;
driver->termios = (struct ktermios **)(p + driver->num);
driver->termios_locked = (struct ktermios **)
(p + driver->num * 2);
} else {
driver->ttys = NULL;
driver->termios = NULL;
driver->termios_locked = NULL;
}
//注册字符设备
cdev_init(&driver->cdev, &tty_fops);
driver->cdev.owner = driver->owner;
error = cdev_add(&driver->cdev, dev, driver->num);
if (error) {
unregister_chrdev_region(dev, driver->num);
driver->ttys = NULL;
driver->termios = driver->termios_locked = NULL;
kfree(p);
return error;
}
//指定默认的put_char
if (!driver->put_char)
driver->put_char = tty_default_put_char;
mutex_lock(&tty_mutex);
list_add(&driver->tty_drivers, &tty_drivers);
mutex_unlock(&tty_mutex);
//如果没有指定TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV.即动态设备管理
if (!(driver->flags & TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV)) {
for (i = 0; i < driver->num; i++)
tty_register_device(driver, i, NULL);
}
proc_tty_register_driver(driver);
return 0;
}
这个函数操作比较简单。就是为tty_driver创建字符设备。然后将字符设备的操作集指定为tty_fops.并且将tty_driver 挂载到tty_drivers链表中.其实这个链表的作用跟我们之前分析的input子系统中的input_dev[ ]数组类似。都是以设备号为关键字找到对应的driver.
特别的。如果没有定义TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV.还会在sysfs中创建一个类设备.这样主要是为了udev管理设备.
以流程图的方式将上述操作表示如下：
四：设备文件的操作
设备文件的操作是本节分析的重点。它的主要操作是将各项操作对应到ldsic或者是tty_driver.
4．1：打开tty设备的操作
从注册的过程可以看到，所有的操作都会对应到tty_fops中。Open操作对应的操作接口是tty_open()。代码如下：
static int tty_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct tty_struct *tty;
int noctty, retval;
struct tty_driver *driver;
int index;
dev_t device = inode->i_rdev;
unsigned short saved_flags = filp->f_flags;
nonseekable_open(inode, filp);
retry_open:
//O_NOCTTY 如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端
//noctty:需不需要更改当前进程的控制终端
noctty = filp->f_flags & O_NOCTTY;
index = -1;
retval = 0;
mutex_lock(&tty_mutex);
//设备号(5,0) 即/dev/tty.表示当前进程的控制终端
if (device == MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 0)) {
tty = get_current_tty();
//如果当前进程的控制终端不存在,退出
if (!tty) {
mutex_unlock(&tty_mutex);
return -ENXIO;
}
//取得当前进程的tty_driver
driver = tty->driver;
index = tty->index;
filp->f_flags |= O_NONBLOCK; /* Don't let /dev/tty block */
/* noctty = 1; */
goto got_driver;
}
#ifdef CONFIG_VT
//设备号(4,0).即/dev/tty0:表示当前的控制台
if (device == MKDEV(TTY_MAJOR, 0)) {
extern struct tty_driver *console_driver;
driver = console_driver;
//fg_console: 表示当前的控制台
index = fg_console;
noctty = 1;
goto got_driver;
}
#endif
//设备号(5,1).即/dev/console.表示外接的控制台. 通过regesit_console()
if (device == MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 1)) {
driver = console_device(&index);
if (driver) {
/* Don't let /dev/console block */
filp->f_flags |= O_NONBLOCK;
noctty = 1;
goto got_driver;
}
mutex_unlock(&tty_mutex);
return -ENODEV;
}
//以文件的设备号为关键字,到tty_drivers中搜索所注册的driver
driver = get_tty_driver(device, &index);
if (!driver) {
mutex_unlock(&tty_mutex);
return -ENODEV;
}
got_driver:
//index表示它的次设备号
retval = init_dev(driver, index, &tty);
mutex_unlock(&tty_mutex);
if (retval)
return retval;
filp->private_data = tty;
file_move(filp, &tty->tty_files);
check_tty_count(tty, "tty_open");
if (tty->driver->type == TTY_DRIVER_TYPE_PTY &&
tty->driver->subtype == PTY_TYPE_MASTER)
noctty = 1;
#ifdef TTY_DEBUG_HANGUP
printk(KERN_DEBUG "opening %s...", tty->name);
#endif
if (!retval) {
if (tty->driver->open)
retval = tty->driver->open(tty, filp);
else
retval = -ENODEV;
}
filp->f_flags = saved_flags;
if (!retval && test_bit(TTY_EXCLUSIVE, &tty->flags) &&
!capable(CAP_SYS_ADMIN))
retval = -EBUSY;
if (retval) {
#ifdef TTY_DEBUG_HANGUP
printk(KERN_DEBUG "error %d in opening %s...", retval,
tty->name);
#endif
release_dev(filp);
if (retval != -ERESTARTSYS)
return retval;
if (signal_pending(current))
return retval;
schedule();
/*
* Need to reset f_op in case a hangup happened.
