linux2.6.28-tty设备驱动学习(二)

本次目标是要实现在用户态下对tty驱动程序的数据读写。

首先来看一下tty设备的数据流通图：

http://blog.chinaunix.net/photo/94212_100730152614.png

tty设备有三层：tty核心，tty线路规程，tty驱动。

我们写驱动还是只负责最底层的tty驱动。线路规程的设置也是在底层的tty驱动。

tty核心是封装好的。

来看一下tty设备的操作函数：

struct tty_operations {
       int (*open)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);
       void (*close)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);
       int (*write)(struct tty_struct * tty,
                    const unsigned char *buf, int count);
       void (*put_char)(struct tty_struct *tty, unsigned char ch);
       void (*flush_chars)(struct tty_struct *tty);
       int (*write_room)(struct tty_struct *tty);
       int (*chars_in_buffer)(struct tty_struct *tty);
       int (*ioctl)(struct tty_struct *tty, struct file * file,
                  unsigned int cmd, unsigned long arg);
       long (*compat_ioctl)(struct tty_struct *tty, struct file * file,
                          unsigned int cmd, unsigned long arg);
       void (*set_termios)(struct tty_struct *tty, struct ktermios * old);
       void (*throttle)(struct tty_struct * tty);
       void (*unthrottle)(struct tty_struct * tty);
       void (*stop)(struct tty_struct *tty);
       void (*start)(struct tty_struct *tty);
       void (*hangup)(struct tty_struct *tty);
       void (*break_ctl)(struct tty_struct *tty, int state);
       void (*flush_buffer)(struct tty_struct *tty);
       void (*set_ldisc)(struct tty_struct *tty);
       void (*wait_until_sent)(struct tty_struct *tty, int timeout);
       void (*send_xchar)(struct tty_struct *tty, char ch);
       int (*read_proc)(char *page, char **start, off_t off,
                       int count, int *eof, void *data);
       int (*write_proc)(struct file *file, const char __user *buffer,
                       unsigned long count, void *data);
       int (*tiocmget)(struct tty_struct *tty, struct file *file);
       int (*tiocmset)(struct tty_struct *tty, struct file *file,
                     unsigned int set, unsigned int clear);
};

tty设备没有read函数，是因为大部分tty的输入设备和输出设备不一样。例如我们的虚拟终端设备，它的输入是键盘，输出是显示器。

由于这样的原因，tty的驱动层和tty的线路规程层都有一个缓冲区。

tty驱动层的缓冲区用来保存硬件发过来的数据。在驱动程序里使用  tty_insert_flip_string 函数可以实现将硬件的数据存入到驱动层的缓冲区。

其实一个缓冲区就够了，为什么线路规程层还是有一个缓冲区呢？

那是因为tty核心无法直接读取驱动层的缓冲区的数据。tty核心读不到数据，用户也就无法获取数据。用户的read函数只能从tty核心读取数据。而tty核心只能从tty线路规程层的缓冲区读取数据。

因为是层层读写的关系，所以tty线路规程也是需要一个缓冲区的。

在驱动程序里使用 tty_flip_buffer_push()  函数将tty驱动层缓冲区的数据推到tty线路规程层的缓冲区。这样就完成了数据的流通。

因为全是缓冲区操作，所以需要两个进程：写数据进程和读数据进程。

如果缓冲区内没有数据，运行读进程的话，tty核心就会把读进程加入到等待队列。

完整的代码如下：

/*
 * Copyright (c) 2009-~ Lan Peng
 *
 * This source code is released for free distribution under the terms of the
 * GNU General Public License
 *
 * Author: Lan Peng
 * Created Time: 2010年07月26日 星期一 10时12分32秒
 * File Name: tty_lan.c
 *
 * Description:
 */
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/tty_driver.h>
#include <linux/tty_flip.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/serial_reg.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("lan");

