【立创泰山派】Linux驱动之UART驱动程序

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前言

提示：本章内容只介绍如何在泰山派上进行设备树配置以及串口应用移植
Linux串口驱动在Linux系统中具有广泛的应用，它主要用于控制和管理串口设备，使应用程序能够与这些设备进行通信，像printk就是基于串口驱动实现的。它可以分别实现以下功能：

1.串口通信

• 串口通信是Linux串口驱动的核心应用。它允许Linux系统通过串口与其他设备（如传感器、显示屏、调制解调器等）进行通信。

• 串口驱动提供了一系列函数和数据结构，使应用程序能够通过字符设备接口与串口设备进行交互

• 串口驱动负责初始化串口硬件、处理串口中断、实现读写操作和控制命令等任务。

2.调试和测试

• Linux串口驱动可用于系统开发和调试过程中的通信。例如，开发人员可以使用串口调试工具（如minicom、kermit等）通过串口与嵌入式系统或设备进行通信，以监控和调试系统状态。

• 通过串口驱动，开发人员可以实时查看和修改系统参数、发送控制命令以及接收设备数据等。

3.性能分析

• Linux串口驱动可以用于性能分析。通过在关键代码段插入串口输出语句（类似于printk），开发人员可以监控代码的执行流程和时间，从而找出性能瓶颈并进行优化。

• printk是Linux内核中用于在控制台或系统日志中打印调试信息的函数。它允许开发人员选择不同的调试级别（如DEBUG、INFO、WARNING、ERROR等）以及定义输出的格式。

4.扩展串口功能

• 开发人员可以通过自定义串口驱动模块来扩展Linux系统的串口功能，以满足特定应用需求。

• 例如，对于使用RS-485通信协议的设备，开发人员可以编写一个基于tty驱动的485设备驱动程序，以实现对RTS和DTR信号线的控制。

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提示：以下是本篇文章正文内容

一、基础知识

1.什么是串口

串口全称串行通信接口，是，种常用于电子设备之间通信的异步的全双工接口，典型的串口通信只需要三根线，分别是地线（GND），发送线（TX），接收线（RX）。如下图所示

1.1 波特率

串口的通信速率称为波特率（bandrate），波特率也可以称为码元速率，定义：单位时间内通过信道传输的码元个数就是波特率，单位：波特

在数字信号中，一个脉冲信号就是一个码元，码元速率指的是在1秒钟内能发送多少个码元，也就是说在数字信道中1秒钟内可以发送多少个脉冲信号。

注意：对于想要进行串口通信的双方，波特率必须一致！！

2.通信协议

UART是"Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”，通用异步收发器的缩写。在19世纪60年代，为了解决计算机和电传打字机通信，Bel发明了 UART协议，将并行输入信号转换成串行输出信号。因为UART简单实用的特性，其已经成为一种使用非常广泛的通讯协议。我们日常接触到的串口，RS232，RS485等总线，内部使用的基本都是 UART协议
为了更好的理解和分析协议与总线的关系，我们通常把一个完整的通讯规范划分成物理层，协议层以及应用层。物理层只定义真实的信号特性(比如电压，电流，驱动能力等)，以及电信号与逻辑信号0和1的对应关系;协议层不关心底层的0和1具体怎么实现，只规定逻辑信号的协议规范以及通讯过程(例如起始，数据以及结束等);应用层不关心数据是怎么获取的，只定义数据表示的意义，以及如何实现具体的业务逻辑。

2.1 UART帧结构

在串口通信中除了需要关注波特率以外，还需要关注数据流，一帧数据由11位组成，分别是1位起始位，8位数据位，1位奇偶校验位，1位停止位。

• 起始位:数据线上空闲时为1，拉低代表开始传输数据。
• 数据位:需要发送或者接收的数据。
• 奇偶校验位:通过对数据中的1的个数(奇数/偶数)来校验数据传输是否准确。
• 停止位:数据传输完成。数据线恢复成1的状态。
• 流控：需要增加额外的线路。流控主要是为了解决两个设备之间的速度不一样的问题。（例如A设备发送的速度很快，B设备收不过来，此时如果有流控的话B设备就会告诉A设备：我现在收不过来