*/
if (filp->f_op == &hung_up_tty_fops)
filp->f_op = &tty_fops;
goto retry_open;
}
mutex_lock(&tty_mutex);
spin_lock_irq(¤t->sighand->siglock);
//设置当前进程的终端
if (!noctty &&
current->signal->leader &&
!current->signal->tty &&
tty->session == NULL)
__proc_set_tty(current, tty);
spin_unlock_irq(¤t->sighand->siglock);
mutex_unlock(&tty_mutex);
tty_audit_opening();
return 0;
}
注意在这里有个容易忽略的操作：init_dev（）。
Init_dev() -à initialize_tty_struct() à tty_ldisc_assign(tty, tty_ldisc_get(N_TTY));
看一下tty_ldisc_assign(tty, tty_ldisc_get(N_TTY))的操作:
Tty_ldisc_get():
struct tty_ldisc *tty_ldisc_get(int disc)
{
unsigned long flags;
struct tty_ldisc *ld;
if (disc < N_TTY || disc >= NR_LDISCS)
return NULL;
spin_lock_irqsave(&tty_ldisc_lock, flags);
ld = &tty_ldiscs[disc];
/* Check the entry is defined */
if (ld->flags & LDISC_FLAG_DEFINED) {
/* If the module is being unloaded we can't use it */
if (!try_module_get(ld->owner))
ld = NULL;
else /* lock it */
ld->refcount++;
} else
ld = NULL;
spin_unlock_irqrestore(&tty_ldisc_lock, flags);
return ld;
}
这个函数的操作为到tty_ldiscs[ ]找到对应项.这个数组中的成员是调用tty_register_ldisc()将其设置进去的.
tty_ldisc_assign操作如下：
static void tty_ldisc_assign(struct tty_struct *tty, struct tty_ldisc *ld)
{
tty->ldisc = *ld;
tty->ldisc.refcount = 0;
}
即将取出来的idisc作为tty->ldisc字段.
在这段代码中涉及到了tty_driver,tty_struct, struct tty_ldisc.这三者之间的关系用下图表示如下：
在这里,为tty_struct的ldisc是默认指定为tty_ldiscs[N_TTY].该ldisc对应的是控制终端的线路规范。可以在用空间用带TIOCSETD的ioctl调用进行更改.
将上述open用流程图的方式表示如下：
4.2:设备文件的write操作
设备文件的write操作对应tty_fops->write即tty_write().代码如下：
static ssize_t tty_write(struct file *file, const char __user *buf,
size_t count, loff_t *ppos)
{
struct tty_struct *tty;
struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
ssize_t ret;
struct tty_ldisc *ld;
tty = (struct tty_struct *)file->private_data;
if (tty_paranoia_check(tty, inode, "tty_write"))
return -EIO;
if (!tty || !tty->driver->write ||
(test_bit(TTY_IO_ERROR, &tty->flags)))
return -EIO;
ld = tty_ldisc_ref_wait(tty);
if (!ld->write)
ret = -EIO;
else
ret = do_tty_write(ld->write, tty, file, buf, count);
tty_ldisc_deref(ld);
return ret;
}
在open的过程中，将tty_struct存放在file的私有区。在write中,从file的私有区中就可以取到要操作的tty_struct.
如果tty_driver中没有write.如果tty有错误都会有效性判断失败返回。如果一切正常，递增ldsic的引用计数。将用do_tty_wirte()再行写操作。写完之后，再递减ldsic的引用计数.
Do_tty_write代码分段分析如下：
static inline ssize_t do_tty_write(
ssize_t (*write)(struct tty_struct *, struct file *, const unsigned char *, size_t),
struct tty_struct *tty,
struct file *file,
const char __user *buf,
size_t count)
{
ssize_t ret, written = 0;
unsigned int chunk;
ret = tty_write_lock(tty, file->f_flags & O_NDELAY);
if (ret < 0)
return ret;
/*
* We chunk up writes into a temporary buffer. This
* simplifies low-level drivers immensely, since they
* don't have locking issues and user mode accesses.
