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分类: LINUX

2012-05-23 17:04:14

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


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.
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