在Linux系統(tǒng)中，終端設(shè)備非常重要，沒有終端設(shè)備，系統(tǒng)將無法向用戶反饋信息，Linux中包含控制臺、串口和偽終端3類終端設(shè)備。
14.1節(jié)闡述了終端設(shè)備的概念及分類，14.2節(jié)給出了Linux終端設(shè)備驅(qū)動的框架結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)描述tty_driver結(jié)構(gòu)體及其成員。14.3~14.5節(jié)在14.2節(jié)的基礎(chǔ)上，分別給出了Linux終端設(shè)備驅(qū)動模塊加載/卸載函數(shù)和open()、close()函數(shù)，數(shù)據(jù)讀寫流程及tty設(shè)備線路設(shè)置的編程方法。在Linux中，串口驅(qū)動完全遵循tty驅(qū)動的框架結(jié)構(gòu)，但是進(jìn)行了底層操作的再次封裝，14.6節(jié)描述了Linux針對串口tty驅(qū)動的這一封裝，14.7節(jié)則具體給出了串口tty驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)方法。14.8節(jié)基于14.6和14.7節(jié)的講解給出了串口tty驅(qū)動的設(shè)計實(shí)例，即S3C2410集成UART的驅(qū)動。
14.1終端設(shè)備
在Linux系統(tǒng)中，終端是一種字符型設(shè)備，它有多種類型，通常使用tty來簡稱各種類型的終端設(shè)備。tty是Teletype的縮寫，Teletype是最早出現(xiàn)的一種終端設(shè)備，很像電傳打字機(jī)，是由Teletype公司生產(chǎn)的。Linux中包含如下幾類終端設(shè)備：
1、串行端口終端（/dev/ttySn）
串行端口終端（Serial PortTerminal）是使用計算機(jī)串行端口連接的終端設(shè)備。計算機(jī)把每個串行端口都看作是一個字符設(shè)備。這些串行端口所對應(yīng)的設(shè)備名稱是/dev/ttyS0（或/dev/tts/0）、/dev/ttyS1（或/dev/tts/1）等，設(shè)備號分別是（4,0）、（4,1）等。
在命令行上把標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向到端口對應(yīng)的設(shè)備文件名上就可以通過該端口發(fā)送數(shù)據(jù)，例如，在命令行提示符下鍵入： echo test > /dev/ttyS1會把單詞“test”發(fā)送到連接在ttyS1端口的設(shè)備上。
2.偽終端（/dev/pty/）
偽終端（PseudoTerminal）是成對的邏輯終端設(shè)備，并存在成對的設(shè)備文件，如/dev/ptyp3和/dev/ttyp3，它們與實(shí)際物理設(shè)備并不直接相關(guān)。如果一個程序把ttyp3看作是一個串行端口設(shè)備，則它對該端口的讀/寫操作會反映在該邏輯終端設(shè)備對應(yīng)的ptyp3上，而ptyp3則是另一個程序用于讀寫操作的邏輯設(shè)備。這樣，兩個程序就可以通過這種邏輯設(shè)備進(jìn)行互相交流，使用ttyp3的程序會認(rèn)為自己正在與一個串行端口進(jìn)行通信。
以telnet為例，如果某人在使用telnet程序連接到Linux系統(tǒng)，則telnet程序就可能會開始連接到設(shè)備ptyp2上，而此時一個getty程序會運(yùn)行在對應(yīng)的ttyp2端口上。當(dāng)telnet從遠(yuǎn)端獲取了一個字符時，該字符就會通過ptyp2、ttyp2傳遞給getty程序，而getty程序則會通過ttyp2、ptyp2和telnet程序返回“login:”字符串信息。這樣，登錄程序與telnet程序就通過偽終端進(jìn)行通信。通過使用適當(dāng)?shù)能浖?，可以?個或多個偽終端設(shè)備連接到同一個物理串行端口上。
3.控制臺終端（/dev/ttyn, /dev/console）
如果當(dāng)前進(jìn)程有控制終端（ControllingTerminal）的話，那么/dev/tty就是當(dāng)前進(jìn)程的控制終端的設(shè)備特殊文件。可以使用命令“ps–ax”來查看進(jìn)程與哪個控制終端相連使用命令“tty”可以查看它具體對應(yīng)哪個實(shí)際終端設(shè)備。/dev/tty有些類似于到實(shí)際所使用終端設(shè)備的一個聯(lián)接。
在UNIX系統(tǒng)中，計算機(jī)顯示器通常被稱為控制臺終端（Console）。它仿真了類型為Linux的一種終端（TERM=Linux），并且有一些設(shè)備特殊文件與之相關(guān)聯(lián)：tty0、tty1、tty2等。當(dāng)用戶在控制臺上登錄時，使用的是tty1。使用Alt+[F1—F6]組合鍵時，我們就可以切換到tty2、tty3等上面去。tty1–tty6等稱為虛擬終端，而tty0則是當(dāng)前所使用虛擬終端的一個別名，系統(tǒng)所產(chǎn)生的信息會發(fā)送到該終端上。因此不管當(dāng)前正在使用哪個虛擬終端，系統(tǒng)信息都會發(fā)送到控制臺終端上。用戶可以登錄到不同的虛擬終端上去，因而可以讓系統(tǒng)同時有幾個不同的會話期存在。只有系統(tǒng)或超級用戶root可以向/dev/tty0進(jìn)行寫操作。
在Linux 中，可以在系統(tǒng)啟動命令行里指定當(dāng)前的輸出終端，格式如下：
console=device, options
