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前言

在我們一個一年前的項目里，由于對方的485串口硬件發生了變更，不能夠通過默認的termios相關內容去read和write了，這里需要控制串口16550A芯片的RTS腳，然后去控制ADM2486 485 modem芯片RTS相關腳的收發。簡單的理解為ADM485需要控制RTS和相關的引腳的高低電平，才能夠控制485的收發。原理圖我就不貼出來了，簡單說明就是16550A的RTS腳接一個反相器然后直連到ADM2486的RTS腳。

首先我這里考慮，這里如果是arm板卡的話，我是非常熟悉的，直接控制gpio就完事兒了。但是這個是個x86板卡，這就是最坑的，x86的io腳我沒有控制過。當然，和對方硬件溝通后，一種方案確實是控制x86的通用gpio，而他們的一套方案是通過串口芯片的RTS腳控制485 modem的RTS腳，因為x86的通用引腳是非常昂貴的，而且，電路也麻煩。

那么問題來了，怎么控制16550A芯片的RTS腳？

相關信息探索

因為以前我們寫了串口程序，操控的是/dev/ttyS0，那么必然現在也是從這個設備下手，我們看看系統啟動日志。

從這里我們知道串口芯片是16550A，也就是說我們之前通過termios相關的接口實現的老版本串口通信程序也是操作的這個芯片。那么意味著os里面已經自帶了這個芯片的相關驅動。到這里，可以預想到后面會有兩種情況：

根據os自帶的16550A驅動，里面如果包含了關于RTS腳的操作方法，那么直接通過驅動提供的接口就可以完成RTS電平控制。而且這個方法成功的可能性比較大，因為硬件說過，16550A這種芯片基本是x86-intel主板的標配，那么說明這個芯片用的比較廣泛，那么驅動也極有可能帶了RTS相關操作。（而且我查了16550A的驅動就是8250驅動，是一個builtin模塊）

直接操作intel cpu的gpio控制，感覺不是很科學，但是也有這種需求的。

同時，我查看了相關的串口編程相關內容，發現了一點內容，可以進行一些串口的高級操作，主要還是ioctl這個syscall的這兩個宏定義TIOCMGET, TIOCMSET，但是還是有點迷糊，于是根據以上的這些準備，我去看了linux對應內核的內核源碼。

8250驅動源碼分析

直接打開linux/drivers/char/8250.c 和 linux/drivers/char/8250.h分析了一番，在驅動里面找到了RTS相關控制位的操作

從這里知道，8250驅動確實帶了相關的芯片mctrl引腳控制相關的接口，如圖所示，分別是查詢mctrl引腳狀態和設置mctrl引腳狀態。

到這里，我隱約知道怎么做了，就是用ioctl 這個call的TIOCMSET來控制RTS引腳功能。熟悉linux驅動編寫的人都知道為啥會這樣，因為一個驅動帶了open，close，read，write基本功能，其他的選項功能一般都是ioctl基本syscall里面實現的。

于是帶著這些疑問，我又繼續看源碼分析，不然心里面總是覺得虛的。

linux tty 驅動框架簡單分析

等我看完一系列的8250驅動的調用結構后，我才發現要介紹的應該是linux tty 驅動框架，下面我這里簡單分析一下這個框架（沒必要全懂，知道大概就行，畢竟我們也不寫這個驅動，基本都是改再改）
首先，我們這個串口是一個字符設備。那就是說，應該有類似字符驅動的流程去打開、操作、關閉。（這里不了解的，可以去查一下linux 字符驅動相關的簡單說明）。字符驅動有主設備號和次設備號，對應我們的串口的話，如下圖：

tty設備的主設備為4

我們的串口設備次設備號為64，也就是第0個serial。

下面我們從字符設備開始，一步步看怎么調用起來8250里面的serial8250_get_mctrl() serial8250_set_mctrl()

8250 串口驅動簡單說明

linux/drivers/serial/8250.c
下面是8250驅動的初始化部分，就是把重要的serial8250_reg驅動（uart_register_driver（））注冊到uart驅動鏈表上去


我們在內核的啟動日志中，也看見了printk的打印信息。

同時我們看一下uart_ops結構體在8250中的定義

這里我們就成功的看到了serial8250_get_mctrl() serial8250_set_mctrl()這倆的上一層接口名字。

在linux中，一個uart_driver對應多個uart_port，相當于一個串口驅動可以同時用于多個串口設備。

其中在serial8250_register_ports()中的serial8250_isa_init_ports()接口就是關聯uart_port結構體中的ops和serial_8250_pops的。這里我們其實就可以根據uart_port結構體中的set_mctrl和get_mctrl訪問serial8250_get_mctrl() serial8250_set_mctrl()。

然后通過uart_add_one_port把uart_driver中state成員的port成員賦值我們剛剛初始化好的uart_port.
這樣我們就可以通過uart_driver.state.port.ops來訪問我們的函數指針即可。
同時通過tty_register_device在/dev下面創建我們的設備節點。

到這里，我們就成功的把調用serial8250_get_mctrl() serial8250_set_mctrl()這兩個api轉換為可以通過uart_driver來調用了。