#define TTY_LAN_MINORS_NUM    5
#define TTY_LAN_MAJOR        202
static int open_count = 0;
static unsigned char *to;
static struct tty_driver *tty_lan_driver;
static struct tty_struct *tty_lan_struct;

static int tty_lan_open(struct tty_struct *tty, struct file *filp);
static void tty_lan_close(struct tty_struct *tty, struct file *filp);
static int tty_lan_write(struct tty_struct *tty, const unsigned char *buffer, int count);
static int tty_lan_write_room(struct tty_struct *tty);
static void tty_lan_set_termios(struct tty_struct *tty, struct ktermios * old);
static int tty_lan_put_char(struct tty_struct *tty, unsigned char ch);

static struct tty_operations tty_lan_ops = {
    .open = tty_lan_open,
    .close = tty_lan_close,
    .write = tty_lan_write,
    .put_char = tty_lan_put_char,
    .write_room = tty_lan_write_room,
    .set_termios = tty_lan_set_termios,
};


static int __init tty_lan_init(void)
{
    int i;
    int retval;
    
    tty_lan_driver = alloc_tty_driver(TTY_LAN_MINORS_NUM);
    if(!tty_lan_driver)
        return -ENOMEM;
    
    tty_lan_driver->owner = THIS_MODULE;
    tty_lan_driver->driver_name = "tty_lan";
    tty_lan_driver->name = "ttty_lan";
    tty_lan_driver->major = TTY_LAN_MAJOR,
    tty_lan_driver->minor_start = 0;    
    tty_lan_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;
    tty_lan_driver->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;
    tty_lan_driver->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW;
    tty_lan_driver->init_termios = tty_std_termios;
    tty_lan_driver->init_termios.c_cflag = B115200 | CS8 | CREAD | HUPCL | CLOCAL;
    tty_set_operations(tty_lan_driver, &tty_lan_ops);

    retval = tty_register_driver(tty_lan_driver);
    if(retval){
        printk(KERN_ERR"Failed to register tty_lan_driver!\n");
        put_tty_driver(tty_lan_driver);
        return retval;
    }

    for(i = 0; i < TTY_LAN_MINORS_NUM; i++)
        tty_register_device(tty_lan_driver, i, NULL);
    return 0;
}

static int tty_lan_open(struct tty_struct *tty, struct file *filp)
{
    if(open_count == 0){
        printk("Open OK!\n");
    }
    tty_lan_struct = kmalloc(sizeof(struct tty_struct), GFP_KERNEL);
    tty->low_latency = 1;
    tty_lan_struct = tty;
    return 0;
}

static void tty_lan_close(struct tty_struct *tty, struct file *filp)
{
    printk("ClOSE OK!\n");
    kfree(tty_lan_struct);
    return;
}

static int tty_lan_write(struct tty_struct *tty, const unsigned char *buffer, int count)
{
    int i;
    int retval = count;
    tty = tty_lan_struct;
    printk(KERN_DEBUG "%s - \n", __FUNCTION__);
    printk("count :%d\n", count);
    printk("user write: %s ", buffer);
    printk("\n");
    tty_insert_flip_string(tty, buffer, count);
    tty_flip_buffer_push(tty);
    
    return retval;
}

static int tty_lan_put_char(struct tty_struct *tty, unsigned char ch)
{
    
    printk("put_char :%c\n", ch);
    return 0;
}


static int tty_lan_write_room(struct tty_struct *tty)
{
    int room;
    room = 255;
    return room;
}

static void tty_lan_set_termios(struct tty_struct *tty, struct ktermios *old)
{
    tty = tty_lan_struct;
    if(tty->termios->c_cflag == old->c_cflag){
        printk("Nothing to change!\n");
        return ;
    }
    printk("There is something to Change............\n");
    return ;
}

static void __exit tty_lan_exit(void)
{
    int i;
    for(i = 0; i < TTY_LAN_MINORS_NUM; i++)
        tty_unregister_device(tty_lan_driver, i);
    tty_unregister_driver(tty_lan_driver);
}

module_init(tty_lan_init);
module_exit(tty_lan_exit);


将此模块编译后加入到内核，再运行以下两个程序：

receive.c : 读取tty设备缓冲区的数据。

send.c    : 将数据写入到tty设备驱动。

首先运行 receive

$ sudo ./receive

open /dev/ttty_lan0: Success

ready for receiving data...

The data received is:

等待数据状态。

再打开另一个终端，运行 send

$ sudo ./send

open /dev/ttty_lan0: Success

ready for sending data...

the number of char sent is 35

$

这个程序运行结束后，我们来看一下receive是否接受到了数据：

$sudo ./receive

open /dev/ttty_lan0: Success

ready for receiving data...

The data received is:

Hello,this is a Serial_Port test!