*
* But if TTY_NO_WRITE_SPLIT is set, we should use a
* big chunk-size..
*
* The default chunk-size is 2kB, because the NTTY
* layer has problems with bigger chunks. It will
* claim to be able to handle more characters than
* it actually does.
*
* FIXME: This can probably go away now except that 64K chunks
* are too likely to fail unless switched to vmalloc...
*/
chunk = 2048;
if (test_bit(TTY_NO_WRITE_SPLIT, &tty->flags))
chunk = 65536;
if (count < chunk)
chunk = count;
/* write_buf/write_cnt is protected by the atomic_write_lock mutex */
if (tty->write_cnt < chunk) {
unsigned char *buf;
if (chunk < 1024)
chunk = 1024;
buf = kmalloc(chunk, GFP_KERNEL);
if (!buf) {
ret = -ENOMEM;
goto out;
}
kfree(tty->write_buf);
tty->write_cnt = chunk;
tty->write_buf = buf;
}
默认一次写数据的大小为2K.如果设置了TTY_NO_WRITE_SPLIT.则将一次写的数据量扩大为65536.
Tty->write_buf是写操作的临时缓存区。即将用户空的数据暂时存放到这里
Tty->write_cnt是临时缓存区的大小。
在这里，必须要根据一次写的数据量对这个临时缓存区做调整
/* Do the write .. */
for (;;) {
size_t size = count;
if (size > chunk)
size = chunk;
ret = -EFAULT;
if (copy_from_user(tty->write_buf, buf, size))
break;
lock_kernel();
ret = write(tty, file, tty->write_buf, size);
unlock_kernel();
if (ret <= 0)
break;
written += ret;
buf += ret;
count -= ret;
if (!count)
break;
ret = -ERESTARTSYS;
if (signal_pending(current))
break;
cond_resched();
}
if (written) {
struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
inode->i_mtime = current_fs_time(inode->i_sb);
ret = written;
}
out:
tty_write_unlock(tty);
return ret;
}
后面的操作就比较简单了。先将用户空间的数据copy到临时缓存区，然后再调用ldisc->write()完成这次写操作.最后再更新设备结点的时间戳.
Write操作的流程图如下示：
在这里，我们只看到将数据写放到了ldisc->write().没有看到与tty_driver相关的部份。实际上在ldisc中对写入的数据做预处理过后，还是会调用tty_driver->write()将其写入硬件.
4.3:设备文件的read操作
static ssize_t tty_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count,
loff_t *ppos)
{
int i;
struct tty_struct *tty;
struct inode *inode;
struct tty_ldisc *ld;
tty = (struct tty_struct *)file->private_data;
inode = file->f_path.dentry->d_inode;
if (tty_paranoia_check(tty, inode, "tty_read"))
return -EIO;
if (!tty || (test_bit(TTY_IO_ERROR, &tty->flags)))
return -EIO;
/* We want to wait for the line discipline to sort out in this
situation */
ld = tty_ldisc_ref_wait(tty);
lock_kernel();
if (ld->read)
i = (ld->read)(tty, file, buf, count);
else
i = -EIO;
tty_ldisc_deref(ld);
unlock_kernel();
if (i > 0)
inode->i_atime = current_fs_time(inode->i_sb);
return i;
}
这个read操作就更简单。直接调用ldsic->read()完成工作
流程图如下：
五：小结
在tty设备文件的操作中。Open操作会进行一系统初始化。然后调用ldsic->open tty_driver->open。在write和read调用中只tty_core只会用到 ldisc->wirte/ldisc->read.除了上面分析的几个操作之外，还有一个ioctl操作，以及它封装的几个 termios。这些ioctl类的操作会直接和tty_driver相关联.
在这一节里，只对tty的构造做一个分析，具体ldisc的操作我们之后以控制终端为例进行分析.