我們通過上述說明，基本可以看到一些內容，下面我們來看一個我們現在未講到的東西，就是uart_register_driver

我們可以看到，這里把uart_driver和一個叫做tty_driver的結構體關聯了起來。特別是通過tty_set_operations()把uart_driver中的8250相關的api和tty_driver中的相關api關聯了。
而且通過tty_register_driver()把一個重要內容聯系起來。至于為啥和怎么關聯，我們繼續往下面看。

serial_core簡單說明

linux/drivers/serial/serial_core.c

其實查看這里的源碼后發現，8250.c就是基于serial_core.c的內容進行串口驅動編程。
在serial_core.h里面我們可以看到上述我們見到的大量的uart_*的有用的結構體。

tty_drivers 簡單說明

linux/drivers/char/tty_io.c
我們知道一個簡單的字符串驅動，肯定有個init入口，如圖：

我們看最后的vt部分，這里創建了一個設備號為4,0的/dev/tty0的一個設備。

這里一個tty_core核心驅動就完事兒了。

寫過字符驅動的人都應該知道，我們還應該關注一個file_operations的結構體，因為我們在用戶態熟悉的open/close/read/write/ioctl都是通過這個結構體關聯的。

具體怎么關聯的，可以看一下我這里的這個比較水的記錄：https://blog.csdn.net/u011728480/article/details/51547405

我簡單來說，linux下一切皆是文件，包括我們要操作的串口設備，類似上面的/dev/tty0這種設備。在linux的vfs里面，一個文件對應一個inode結構體，同時內核維護一個file結構體和inode對應。inode結構體里面有個i_cdev成員，這個成員就是我們cdev結構體，就是我們在如圖的初始化入口中的vc0_cdev，這個結構體里面有個重要的成員就是ops，這里面存放的就是各種open/close/read/write/ioctl的實際函數指針。

在《8250 串口驅動簡單說明》小節中，我們說明了serial8250_init（）通過調用tty_register_device在/dev中創建了對應的設備節點。并把tty_driver和uart_driver關聯起來，我們可以通過tty_driver去訪問serial8250_get_mctrl() serial8250_set_mctrl()這兩個我想要的東西。

那file_operations結構體和tty_driver是怎么關聯起來的呢？如果我們知道了的話，整個驅動的調用鏈路就理清楚了，也好處理我們遇到的問題。

在《8250 串口驅動簡單說明》小節最后部分提到了8250的初始化調用了tty_register_driver()這個重要的接口，這個結構就是把我們想要的兩個結構體關聯起來的關鍵。

我們在初始化一個字符設備的時候，在這里關聯了file_operations結構體和tty_driver。
我們看看tty_fops的定義：

到了這里，我們的整個調用鏈路都打通了。

這里我們直接看tty_ioctl這個接口，我們就可以看到調用8250的方法了serial8250_get_mctrl() serial8250_set_mctrl()。最后我們在文末總結一下。

8250調用實例分析

我們這里通過調用通過8250驅動設置16550A的 RTS腳電平來回顧一下我們的整個調用鏈路。

當我們調用ioctl的時候，通過傳入參數TIOCMGET或者TIOCMSET，默認我們會調用tty_ioctl方法，然后進一步會調用tty_tiocmget 和tty_tiocmset。如下圖：

在tty_tiocmget 和tty_tiocmset中，分別調用tty_driver中的tiocmset和tiocmget

然后我們上文說了，tty_driver和uart_driver是通過uart_register_driver和tty_set_operations關聯起來的

也就是說，對tty_driver的tiocmget和tiocmset的調用，就是直接對tty_operations的tiocmget和tiocmset的調用。

我們在《8250 串口驅動簡單說明》小節最后部分，說調用tty_set_operations()關聯起來了一個tty_driver和一個tty_operations,而這里注冊的uart_ops就很明顯了

也就是說tty_operations的tiocmget和tiocmset的調用，就是對uart_tiocmget和uart_tiocmset的調用。


uart_tiocmget和uart_tiocmset的調用就是對uart_driver.state.port.ops.set_mctrl和uart_driver.state.port.ops.get_mctrl的調用，而這里就是對serial8250_set_mctrl和serial8250_get_mctrl的調用。

總結

我們可以看到，這里，我們在用戶層對相關vfs的接口進行調用，都會映射為相應的驅動ops。

在這里，用戶態的ioctl轉換為內核態的tty_ioctl，最終一步步到我們要的地方。

因為我是要讀這個驅動是不是有這個功能，而不是寫一個驅動，所以看起來要簡單很多了。
我查了tty相關的驅動框架，內容還是挺多的，特別是tty_read和tty_write和我們這里的調用流程是完全不一致的，但是我這里暫時不需要去看，因為我要的功能有了，如果有需求，我會去看這部分內容。最終，我通過ioctl加上特定的命令，成功的控制了16550A的RTS腳。而且這里通了的話，不需要通過gpio去處理。

其實這個還是挺有意思的，雖然好的抽象的東西看起來很不爽，但是了解通了整個調用流程，我感覺就特別的舒服。
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 串口驱动实例简单分析(x86 8250驱动(16550A),TIOCMGET, TIOCMSET, RTS)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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