$

说明接受到了缓冲区的数据。

具体测试程序的代码如下：

send.c:

/*******************************************************
* File Name： send.c
* Description： send data to serial_Port
* Date：
*******************************************************/
/******************头文件定义******************/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
#define max_buffer_size 100 /*定义缓冲区最大宽度*/
/*******************************************/
int fd; /*定义设备文件描述符*/
int flag_close;
int open_serial(int k)
{
    if(k==0) /*tty设备选择*/
    {
        fd = open("/dev/ttty_lan0",O_RDWR|O_NOCTTY); /*读写方式打开设备*/
        perror("open /dev/ttty_lan0");
    }
    else
    {
        fd = open("/dev/ttty_lan1",O_RDWR|O_NOCTTY);
        perror("open /dev/ttty_lan1");
    }
    if(fd == -1) /*打开失败*/
        return -1;
    else
        return 0;
}
/********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{
    char sbuf[]={"Hello,this is a Serial_Port test!\n"};/*待发送的内容，以\n为结
                                束标志*/
    int retv;
    struct termios opt;
    int length=sizeof(sbuf);/*发送缓冲区数据宽度*/
/*******************************************************************/
    open_serial(0); /*打开设备1*/
/*******************************************************************/
    printf("ready for sending data...\n"); /*准备开始发送数据*/
    tcgetattr(fd,&opt);
    cfmakeraw(&opt);
/*****************************************************************/
    //cfsetispeed(&opt,B9600); /*波特率设置为9600bps*/

    //cfsetospeed(&opt,B9600);

    /*******************************************************************/
    tcsetattr(fd,TCSANOW,&opt);
    retv=write(fd,sbuf,length); /*接收数据*/
    if(retv==-1)
    {
        perror("write");
    }
    printf("the number of char sent is %d\n",retv);
    flag_close =close(fd);
    if(flag_close == -1) /*判断是否成功关闭文件*/
        printf("Close the Device failur！\n");
    return 0;
}
/****************************结束***********************************/


receive.c:

/*******************************************************
*ilename：receive.c
* Description：Receive data from Serial_Port
* Date：
*******************************************************/
/*********************头文件定义***********************/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
#include "math.h"
#define max_buffer_size 100 /*定义缓冲区最大宽度*/
/*********************************************************/
int fd, s;
int open_serial(int k)
{
    if(k==0) /*tty设备选择*/
    {
        fd = open("/dev/ttty_lan0",O_RDWR|O_NOCTTY); /*读写方式打开设备*/
        perror("open /dev/ttty_lan0");
    }
    else
    {
        fd = open("/dev/ttty_lan1",O_RDWR|O_NOCTTY);
        perror("open /dev/ttty_lan1");
    }
    if(fd == -1) /*打开失败*/
        return -1;
    else
        return 0;
}
/********************************************************************/
int main()
{
    char hd[max_buffer_size],*rbuf; /*定义接收缓冲区*/
    int flag_close, retv,i,ncount=0;
    struct termios opt;
/*******************************************************************/
    open_serial(0); /*打开设备1*/
/*******************************************************************/
    tcgetattr(fd,&opt);
    cfmakeraw(&opt);
/*****************************************************************/
    //cfsetispeed(&opt,B9600); /*波特率设置为9600bps*/
     //cfsetospeed(&opt,B9600);
/*******************************************************************/
    tcsetattr(fd,TCSANOW,&opt);
    rbuf=hd; /*数据保存*/
    printf("ready for receiving data...\n");
    retv=read(fd,rbuf,1); /*接收数据*/
    if(retv==-1)
    {
        perror("read"); /*读状态标志判断*/
    }
/*************************开始接收数据******************************/
    while(*rbuf!='\n') /*判断数据是否接收完毕*/
    {
        ncount+=1;
        rbuf++;
        retv=read(fd,rbuf,1);
        if(retv==-1)
        {
            perror("read");
        }
    }
/*******************************************************************/
    printf("The data received is:\n"); /*输出接收到的数据*/
    for(i=0;i<ncount;i++)
    {
        printf("%c",hd[i]);
    }
    printf("\n");
    flag_close =close(fd);
    if(flag_close == -1) /*判断是否成功关闭文件*/
        printf("Close the Device failur！\n");
    return 0;
}
/****************************结束***********************************/