一、Linux下UART驱动框架
1、uart_driver 注册与注销
同 I2C、SPI 一样，Linux 也提供了串口驱动框架，我们只需要按照相应的串口框架编写驱动程序即可。串口驱动没有什么主机端和设备端之分，就只有一个串口驱动，而且这个驱动也已经由 NXP 官方已经编写好了，我们真正要做的就是在设备树中添加所要使用的串口节点信息。当系统启动以后串口驱动和设备匹配成功，相应的串口就会被驱动起来，生成/dev/ttymxcX (X=0…n)文件。
虽然串口驱动不需要我们去写，但是串口驱动框架我们还是需要了解的，uart_driver结构体表示 UART 驱动，uart_driver定义在include/linux/serial_core.h文件中，内容如下：
295 struct uart_driver { 296 struct module *owner; /* 模块所属者 */ 297 const char *driver_name; /* 驱动名字 */ 298 const char *dev_name; /* 设备名字 */ 299 int major; /* 主设备号 */ 300 int minor; /* 次设备号 */ 301 int nr; /* 设备数 */ 302 struct console *cons; /* 控制台 */ 303 304 /* 305 * these are private; the low level driver should not 306 * touch these; they should be initialised to NULL 307 */ 308 struct uart_state *state; 309 struct tty_driver *tty_driver; 310 };每个串口驱动都需要定义一个uart_driver，加载驱动的时候通过uart_register_driver函数向系统注册这个uart_driver，此函数原型如下：
int uart_register_driver(struct uart_driver *drv)函数参数和返回值含义如下：
drv：要注册的 uart_driver。- 返回值：0，成功；负值，失败。
注销驱动的时候也需要注销掉前面注册的uart_driver，需要用到uart_unregister_driver函数，函数原型如下：
void uart_unregister_driver(struct uart_driver *drv)函数参数和返回值含义如下：
drv：要注销的 uart_driver。- 返回值：无。
2、uart_port 的添加与移除
uart_port表示一个具体的 port，uart_port定义在include/linux/serial_core.h文件，内容如下 (有省略)：
117 struct uart_port { 118 spinlock_t lock; /* port lock */ 119 unsigned long iobase; /* in/out[bwl] */ 120 unsigned char __iomem *membase; /* read/write[bwl] */ ...... 235 const struct uart_ops *ops; 236 unsigned int custom_divisor; 237 unsigned int line; /* port index */ 238 unsigned int minor; 239 resource_size_t mapbase; /* for ioremap */ 240 resource_size_t mapsize; 241 struct device *dev; /* parent device */ ...... 250 };uart_port中最主要的就是第 235 行的ops，ops包含了串口的具体驱动函数。每个 UART 都有一个uart_port，uart_port通过uart_add_one_port和uart_driver绑定。
函数原型：
int uart_add_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport)参数：
drv：此 port 对应的uart_driver。uport：要添加到uart_driver中的 port。- 返回值：0 成功；负值失败。
卸载驱动移除 port：
int uart_remove_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport)参数：
drv：要卸载的 port 对应的uart_driver。uport：要卸载的uart_port。- 返回值：0 成功；负值失败。
3、uart_ops 实现
uart_port的ops成员是底层 UART 硬件操作接口，Linux 收发数据最终调用 ops 内函数。ops 是uart_ops 类型的结构体指针变量，uart_ops定义在include/linux/serial_core.h。
49 struct uart_ops { 50 unsigned int (*tx_empty)(struct uart_port *); 51 void (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int mctrl); 52 unsigned int (*get_mctrl)(struct uart_port *); 53 void (*stop_tx)(struct uart_port *); 54 void (*start_tx)(struct uart_port *); 55 void (*throttle)(struct uart_port *); 56 void (*unthrottle)(struct uart_port *); 57 void (*send_xchar)(struct uart_port *, char ch); 58 void (*stop_rx)(struct uart_port *); 59 void (*enable_ms)(struct uart_port *); 60 void (*break_ctl)(struct uart_port *, int ctl); 61 int (*startup)(struct uart_port *); 62 void (*shutdown)(struct uart_port *); 63 void (*flush_buffer)(struct uart_port *); 64 void (*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new, 65 struct ktermios *old); 66 void (*set_ldisc)(struct uart_port *, struct ktermios *); 67 void (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state, 68 unsigned int oldstate); 69 70 /* 71 * Return a string describing the type of the port 72 */ 73 const char *(*type)(struct uart_port *); 74 75 /* 76 * Release IO and memory resources used by the port. 77 * This includes iounmap if necessary. 