🔨 整理中 · 这一篇讲 UART/TTY 驱动——串口驱动子系统。串口是嵌入式调试命脉(printk console、shell、调试 log 全靠它)、也驱动 GPS/蓝牙模块/GSM 模块等串行外设。素材以 6.19 源码 + kernel.org TTY 文档 为权威。本站 QEMU virt 的串口(PL011)就是一套 UART 驱动,printk 输出、BusyBox shell 都走它。

做什么

UART(通用异步收发器)是最朴素的串口协议(TX/RX 两根线、按波特率逐位传)。SoC 上一般有几个 UART 控制器(本站 QEMU virt 用的 PL011、树莓派的 mini-uart、各 SoC 自家的),内核要给它写驱动、让用户态能 echo > /dev/ttyAMA0 或 screen /dev/ttyUSB0、并且让 printk 能把日志打到串口(console)。UART 驱动比 platform/i2c 复杂——它要接到 TTY 子系统(drivers/tty/,字符设备 /dev/tty* 的框架)和 serial_core(drivers/tty/serial/)之间。这一篇拆 UART 驱动的三件套 + console 注册。

要了解什么

一、三件套:uart_driver / uart_port / uart_ops

• uart_driver(serial_core.h:888):一个 UART 驱动(可能管多个端口/多路串口),含 owner/driver_name/dev_name(用户态 /dev/ 名字,如 ttyAMA)/nr(端口数)/major/minor。uart_register_driver(:1131)注册它——把 UART 驱动挂进 TTY 子系统。
• uart_port(:442):一个具体 UART 端口实例——寄存器基址(membase)、IRQ、波特率、当前状态。每个 SoC 的每路 UART 一个 port。
• uart_ops(:375):端口的回调表,核心:startup(打开串口、申请 IRQ)、shutdown、start_tx/stop_tx(发/停发)、receive_chars(收,ISR 里调)、set_termios(设波特率/数据位/校验/停止位)、type/release_port/config_port 等。

SoC 厂商的 UART 驱动(如 drivers/tty/serial/amba-pl011.c 本站用的、8250.c、imx.c)做的是:定义 uart_driver + 每路一个 uart_port + 填 uart_ops,注册到 serial_core。

二、用户态视角:/dev/ttyAMA0

UART 驱动注册后,用户态看到的是 /dev/ttyAMA0(名字来自 uart_driver.dev_name + 序号)。echo hello > /dev/ttyAMA0 → TTY 层 → serial_core → 你的 uart_ops.start_tx 把字节塞进 UART 发送寄存器;对端发来字节触发 ISR → 你的 ISR 读接收寄存器 → tty_flip_buffer_push 推给 TTY 层 → 用户态 read。整条链 UART 驱动只管"硬件收发 + 字节进出",中间的行编辑/流量控制/termios 设置都在 TTY/serial_core 层。

三、波特率/校验:set_termios

用户态 stty -F /dev/ttyAMA0 115200 cs8 -cstopb -parenb(设 115200/8N1)走 tcsetattr → TTY 层 → uart_ops.set_termios(port, &termios, old)。驱动在这里读 termios、按波特率/数据位/停止位/校验位写硬件寄存器。所以"串口能配波特率"靠 set_termios 实现。

四、console:UART 当 printk 输出

UART 驱动还能注册成 console(uart_register_console/CON_PRINTK),让 printk 的日志打到串口——本站 QEMU console=ttyAMA0 启动参数就是这个机制。console 注册后,内核 printk 调驱动的 console.write(port, s, n) 把字符串同步打到串口(早期引导阶段 console_write 直接写寄存器、不走 TTY 层)。这是嵌入式调试的根——内核 boot log、panic 信息全靠 UART console 出来。

动手试试

1. ls /dev/ttyAMA* /dev/ttyS* 看串口设备;本站 QEMU 的 console=ttyAMA0,所有 boot log 走 PL011
2. stty -F /dev/ttyAMA0 看当前 termios(波特率/数据位);stty -F /dev/ttyAMA0 115200 改
3. 读 drivers/tty/serial/amba-pl011.c(本站用的)看 uart_driver/uart_ops(尤其 start_tx/receive_chars/set_termios)怎么填;或 8250.c(最经典的 UART 驱动)
4. dmesg | grep tty 看串口注册日志;cat /sys/class/tty/ttyAMA0/device/uevent
5. 思考题:为什么 printk 在内核早期(还没挂 TTY)就能输出到串口 console?(提示:console.write 直接写寄存器,不依赖 TTY 层)

延伸阅读

• 源码(本仓库 third_party/linux/,6.19.9):include/linux/serial_core.h:888 struct uart_driver、:442 struct uart_port、:375 struct uart_ops、:1131 uart_register_driver;serial_core drivers/tty/serial/serial_core.c;UART 驱动 drivers/tty/serial/amba-pl011.c(本站 QEMU ARM64)、8250/(drivers/tty/serial/8250/,x86/老 SoC 最常见)、各 SoC *-uart.c;TTY 层 drivers/tty/tty_io.c;console 接口 include/linux/console.h。
• kernel.org:TTY、Documentation/driver-api/serial/。
• 关联本站:01 printk 的 console 输出路径、debug-bug-classification 的"内核早期 console";本站 QEMU 所有 boot log 都走 PL011 UART console。