1、LINUX下TTY、CONSOLE、串口之间是怎样的层次关系？具体的函数接口是怎样的？串口是如何被调用的？
2、printk函数是把信息发送到控制台上吧？如何让PRINTK把信息通过串口送出？或者说系统在什么地方来决定是将信息送到显示器还是串口？
3、start_kernel中一开始就用到了printk函数（好象是printk(linux_banner什么的），在 这个时候整个内核还没跑起来呢那这时候的printk是如何被调用的？在我们的系统中，系统启动是用的现代公司的BOOTLOADER程序，后来好象跳到了LINUX下的head- armv.s， 然后跳到start_kernel，在bootloader 里串口已经是可用的了，那么在进入内核后是不是要重新设置？
以上问题可能问的比较乱，因为我自己脑子里也比较乱，主要还是对tty,console,serial之间的关系，特别是串口是如何被调用的没搞清这方面的资料又比较少（就情景分析中讲了一点），希望高手能指点一二，非常谢！
我最近也在搞这方面的东西，也是写一个串口设备的驱动
搞了将近一个月了，其中上网找资料，看源代码，什么都做了
但还是一蹋糊涂的，有些问题还是不明白，希望一起讨论讨论
在/proc/device（没记错应该是这个文件）
里面有一个叫serial的驱动，其主设备号是4，次设备号是64-12X（没记错应该是这个范围）
大家都知道，串口的次设备号是从64开始的，串口1 /dev/ttyS0就对应次设备号64，串口2就对应65
问题是现在我机上只有两个串口，它注册这么多次设备号来干什么？
对于一个接在串口1的设备，在我注册驱动的时候
我是需要自己找一个主设备号呢？
还是就用主设备号4，次设备号从上面12X的后面选？
还是就用主设备号4，次设备号64？
在linux的内核中有一个tty层，我看好像有些串口驱动是从这里开始的
例如调用tty_register_driver()来注册驱动
就像在pci子系统里调用pci_register_driver()那样的
那么，用这种机制来注册的驱动，
它是直接对串口的端口操作呢（例如用inb(),outb()....之类的）
还是某些更底层的驱动接口呢？
这些问题缠了我很久都没解决，搞得最后不得不放弃
现在转向用户空间的应用程序，看能不能有些更高效的方法来实现
（在用户空间只能用open("/dev/ttyS0", O_RDWR)来实现了）
另外还有，系统里已经为我们实现了串口的驱动
所以我们在用户空间的程序里直接open("/dev/ttyS0")就可用了
但是现在要写的是接在串口上的设备的驱动
在内核模块中可不可以包含某个头文件，然后就可以直接用串口驱动中的接口呢？
看到你们的问题后，感觉很有典型性，因此花了点工夫看了一下，做了一些心得贴在这里，欢迎讨论并指正：
1、LINUX下TTY、CONSOLE、串口之间是怎样的层次关系？具体的函数接口是怎样的？串口是如何被调用的？
tty 和console这些概念主要是一些虚设备的概念，而串口更多的是指一个真正的设备驱动Tty实际是一类终端I/O设备的抽象，它实际上更多的是一个管理的概念，它和tty_ldisc（行规程）和tty_driver（真实设备驱动）组合在一起，目的是向上层的VFS提供一个统一的接口通过file_operations结构中的tty_ioctl可以对其进行配置。查
tty_driver，你将得到n个结果，实际都是相关芯片的驱动因此，可以得到的结论是（实际情况比这复杂得多）：每个描述tty设备的 tty_struct在初始化时必然挂如了某个具体芯片的字符设备驱动（不一定是字符设备驱动），可以是很多，包括显卡或串口chip不知道你的ARM Soc是那一款，不过看情况你们应该用的是常见的chip，这些驱动实际上都有而console是一个缓冲的概念，它的目的有一点类似于tty实际上 console不仅和tty连在一起，还和framebuffer连在一起，具体的原因看下面的键盘的中断处理过程Tty的一个子集需要使用
console(典型的如主设备号4，次设备号1―64)，但是要注意的是没有console的tty是存在的
而串口则指的是tty_driver举个典型的例子：
分析一下键盘的中断处理过程：
keyboard_interrupt―>handle_kbd_event―>handle_keyboard_event―>handle_scancode
void handle_scancode(unsigned char scancode, int down)
{
……..
tty = ttytab? ttytab[fg_console]: NULL;
if (tty && (!tty->driver_data)) {
……………
tty = NULL;
}
………….
schedule_console_callback();
}
这段代码中的两个地方很值得注意，也就是除了获得tty外（通过全局量tty记录），还进行了console 回显schedule_console_callbackTty和console的关系在此已经很明了！！！
2、printk函数是把信息发送到控制台上吧？如何让PRINTK把信息通过串口送出？或者说系统在什么地方来决定是将信息送到显示器还是串口？
具体看一下printk函数的实现就知道了，printk不一定是将信息往控制台上输出，设置kernel的启动参数可能可以打到将信息送到显示器的效果。函数前有一段英文，很有意思：
/*This is printk. It can be called from any context. We want it to work.