78 */ 79 void (*release_port)(struct uart_port *); 80 /* 81 * Request IO and memory resources used by the port. 82 * This includes iomapping the port if necessary. 83 */ 84 int (*request_port)(struct uart_port *); 85 void (*config_port)(struct uart_port *, int); 86 int (*verify_port)(struct uart_port *, struct serial_struct *); 87 int (*ioctl)(struct uart_port *, unsigned int, unsigned long); 88 #ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL 89 int (*poll_init)(struct uart_port *); 90 void (*poll_put_char)(struct uart_port *, unsigned char); 91 int (*poll_get_char)(struct uart_port *); 92 #endif 93 };UART 驱动开发者需要实现uart_ops，它是直接操作 UART 寄存器的底层接口。函数详细说明参考Documentation/serial/driver文档。
UART 驱动框架讲解完毕，接下来分析 NXP 官方 I.MX6U 的 UART 驱动源码。
二、I.MX6U UART 驱动分析
1、UART 的 platform 驱动框架
打开imx6ull.dtsi文件，找到 UART3 设备节点：
1 uart3: serial@021ec000 { 2 compatible = "fsl,imx6ul-uart", 3 "fsl,imx6q-uart", "fsl,imx21-uart"; 4 reg = <0x021ec000 0x4000>; 5 interrupts = <GIC_SPI 28 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>; 6 clocks = <&clks IMX6UL_CLK_UART3_IPG>, 7 <&clks IMX6UL_CLK_UART3_SERIAL>; 8 clock-names = "ipg", "per"; 9 dmas = <&sdma 29 4 0>, <&sdma 30 4 0>; 10 dma-names = "rx", "tx"; 11 status = "disabled"; 12 };第 2~3 行compatible属性："fsl,imx6ul-uart"、"fsl,imx6q-uart"、"fsl,imx21-uart"。在内核源码drivers/tty/serial/imx.c中找到对应的 platform 驱动：
267 static struct platform_device_id imx_uart_devtype[] = { 268 { 269 .name = "imx1-uart", 270 .driver_data = (kernel_ulong_t)&imx_uart_devdata[IMX1_UART], 271 }, { 272 .name = "imx21-uart", 273 .driver_data = (kernel_ulong_t)&imx_uart_devdata[IMX21_UART], 274 }, { 275 .name = "imx6q-uart", 276 .driver_data = (kernel_ulong_t) 277 &imx_uart_devdata[IMX6Q_UART], 278 }, { 279 /* sentinel */ 280 } 281 }; 282 MODULE_DEVICE_TABLE(platform, imx_uart_devtype); 283 static const struct of_device_id imx_uart_dt_ids[] = { 284 { .compatible = "fsl,imx6q-uart", .data = 285 &imx_uart_devdata[IMX6Q_UART], }, 286 { .compatible = "fsl,imx21-uart", .data = 287 &imx_uart_devdata[IMX21_UART], }, 288 { /* sentinel */ } ...... 2071 static struct platform_driver serial_imx_driver = { 2072 .probe = serial_imx_probe, 2073 .remove = serial_imx_remove, 2074 .suspend = serial_imx_suspend, 2075 .resume = serial_imx_resume, 2076 .id_table = imx_uart_devtype, 2077 .driver = { 2078 .name = "imx-uart", 2079 .of_match_table = imx_uart_dt_ids, 2080 }, 2081 }; 2082 2083 static int __init imx_serial_init(void) 2084 { 2085 int ret = uart_register_driver(&imx_reg); 2086 if (ret) 2087 return ret; 2088 2089 ret = platform_driver_register(&serial_imx_driver); 2090 if (ret != 0) 2091 uart_unregister_driver(&imx_reg); 2092 return ret; 2093 } 2094 2095 static void __exit imx_serial_exit(void) 2096 { 2097 platform_driver_unregister(&serial_imx_driver); 2098 uart_unregister_driver(&imx_reg); 2099 } 2100 2101 module_init(imx_serial_init); 2102 module_exit(imx_serial_exit);第 283~288 行，设备树所使用的匹配表，第 284 行的 compatible 属性值为 “fsl,imx6q-uart”。
第 2071~2082 行，platform 驱动框架结构体 serial_imx_driver。
第 2084~2096 行，驱动入口函数，第 2086 行调用 uart_register_driver 函数向 Linux 内核注册 uart_driver，在这里就是 imx_reg。