device指代的是終端設(shè)備，可以是tty0（前臺的虛擬終端）、ttyX（第X個虛擬終端）、ttySX（第X個串口）、lp0（第一個并口）等。options指代對device進(jìn)行的設(shè)置，它取決于具體的設(shè)備驅(qū)動。對于串口設(shè)備，參數(shù)用來定義為：波特率、校驗(yàn)位、位數(shù)，格式為BBBBPN，其中BBBB表示波特率，P表示校驗(yàn)（n/o/e），N表示位數(shù)，默認(rèn)options是9600n8。
用戶可以在內(nèi)核命令行中同時設(shè)定多個終端，這樣輸出將會在所有的終端上顯示，而當(dāng)用戶調(diào)用open()打開/dev/console時，最后一個終端將會返回作為當(dāng)前值。例如：
console=ttyS1, 9600 console=tty0
定義了2個終端，而調(diào)用open()打開/dev/console時，將使用虛擬終端tty0。但是內(nèi)核消息會在tty0 VGA虛擬終端和串口ttyS1上同時顯示。
通過查看/proc/tty/drivers文件可以獲知什么類型的tty設(shè)備存在以及什么驅(qū)動被加載到內(nèi)核，這個文件包括一個當(dāng)前存在的不同tty 驅(qū)動的列表，包括驅(qū)動名、缺省的節(jié)點(diǎn)名、驅(qū)動的主編號、這個驅(qū)動使用的次編號范圍，以及 tty驅(qū)動的類型。例如，下面給出了一個/proc/tty/drivers文件的例子：
14.2終端設(shè)備驅(qū)動結(jié)構(gòu)
Linux內(nèi)核中 tty的層次結(jié)構(gòu)如圖14.1所示，包含tty核心、tty線路規(guī)程和tty驅(qū)動，tty 線路規(guī)程的工作是以特殊的方式格式化從一個用戶或者硬件收到的數(shù)據(jù)，這種格式化常常采用一個協(xié)議轉(zhuǎn)換的形式，例如 PPP 和 Bluetooth。tty設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的流程為：tty核心從一個用戶獲取將要發(fā)送給一個 tty設(shè)備的數(shù)據(jù)，tty核心將數(shù)據(jù)傳遞給tty線路規(guī)程驅(qū)動，接著數(shù)據(jù)被傳遞到tty驅(qū)動，tty驅(qū)動將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以發(fā)送給硬件的格式。接收數(shù)據(jù)的流程為： 從tty硬件接收到的數(shù)據(jù)向上交給tty驅(qū)動，進(jìn)入tty線路規(guī)程驅(qū)動，再進(jìn)入 tty 核心，在這里它被一個用戶獲取。盡管大多數(shù)時候tty核心和tty之間的數(shù)據(jù)傳輸會經(jīng)歷tty線路規(guī)程的轉(zhuǎn)換，但是tty驅(qū)動與tty核心之間也可以直接傳輸數(shù)據(jù)。
圖14.1 tty分層結(jié)構(gòu)
圖14.2顯示了與tty相關(guān)的主要源文件及數(shù)據(jù)的流向。tty_io.c定義了tty設(shè)備通用的file_operations結(jié)構(gòu)體并實(shí)現(xiàn)了接口函數(shù)tty_register_driver()用于注冊tty設(shè)備，它會利用fs/char_dev.c提供的接口函數(shù)注冊字符設(shè)備，與具體設(shè)備對應(yīng)的tty驅(qū)動將實(shí)現(xiàn)tty_driver結(jié)構(gòu)體中的成員函數(shù)。同時tty_io.c也提供了tty_register_ldisc()接口函數(shù)用于注冊線路規(guī)程，n_tty.c文件則實(shí)現(xiàn)了tty_disc結(jié)構(gòu)體中的成員。
圖14.2 tty主要源文件關(guān)系及數(shù)據(jù)流向
從圖14.2可以看出，特定tty設(shè)備驅(qū)動的主體工作是填充tty_driver結(jié)構(gòu)體中的成員，實(shí)現(xiàn)其中的成員函數(shù)，tty_driver結(jié)構(gòu)體的定義如代碼清單14.1。
代碼清單14.1 tty_driver結(jié)構(gòu)體
1 struct tty_driver
2 {
3 int magic;
4 struct cdev cdev; /* 對應(yīng)的字符設(shè)備cdev */
5 struct module *owner; /*這個驅(qū)動的模塊擁有者 */
6 const char *driver_name;
7 const char *devfs_name;
8 const char *name; /* 設(shè)備名 */
9 int name_base; /* offset of printed name */
10 int major; /* 主設(shè)備號 */
11 int minor_start; /* 開始次設(shè)備號 */
12 int minor_num; /* 設(shè)備數(shù)量 */
13 int num; /* 被分配的設(shè)備數(shù)量 */
14 short type; /* tty驅(qū)動的類型 */
15 short subtype; /* tty驅(qū)動的子類型 */
16 struct termios init_termios; /* 初始線路設(shè)置 */
17 int flags; /* tty驅(qū)動標(biāo)志 */
18 int refcount; /*引用計數(shù)（針對可加載的tty驅(qū)動） */
19 struct proc_dir_entry *proc_entry; /* /proc文件系統(tǒng)入口 */
20 struct tty_driver *other; /* 僅對PTY驅(qū)動有意義 */ &nb
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