openvela 串口驱动适配指南
·
一、概述
1、简介
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器），又称 Serial（串行通讯接口） 或简称串口，是一种在两个设备之间实现单工、半双工或全双工通信的技术。UART 通信基于串行数据传输，数据以一比特一比特的方式发送或接收，这与并行通信（一次传输多个比特）有所区别。
UART 的异步特性代表通信双方无需共享时钟信号（Clock），而是通过事先约定一致的通信参数来保持同步。UART 通讯所需的基本信号为：
- TX（发送端）：用于发送数据。
- RX（接收端）：用于接收数据。
- Ground（接地）：用于保持两个设备的公共参考电位。
2、参数
在使用 UART 通信时，双方必须预先将以下主要参数配置为相同，否则通信无法正常进行：
- 波特率（Baud Rate）：通信速率，即每秒传输的比特数（如 9600 bps）。
- 起始位（Start Bit）：用于标记一个数据帧的起始信号。
- 数据位（Data Bits）：用于传输的有效数据长度，常见为 8 位或 9 位。
- 奇偶校验位（Parity Bit）：用于错误检测，可设置为无校验、偶校验或奇校验。
- 停止位（Stop Bit）：标记每个数据帧的结束，通常为 1 位或 2 位。
下图展示了这些参数所包含的数据帧结构：
3、实现
在 openvela 中，上层应用程序打开串口设备时，涉及以下过程：
-
上层接口调用（Upper Half）：
应用程序调用 uart_open 函数打开串口。
-
底层适配层处理（Lower Half）：
- setup 函数： 配置 UART 参数（如波特率、数据位等）。
- attach 函数： 设置硬件中断处理。
-
芯片厂商适配要求：
芯片厂商需适配相关的南向接口（Lower Half），以支持 setup 和 attach 函数的正确执行。完成芯片驱动适配后，上层应用程序即可通过 openvela 提供的 北向接口（Upper Half） 控制串口功能。
二、驱动适配
本章节介绍如何在 openvela 上完成 UART 驱动的适配，包括必要的步骤与接口说明。
1、适配步骤
以下是 UART 驱动适配的主要步骤：
-
使能配置：
- 确保已启用 CONFIG_SERIAL 配置选项。
- UART 接口的定义位于 nuttx/include/nuttx/serial/serial.h 中。
-
实现 UART 驱动操作接口：
- 定义并实现 struct uart_ops_s 结构体。
-
驱动注册：
- 在 up_initialize 函数中调用 xxx_serialinit，其中 xxx 通常表示体系架构（例如 arm）。
- 在 xxx_serialinit 函数中调用 uart_register(FAR const char *path, FAR uart_dev_t *dev)，将 UART 驱动注册到系统中。
-
实现设备数据结构：
- 芯片厂商需实现 struct uart_dev_s 数据结构，其中的 ops 为之前实现的 struct uart_ops_s 的指针成员。
- 若芯片支持 DMA（Direct Memory Access，直接内存访问），需要进一步适配 DMA 相关结构。
-
缓冲区配置：
- 在 struct uart_dev_s 中，实现 xmit（发送缓冲区）与 recv（接收缓冲区）实例，用于描述数据交换的上下文。
2、数据结构
struct uart_dev_s
uart_dev_s 是 UART 设备的上下文数据结构，通常由 Lower Half 提供，用于描述串口硬件的状态和功能。其核心定义如下：
struct uart_dev_s
{
/* State data */
uint8_t open_count; /* Number of times the device has been opened */
volatile bool xmitwaiting; /* true: User waiting for space in xmit.buffer */
volatile bool recvwaiting; /* true: User waiting for data in recv.buffer */
#ifdef CONFIG_SERIAL_REMOVABLE
volatile bool disconnected; /* true: Removable device is not connected */
#endif
bool isconsole; /* true: This is the serial console */
#if defined(CONFIG_TTY_SIGINT) || defined(CONFIG_TTY_SIGTSTP) || \
defined(CONFIG_TTY_FORCE_PANIC) || defined(CONFIG_TTY_LAUNCH)
pid_t pid; /* Thread PID to receive signals (-1 if none) */
#endif
#ifdef CONFIG_SERIAL_TERMIOS
/* Terminal control flags */
tcflag_t tc_iflag; /* Input modes */
tcflag_t tc_oflag; /* Output modes */
tcflag_t tc_lflag; /* Local modes */
#endif
/* Semaphores & mutex */
sem_t xmitsem; /* Wakeup user waiting for space in xmit.buffer */
sem_t recvsem; /* Wakeup user waiting for data in recv.buffer */
mutex_t closelock; /* Locks out new open while close is in progress */
mutex_t polllock; /* Manages exclusive access to fds[] */
/* I/O buffers */
struct uart_buffer_s xmit; /* Describes transmit buffer */
struct uart_buffer_s recv; /* Describes receive buffer */
/* DMA transfers */
#ifdef CONFIG_SERIAL_TXDMA
struct uart_dmaxfer_s dmatx; /* Describes transmit DMA transfer */
#endif
#ifdef CONFIG_SERIAL_RXDMA
struct uart_dmaxfer_s dmarx; /* Describes receive DMA transfer */
#endif
/* Driver interface */
FAR const struct uart_ops_s *ops; /* Arch-specific operations */
FAR void *priv; /* Used by the arch-specific logic */
/* The following is a list if poll structures of threads waiting for
* driver events. The 'struct pollfd' reference for each open is also
* retained in the f_priv field of the 'struct file'.