第 2098~2102 行，驱动出口函数，第 2101 行调用 uart_unregister_driver 函数注销掉前面注册的 uart_driver，也就是 imx_reg。
2、uart_driver 初始化
在 imx_serial_init 函数中向 Linux 内核注册了 imx_reg，imx_reg 就是 uart_driver 类型的结构体变量，imx_reg 定义如下：
1836 static struct uart_driver imx_reg = { 1837 .owner = THIS_MODULE, 1838 .driver_name = DRIVER_NAME, 1839 .dev_name = DEV_NAME, 1840 .major = SERIAL_IMX_MAJOR, 1841 .minor = MINOR_START, 1842 .nr = ARRAY_SIZE(imx_ports), 1843 .cons = IMX_CONSOLE, 1844 };3、uart_port 初始化与添加
当 UART 设备和驱动匹配成功以后 serial_imx_probe 函数就会执行，此函数的重点工作就是初始化 uart_port，然后将其添加到对应的 uart_driver 中。在看 serial_imx_probe 函数之前先来看一下 imx_port 结构体，imx_port 是 NXP 为 I.MX 系列 SOC 定义的一个设备结构体，此结构体内部就包含了 uart_port 成员变量，imx_port 结构体内容如下所示 (有缩减)：
216 struct imx_port { 217 struct uart_port port; 218 struct timer_list timer; 219 unsigned int old_status; 220 unsigned int have_rtscts:1; 221 unsigned int dte_mode:1; 222 unsigned int irda_inv_rx:1; 223 unsigned int irda_inv_tx:1; 224 unsigned short trcv_delay; /* transceiver delay */ ...... 243 unsigned long flags; 245 };第 217 行，uart_port 成员变量 port。
接下来看一下 serial_imx_probe 函数，函数内容如下：
1969 static int serial_imx_probe(struct platform_device *pdev) 1970 { 1971 struct imx_port *sport; 1972 void __iomem *base; 1973 int ret = 0; 1974 struct resource *res; 1975 int txirq, rxirq, rtsirq; 1976 1977 sport = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*sport), GFP_KERNEL); 1978 if (!sport) 1979 return -ENOMEM; 1980 1981 ret = serial_imx_probe_dt(sport, pdev); 1982 if (ret > 0) 1983 serial_imx_probe_pdata(sport, pdev); 1984 else if (ret < 0) 1985 return ret; 1986 1987 res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0); 1988 base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res); 1989 if (IS_ERR(base)) 1990 return PTR_ERR(base); 1991 1992 rxirq = platform_get_irq(pdev, 0); 1993 txirq = platform_get_irq(pdev, 1); 1994 rtsirq = platform_get_irq(pdev, 2); 1995 1996 sport->port.dev = &pdev->dev; 1997 sport->port.mapbase = res->start; 1998 sport->port.membase = base; 1999 sport->port.type = PORT_IMX; 2000 sport->port.iotype = UPIO_MEM; 2001 sport->port.irq = rxirq; 2002 sport->port.fifosize = 32; 2003 sport->port.ops = &imx_pops; 2004 sport->port.rs485_config = imx_rs485_config; 2005 sport->port.rs485.flags = 2006 SER_RS485_RTS_ON_SEND | SER_RS485_RX_DURING_TX; 2007 sport->port.flags = UPF_BOOT_AUTOCONF; 2008 init_timer(&sport->timer); 2009 sport->timer.function = imx_timeout; 2010 sport->timer.data = (unsigned long)sport; 2011 2012 sport->clk_ipg = devm_clk_get(&pdev->dev, "ipg"); 2013 if (IS_ERR(sport->clk_ipg)) { 2014 ret = PTR_ERR(sport->clk_ipg); 2015 dev_err(&pdev->dev, "failed to get ipg clk: %d\n", ret); 2016 return ret; 2017 } 2018 2019 sport->clk_per = devm_clk_get(&pdev->dev, "per"); 2020 if (IS_ERR(sport->clk_per)) { 2021 ret = PTR_ERR(sport->clk_per); 2022 dev_err(&pdev->dev, "failed to get per clk: %d\n"); 2023 return ret; 2024 } 2025 2026 sport->port.uartclk = clk_get_rate(sport->clk_per); 2027 if (sport->port.uartclk > IMX_MODULE_MAX_CLK_RATE) { 2028 ret = clk_set_rate(sport->clk_per, IMX_MODULE_MAX_CLK_RATE); 2029 if (ret < 0) { 2030 dev_err(&pdev->dev, "clk_set_rate() failed\n"); 2031 return ret; 2032 } 2033 } 2034 sport->port.uartclk = clk_get_rate(sport->clk_per); 2035 2036 /* 2037 * Allocate the IRQ(s). i.MX1 has three interrupts whereas later 2038 * chips only have one interrupt. 