*
* We try to grab the console_sem. If we succeed, it's easy - we log the output and
* call the console drivers. If we fail to get the semaphore we place the output
* into the log buffer and return. The current holder of the console_sem will
* notice the new output in release_console_sem() and will send it to the
* consoles before releasing the semaphore.
*
* One effect of this deferred printing is that code which calls printk() and
* then changes console_loglevel may break. This is because console_loglevel
* is inspected when the actual printing occurs.
*/
这段英文的要点：要想对console进行操作，必须先要获得console_sem信号量如果获得console_sem信号量，则可以“log the output and call the console drivers”，反之，则“place the output into the log buffer and return”，实际上，在代码：
asmlinkage int printk(const char *fmt, ...)
{
va_list args;
unsigned long flags;
int printed_len;
char *p;
static char printk_buf[1024];
static int log_level_unknown = 1;
if (oops_in_progress) { /*如果为1情况下，必然是系统发生crush*/
/* If a crash is occurring, make sure we can't deadlock */
spin_lock_init(&logbuf_lock);
/* And make sure that we print immediately */
init_MUTEX(&console_sem);
}
/* This stops the holder of console_sem just where we want him */
spin_lock_irqsave(&logbuf_lock, flags);
/* Emit the output into the temporary buffer */
va_start(args, fmt);
printed_len = vsnprintf(printk_buf, sizeof(printk_buf), fmt, args);/*对传入的buffer进行处理，注意还不是
真正的对终端写，只是对传入的string进行格式解析*/
va_end(args);
/*Copy the output into log_buf. If the caller didn't provide appropriate log level tags, we insert them here*/
/*注释很清楚*/
for (p = printk_buf; *p; p++) {
if (log_level_unknown) {
if (p[0] != '<' || p[1] < '0' || p[1] > '7' || p[2] != '>') {
emit_log_char('<');
emit_log_char(default_message_loglevel + '0');
emit_log_char('>');
}
log_level_unknown = 0;
}
emit_log_char(*p);
if (*p == '\n')
log_level_unknown = 1;
}
if (!arch_consoles_callable()) {
/*On some architectures, the consoles are not usable on secondary CPUs early in the boot process.*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
goto out;
}
if (!down_trylock(&console_sem)) {
/*We own the drivers. We can drop the spinlock and let release_console_sem() print the text*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
console_may_schedule = 0;
release_console_sem();
} else {
/*Someone else owns the drivers. We drop the spinlock, which allows the semaphore holder to
proceed and to call the console drivers with the output which we just produced.*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
}
out:
return printed_len;
}
实际上printk是将format后的string放到了一个buffer中，在适当的时候再加以show,这也回答了在start_kernel中一开始就用到了printk函数的原因
3、start_kernel中一开始就用到了printk函数（好象是printk(linux_banner什么的)，在这个时候整个内核还没跑起来呢。那这时候的printk是如何被调用的？在我们的系统中，系统启动是用的现代公司的BOOTLOADER程序，后来好象跳到了LINUX下的head- armv.s， 然后跳到start_kernel，在bootloader
里串口已经是可用的了，那么在进入内核后是不是要重新设置？
Bootloader一般会做一些基本的初始化，将kernel拷贝物理空间，然后再跳到kernel去执行。可以肯定的是kernel肯定要对串口进行重新设置，原因是Bootloader有很多种，有些不一定对串口进行设置，内核不能依赖于bootloader而存在。
多谢楼上大侠，分析的很精辟。我正在看printk函数。
我们用的CPU是hynix的hms7202。在评估板上是用串口0作
控制台，所有启动过程中的信息都是通过该串口送出的。
在bootloader中定义了函数ser_printf通过串口进行交互。
但我还是没想明白在跳转到linux内核而console和串口尚未
初始化时printk是如何能够工作的？我看了start_kernel
的过程（并通过超级终端作了一些跟踪），console的初始化
是在console_init函数里，而串口的初始化实际上是在1号
进程里（init->do_basic_setup->do_initcalls->rs_init)，
那么在串口没有初始化以前prink是如何工作的？特别的，在
start_kernel一开始就有printk(linux_banner)，而这时候
串口和console都尚未初始化呢。
1.在start_kernel一开始就有printk(linux_banner)，而这时候串口和console都尚未初始化?
