如何区分不同的终端类型 串口驱动框架设计分析

区分不同的终端类型

串行端口终端（/dev/ttySn）

串行端口终端（Serial Port Terminal）是使用计算机串行端口连接的终端设备。计算机把每个串行端口都看作是一个字符设备。

有段时间这些串行端口设备通常被称为终端设备，因为 那时它的最大用途就是用来连接终端。这些串行端口所对应的设备名称是/dev/tts/0（或/dev/ttyS0）、/dev/tts/1（或/dev /ttyS1）等，设备号分别是（4,0）、（4,1）等，分别对应于DOS系统下的COM1、COM2等。

若要向一个端口发送数据，可以在命令行上把标 准输出重定向到这些特殊文件名上即可。例如，在命令行提示符下键入：echo test > /dev/ttyS1会把单词”test”发送到连接在ttyS1（COM2）端口的设备上。

伪终端（/dev/pty/）

伪终端 /dev/pts是远程登陆(telnet,ssh等)后创建的控制台设备文件所在的目录。

由于可能有好几千个用户登陆，所以/dev/pts其实是动态生成的，不象其他设备文件是构建系统时就已经产生的硬盘节点(如果未使用devfs) 。

第一个用户登陆，console的设备文件为/dev/pts/0，第二个为/dev/pts/1，以此类推。这里的0、1、2、3不是具体的标准输入或输出，而是整个控制台。你可尝试 echo "aaaaaa" > /dev/pts0、1、2……。

控制终端（/dev/tty）

控制终端 /dev/tty指的是当前所处的终端，输出到此的内容只会显示在当前工作的终端显示器上。

如果当前进程有控制终端（Controlling Terminal）的话，那么/dev/tty就是当前进程的控制终端的设备特殊文件。可以使用命令”ps –ax”来查看进程与哪个控制终端相连。对于你登录的shell，/dev/tty就是你使用的终端，设备号是（5,0）。

使用命令”tty”可以查看它具体对应哪个实际终端设备。/dev/tty有些类似于到实际所使用终端设备的一个联接。这个终端文件可以由各个用户共享

控制台终端（/dev/ttyn, /dev/console）

控制台终端/dev/ttyn n(0到6)， tty1，tty2就是不同的虚拟终端（virtual console）.

/dev/console 就是tty0 ，tty0则是当前所使用虚拟终端即激活的虚拟终端的一个别名，系统所产生的信息会发送到该终端上，实际上机器只有一个屏幕，也就是我们看到的这个屏幕，可以理解为console指向激活的那个tty，准确地说是激活的那个tty才将输出显示到console。

历史上，console指主机本身的屏幕键盘，而tty指用电缆链接的其它位置的控制台（仅包含屏幕和键盘）。tty0是系统自动打开的，但不用于用户登录。

总结

其实，上古时期，都有实体，理解完全不是难事。

这个IBM的广告，美女左手是terminal，右手是console

terminal 相对的是console

terminal是终端，不在主机上，远端控制

console是主机上的面板开关，本机控制

terminal是一个设备，最早借用了teletypewriter的产品形态，简称tty

长得像台打字机，其实输入输出确实都打印在纸上

后来进化出一个crt显示器

所以上古时期，terminal包含tty，tty就是terminal的一种

shell相对的是kernel

那个时候有shell嘛？可能还没有出现

实体terminal时代的逻辑流程图如下：

到了PC时代，本机自带了键盘鼠标，于是混乱就开始了

实体的terminal设备，已经消失了，没有打字机形态的tty，也不存在video tty

但是，基因被传承了下来，还是有terminal，tty这样的名称存在，并且逻辑上一以贯之

shell作为kernel的中间层，也发明了出来，搞不清打开的是terminal还是shell

我们平时打开的iterm2之类的，实际上是terminal应用

并不直接与shell交互，更不与kernel交互

它是一个带显示器的远程对讲机，或者说是facetime，和虚拟master交互

实体tty不存在了，但是虚拟出一个伪终端，pseudo tty，简称pty

这个pty虚拟出来一个master，你可以理解成一个坐在实体终端机前面的小人

pty又虚拟出一个slave，你可以理解成上古时代的终端机

为什么要这样做呢？

好比把之前主机的实体外设，在主机内部模拟了一下

老的传统被传承了下来，设定有一个人，在敲终端机

保持了系统的一贯性，只是各种名称，带来了混乱

master与外部terminal应用交互，slave与shell交互，shell与kernel交互

现代tty架构

串口驱动框架

串口驱动，内核启动的时候，便初始化完成，后期应用层用到的时候，访问设备节点便，获取串口设备的 fd 句柄，然后设置相关的参数（波特率，停止位，校验位等等）便可以使用串口进行数据收发。

Linux Kernel 的 UART 串口分为几层，tty 核心层，tty 线路规程，串行驱动核心层，以及下面对接具体芯片的 ops：

整个流程走下来，有太多的数据结构和 ops，要分析清楚整个流程，有两种方式：

1、至上而下，即，从用户空间调用串口配置以及串口读写的角度来分析

2、从底层注册开始分析

本文先从底层注册开始分析，根据内核已知提供的接口，逐步打开魔盒，力求扩散到每一个常用的地方。

tty  core

tty core主要实现如下三类功能：

将串口设备有关的物理对象（及其操作方法）封装成一个一个的数据结构，以达到用软件语言描述硬件的目的。

向底层driver提供串口驱动的编程接口。

基于TTY framework所提供的TTY driver的编写规则，将底层driver看到的serial driver，转换为TTY driver，并将所有的serial操作，转换为对应的tty操作。

线路规程

负责在串口设备之间进行上下文切换，以实现多任务调度。当有数据需要从串口设备发送或接收时，线程调度器会将任务切换到适当的设备上。

串口硬件驱动层

这个层次主要负责和具体的串口硬件进行通信，实现了对硬件的控制和访问。在内核中，串口驱动模块通常被实现为字符设备，通过字符设备接口与串口核心模块进行交互。它通过注册到串口核心层，实现了对上层的透明。

小结

tty core 和串口硬件驱动层是串口驱动框架的核心部分。在使用串口设备时，用户通常只需要与tty core模块进行交互，而不需要直接操作串口驱动模块和平台驱动模块。下一节我们将深入到串口驱动内部分析tty core的框架体系结构。

编辑：黄飞