一文了解TTY子系統框架

二、TTY子系統框架

1、TTY子系統框架分析

該篇主要用來分析TTY子系統的框架，TTY框架圖如下：

TTY子系統位于標準字符驅動之下，其中包括：TTY核心層，TTY線路規程，TTY驅動層。

TTY Core：該核心層主要負責控制跨越一個tty設備的數據流和數據格式，使得TTY Driver能夠以一致的方式處理 到硬件 和 出自硬件 的數據。

TTY Line Discipline：線路規程，以特殊的方式對數據進行二次加工，通常表現為協議的轉換，如：PPP和Bluetooth，以便可以虛擬的“插入”到任何tty設備。

TTY Driver：該層主要用于實現各類終端的驅動，用以控制實際硬件設備，用于收發數據。其有3種不通類型的驅動：**控制臺，串口，pty**。其中，控制臺和 pty 驅動已經被編寫進內核。

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下面是在網上的另一個TTY框架圖，結合上圖更加方便理解：

從上往下看，最上面是應用層，其次是字符設備驅動，然后是TTY核心層，TTY驅動層。

其中，

用戶層：在用戶空間，我們操作TTY的方法就是通過open，read，write讀寫設備文件，如：/dev/tty、/dev/console等

通用字符設備驅動：對上，以字符設備驅動的形式，向應用程序提供統一接口open, read, write，以便輸入輸出數據

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System Console Core：其主要有兩個功能：

1）向系統提供控制臺終端（Console Terminal） ，以便讓用戶登錄進行交互操作。

2）提供printk功能，以便kernel代碼進行日志輸出。

System console core模塊使用struct console結構抽象system console功能，具體的driver不需要關心console的內部邏輯，填充該接口并注冊給kernel即可。

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2、TTY數據處理流程

• tty 核心從一個用戶獲取將要發送給一個 tty 設備的數據. 它接著傳遞它到一個 tty 線路規程驅動, 接著傳遞它到一個 tty 驅動. 這個 tty 驅動轉換數據為可以發送給硬件的格式.
• 從 tty 硬件收到的數據向上回流通過 tty 驅動, 進入 tty 線路規程驅動, 再進入 tty 核心, 在這里它被一個用戶獲取.
• 有時 tty 驅動直接和 tty 核心通訊, 并且 tty 核心直接發送數據到tty 驅動, 但是大多數情況下 tty 線路規程有機會修改在 2 者之間發送的數據.

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3、驅動的目錄結構及核心文件

ketnel
│???└──?driver
│???│???└──?tty
│???│???│???└──?serial??#?串口終端驅動??
│???│???│???│???└──?8250
│???│???│???│?│???├──?8250_core.c??#?8250?串口核心層???
│???│???│???│?│???├──?8250_port.c??#?8250?串口port抽象
│???│???│???│?│???├──?8250_dma.c??#?8250?dma驅動
│???│???│???│?│???├──?8250_dw.c??#?8250?device?driver抽象?
│???│???│?└──?vt???#?虛擬終端驅動
│???│???│?└──?ipwireless?#?無線終端驅動
│???│???│?└──?hvc???#?虛擬控制臺
│???│???│?├──?tty_xxx??#tty?driver?port?抽象
│???│???│?├──?n_xxx.c??#?tty?line?discipline?線路規程相關文件

serial：該目錄下為串口終端的驅動程序

hvc：hypervisor虛擬控制臺

vt：目錄下為虛擬終端的驅動程序

n_xxx.c：為線路規程的相關文件，也就是串口數據處理

tty_xxx：包括字符設備驅動的實現，ioctl等

8250_xxx：為serial Driver

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4、TTY在Linux下的分布

TTY是所有終端的統稱，對于不同的終端，我們有不同的驅動程序，那么我們怎么知道當前系統中，哪個驅動被加載，哪個終端設備存在呢？

• 查看所有終端

可以查看/proc/tty/drivers文件，這個文件可以包含當前存在的，不同tty驅動的列表，驅動的名字，驅動的主編號，次編號范圍，tty驅動的類型。

/dev/tty?????????????/dev/tty????????5???????0?system:/dev/tty
/dev/console?????????/dev/console????5???????1?system:console
/dev/ptmx????????????/dev/ptmx???????5???????2?system
/dev/vc/0????????????/dev/vc/0???????4???????0?system:vtmaster
usbserial????????????/dev/ttyUSB???188???0-254?serial
serial???????????????/dev/ttyS???????4???64-67?serial
pty_slave????????????/dev/pts??????136???0-255?pty:slave
pty_master???????????/dev/ptm??????128???0-255?pty:master
pty_slave????????????/dev/ttyp???????3???0-255?pty:slave
pty_master???????????/dev/pty????????2???0-255?pty:master
unknown??????????????/dev/tty????????4????1-63?console

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• 設備模型的角度

所有當前注冊的以及在內核中出現的tty設備，有他們自己的子目錄 /sys/class/tty下面。

在他們tty設備的子目錄下面的文件夾中，有一個dev文件，包含了分配給tty設備的主次編號。

如果驅動程序告訴內核與tty設備相關聯的物理設備和驅動程序的位置，它就會創建回這些位置的符號鏈接。

/sys/class/tty/
|--?console
|???`--?dev
|--?ptmx
|???`--?dev
|--?tty
|???`--?dev
|--?tty0
|???`--?dev
???...?
|--?ttyS1
|???`--?dev
|--?ttyS2
|???`--?dev
|--?ttyS3
|???`--?dev
???...
|--?ttyUSB0
|???|--?dev
|???|--?device?->?../../../devices/pci0000:00/0000:00:09.0/usb3/3-1/3-1:1.0/ttyUSB0
|???`--?driver?->?../../../bus/usb-serial/drivers/keyspan_4
|--?ttyUSB1
|???|--?dev
|???|--?device?->?../../../devices/pci0000:00/0000:00:09.0/usb3/3-1/3-1:1.0/ttyUSB1
|???`--?driver?->?../../../bus/usb-serial/drivers/keyspan_4
|--?ttyUSB2
|???|--?dev
|???|--?device?->?../../../devices/pci0000:00/0000:00:09.0/usb3/3-1/3-1:1.0/ttyUSB2
|???`--?driver?->?../../../bus/usb-serial/drivers/keyspan_4
`--?ttyUSB3
????|--?dev
????|--?device?->?../../../devices/pci0000:00/0000:00:09.0/usb3/3-1/3-1:1.0/ttyUSB3
????`--?driver?->?../../../bus/usb-serial/drivers/keyspan_4

?

• 字符設備的角度

每個tty設備都有一個struct cdev，以便用戶空間可以訪問。

/dev/tty

/dev/console

/dev/ttyS0

?

OK，TTY子系統框架以及目錄結構分析就先了解到此，后續分析其主要的數據結構！