2039 */ 2040 if (txirq > 0) { 2041 ret = devm_request_irq(&pdev->dev, rxirq, imx_rxint, 0, 2042 dev_name(&pdev->dev), sport); 2043 if (ret) 2044 return ret; 2045 2046 ret = devm_request_irq(&pdev->dev, txirq, imx_txint, 0, 2047 dev_name(&pdev->dev), sport); 2048 if (ret) 2049 return ret; 2050 } else { 2051 ret = devm_request_irq(&pdev->dev, rxirq, imx_int, 0, 2052 dev_name(&pdev->dev), sport); 2053 if (ret) 2054 return ret; 2055 } 2056 2057 imx_ports[sport->port.line] = sport; 2058 platform_set_drvdata(pdev, sport); 2059 2060 return uart_add_one_port(&imx_reg, &sport->port); 2061 }第 1971 行，定义一个 imx_port 类型的结构体指针变量 sport。
第 1977 行，为 sport 申请内存。
第 1987~1988 行，从设备树中获取 I.MX 系列 SOC UART 外设寄存器首地址，对于 I.MX6ULL 的 UART3 来说就是 0X021EC000。得到寄存器首地址以后对其进行内存映射，得到对应的虚拟地址。
第 1992~1994 行，获取中断信息。
第 1996~2034 行，初始化 sport，我们重点关注的就是第 2003 行初始化 sport 的 port 成员变量，也就是设置 uart_ops 为 imx_pops，imx_pops 就是 I.MX6ULL 最底层的驱动函数集合，稍后再来看。
第 2040~2055 行，申请中断。
第 2061 行，使用 uart_add_one_port 向 uart_driver 添加 uart_port，在这里就是向 imx_reg 添加 sport->port。
4、imx_pops 结构体变量
imx_pops 就是 uart_ops 类型的结构体变量，保存了 I.MX6ULL 串口最底层的操作函数，imx_pops 定义如下：
1611 static struct uart_ops imx_pops = { 1612 .tx_empty = imx_tx_empty, 1613 .set_mctrl = imx_set_mctrl, 1614 .get_mctrl = imx_get_mctrl, 1615 .stop_tx = imx_stop_tx, 1616 .start_tx = imx_start_tx, 1617 .stop_rx = imx_stop_rx, 1618 .enable_ms = imx_enable_ms, 1619 .break_ctl = imx_break_ctl, 1620 .startup = imx_startup, 1621 .shutdown = imx_shutdown, 1622 .flush_buffer = imx_flush_buffer, 1623 .set_termios = imx_set_termios, 1624 .type = imx_type, 1625 .config_port = imx_config_port, 1626 .verify_port = imx_verify_port, 1627 #ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL 1628 .poll_init = imx_poll_init, 1629 .poll_get_char = imx_poll_get_char, 1630 .poll_put_char = imx_poll_put_char, 1631 #endif 1632 };imx_pops 中的函数基本都是和 I.MX6ULL 的 UART 寄存器打交道的，这里就不去详细的分析了。
三、驱动编写
1、UART3 IO 节点创建
UART3 用到了 UART3_TXD 和 UART3_RXD 这两个 IO，因此要先在 iomuxc 中创建 UART3 对应的 pinctrl 子节点，在 iomuxc 中添加如下内容：
1 pinctrl_uart3: uart3grp { 2 fsl,pins = < 3 MX6UL_PAD_UART3_TX_DATA__UART3_DCE_TX 0x1b0b1 4 MX6UL_PAD_UART3_RX_DATA__UART3_DCE_RX 0x1b0b1 5 >; 6 };最后检查一下 UART3_TX 和 UART3_RX 这两个引脚有没有被用作其他功能，如果有的话要将其屏蔽掉，保证这两个 IO 只用作 UART3，切记！！！
2、添加 uart3 节点
默认情况下 imx6ull-alientek-emmc.dts 中只有 uart1 和 uart2 这两个节点，如下所示：
789 &uart1 { 790 pinctrl-names = "default"; 791 pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1>; 792 status = "okay"; 793 }; 794 795 &uart2 { 796 pinctrl-names = "default"; 797 pinctrl-0 = <&pinctrl_uart2>; 798 fsl,uart-has-rtscts; 799 /* for DTE mode, add below change */ 800 /* fsl,dte-mode; */ 801 /* pinctrl-0 = <&pinctrl_uart2dte>; */ 802 status = "okay"; 803 };uart1 是 UART1 的，UART2 默认用到了 UART3 的 IO，因此需要将 uart2 这个节点删除掉，然后加上 UART3 对应的 uart3，uart3 节点内容如下：
1 &uart3 { 2 pinctrl-names = "default"; 3 pinctrl-0 = <&pinctrl_uart3>; 4 status = "okay"; 5 };完成以后重新编译设备树并使用新的设备树启动 Linux，如果设备树修改成功的话，系统启动以后就会生成一个名为 "/dev/ttymxc2" 的设备文件，ttymxc2 就是 UART3 对应的设备文件，应用程序可以通过访问 ttymxc2 来实现对 UART3 的操作。
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