仔细分析printk可以对该问题进行解答代码中的：
/* Emit the output into the temporary buffer */
va_start(args, fmt);
printed_len = vsnprintf(printk_buf, sizeof(printk_buf), fmt, args);
va_end(args);
将输入放到了printk_buf中，接下来的
for (p = printk_buf; *p; p++) {
if (log_level_unknown) {
if (p[0] != '<' || p[1] < '0' || p[1] > '7' || p[2] != '>') {
emit_log_char('<');
emit_log_char(default_message_loglevel + '0');
emit_log_char('>');
}
log_level_unknown = 0;
}
emit_log_char(*p);
if (*p == '\n')
log_level_unknown = 1;
}
则将printk_buf中的内容进行解析并放到全局的log_buf（在emit_log_char函数）中if (!down_trylock(&console_sem)) {
/*
* We own the drivers. We can drop the spinlock and let
* release_console_sem() print the text
*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
console_may_schedule = 0;
release_console_sem();
} else {
/*
* Someone else owns the drivers. We drop the spinlock, which
* allows the semaphore holder to proceed and to call the
* console drivers with the output which we just produced.
*/
spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags);
}
则是根据down_trylock(&console_sem)的结果调用release_console_sem()，在release_console_sem()中才真正的对全局的log_buf中的内容相应的console设备驱动进行处理。至此，可以得到如下的一些结论：
（1）printk的主操作实际上还是针对一个buffer(log_buf),该buffer中的内容是否显示（或者说向终端输出），则要看是否可以获得console_sem（2）printk所在的文件为printk.c，是和体系结构无关的，因此对任何平台都一样。 可以推测的结论是：
（1）kernel 在初始化时将console_sem标为了locked，因此在start_kernel一开始的printk(linux_banner)中实际只将输入写入了缓冲，等在串口和console初始化后，对printk的调用才一次将缓冲中的内容向串口和console输出。 （2）在串口和console的初始化过程中，必然有对console_sem的up操作。
（3）因此，在embedded的调试中，如果在console的初始化之前系统出了问题，不会有任何的输出。 唯一可以使用的只能是led或jtag了。（4）因此，你的问题可以看出解答。2.console的初始化.
不知道你用的是那一个内核版本，在我看的2.4.18和2.4.19中，都是在start_kernel中就对console进行的初始化。从前面的分析来看，console的初始化不应该太晚，否则log_buf有可能溢出。
多谢楼上，分析的很精彩！
我们用的内核版本是2.4.18，console的初始化确实是在
start_kernel->console->init。关于tty和串口，我这里还想再问一下tty设备的操作的总入口
是
static struct file_operations tty_fops = {
llseek: no_llseek,
read: tty_read,
write: tty_write,
poll: tty_poll,
ioctl: tty_ioctl,
open: tty_open,
release: tty_release,
fasync: tty_fasync,
};
而对串口的操作定义在：
static struct tty_driver serial_driver 这个结构中
serial.c中的多数函数都是填充serial_driver中的函数指针
那么在对串口操作时，应该是先调用tty_fops中的操作（比如
tty_open等），然后再分流到具体的串口操作（rs_open等）吧？
但tty_driver（对串口就是serial_driver)中有很多函数指针
并不跟file_operations中的函数指针对应，不知道这些对应
不上的操作是如何被执行的？比如put_char,flush_char,read_proc,
write_proc,start,stop等。
以下是我对这个问题的一些理解：
这实际上还是回到原先的老问题，即tty和tty_driver之间的关系。从实现上看，tty_driver实际上是tty机制的实现组件之一，借用面向对象设计中的常用例子，这时的tty_driver就象是tty这部汽车的轮胎，tty这部汽车要正常运行，还要tty_ldisc（行规程），termios，甚至struct tq_struct tq_hangup（看tty_struct）等基础设施。它们之间的关系并非继承。至于tty_driver中的函数指针，再打个C++中的比喻，它们实际上很象虚函数，也就是说，可以定义它们，但并不一定实现它们、实际上还不用说tty_driver，只要查一下serial_driver都会发现n多个具体的实现，但对各个具体的设备，其tty_driver中的函数不一定全部实现、所以put_char,flush_char,read_proc,
write_proc,start,stop这些函数的情况是有可能实现，也有可能不实现 即使被实现，也不一定为上层(VFS层)所用.
内容来自用户分享和网络整理，不保证内容的准确性，如有侵权内容，可联系管理员处理 
相关文章推荐
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty&&uart驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析(转)
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析(转载)
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- Linux设备模型之tty驱动架构分析 .
- Linux设备模型之tty驱动架构分析
- linux设备模型之uart驱动架构分析
- linux设备模型之uart驱动架构分析
- linux终端tty设备驱动模型分析