*/
struct pollfd *fds[CONFIG_SERIAL_NPOLLWAITERS];
};
关键字段说明：
-
ops：
指向 struct uart_ops_s 的指针，定义 UART 驱动的操作集。例如：
- setup() 配置硬件参数。
- send() 将数据写入串口发送缓冲区。
- receive() 读取接收到的数据。
-
priv：
UART 私有数据区域，供 UART 硬件驱动程序存储特定信息（如硬件地址、FIFO 缓冲区指针等）。
-
xmit 和 recv：
xmit 描述发送缓冲区，recv 描述接收缓冲区。这两个字段是串口硬件和上层应用之间进行数据交互的核心结构。
struct uart_ops_s
struct uart_ops_s 描述 UART 的底层操作接口，是适配的核心部分。以下为接口的主要方法列表：
struct uart_ops_s
{
/* Configure the UART baud, bits, parity, fifos, etc. This method is called
* the first time that the serial port is opened. For the serial console,
* this will occur very early in initialization; for other serial ports
* this will occur when the port is first opened. This setup does not
* include attaching or enabling interrupts. That portion of the UART setup
* is performed when the attach() method is called.
*/
CODE int (*setup)(FAR struct uart_dev_s *dev);
/* Disable the UART. This method is called when the serial port is closed.
* This method reverses the operation the setup method.
* NOTE that the serial console is never shutdown.
*/
CODE void (*shutdown)(FAR struct uart_dev_s *dev);
/* Configure the UART to operation in interrupt driven mode. This method is
* called when the serial port is opened. Normally, this is just after the
* the setup() method is called, however, the serial console may operate in
* a non-interrupt driven mode during the boot phase.
*
* RX and TX interrupts are not enabled when by the attach method (unless
* the hardware supports multiple levels of interrupt enabling). The RX
* and TX interrupts are not enabled until the txint() and rxint() methods
* are called.
*/
CODE int (*attach)(FAR struct uart_dev_s *dev);
/* Detach UART interrupts. This method is called when the serial port is
* closed normally just before the shutdown method is called.
* The exception is the serial console which is never shutdown.
*/
CODE void (*detach)(FAR struct uart_dev_s *dev);
/* All ioctl calls will be routed through this method */
CODE int (*ioctl)(FAR struct file *filep, int cmd, unsigned long arg);
/* Called (usually) from the interrupt level to receive one character from
* the UART. Error bits associated with the receipt are provided in the
* the return 'status'.
*/
CODE int (*receive)(FAR struct uart_dev_s *dev, FAR unsigned int *status);
/* Call to enable or disable RX interrupts */
CODE void (*rxint)(FAR struct uart_dev_s *dev, bool enable);
/* Return true if the receive data is available */
CODE bool (*rxavailable)(FAR struct uart_dev_s *dev);
#ifdef CONFIG_SERIAL_IFLOWCONTROL
/* Return true if UART activated RX flow control to block more incoming
* data.
*/
CODE bool (*rxflowcontrol)(FAR struct uart_dev_s *dev,
unsigned int nbuffered, bool upper);
#endif
#ifdef CONFIG_SERIAL_TXDMA
/* Start transfer bytes from the TX circular buffer using DMA */
CODE void (*dmasend)(FAR struct uart_dev_s *dev);
#endif
#ifdef CONFIG_SERIAL_RXDMA
/* Start transfer bytes from the TX circular buffer using DMA */
CODE void (*dmareceive)(FAR struct uart_dev_s *dev);
/* Notify DMA that there is free space in the RX buffer */
CODE void (*dmarxfree)(FAR struct uart_dev_s *dev);
#endif
#ifdef CONFIG_SERIAL_TXDMA
/* Notify DMA that there is data to be transferred in the TX buffer */
CODE void (*dmatxavail)(FAR struct uart_dev_s *dev);
#endif
/* This method will send one byte on the UART */
CODE void (*send)(FAR struct uart_dev_s *dev, int ch);
/* Call to enable or disable TX interrupts */
CODE void (*txint)(FAR struct uart_dev_s *dev, bool enable);
/* Return true if the tranmsit hardware is ready to send another byte.
* This is used to determine if send() method can be called.
*/
CODE bool (*txready)(FAR struct uart_dev_s *dev);
/* Return true if all characters have been sent. If for example, the UART
* hardware implements FIFOs, then this would mean the transmit FIFO is
* empty. This method is called when the driver needs to make sure that
* all characters are "drained" from the TX hardware.
*/
CODE bool (*txempty)(FAR struct uart_dev_s *dev);
};
接口方法与功能说明：
-
setup()
- 功能： 初始化硬件串口，包括配置波特率、数据位、校验方式等基本参数。
- 应用场景： 在设备首次打开串口时调用。
-
shutdown()
- 功能： 禁用当前串口，释放硬件资源。
- 应用场景： 在设备关闭串口时调用。
-
attach()
- 功能： 绑定串口的中断服务函数，为硬件中断驱动创建关联。
- 应用场景： 串口需要支持中断时调用。
-
detach()
- 功能： 解绑串口的中断服务函数，解除硬件与中断的关联。
- 应用场景： 停用中断驱动时调用。
-
ioctl()
- 功能： 执行命令（cmd）指定的串口操作，提供灵活的配置与控制接口。
- 应用场景： 各类非标准化的特殊操作。
-
receive()
- 功能： 从串口硬件接收数据，并返回当前数据状态。
- 应用场景： 数据传输 API 中用于读取设备传来的字节。
-
rxint()
- 功能： 开启或关闭串口的接收中断。
- 应用场景： 当需要通过中断机制接收时调用。
-
rxavailable()
- 功能： 检查串口接收缓冲区中是否有数据可读。
- 应用场景： 判断是否需要调用 .receive() 读取数据。
-
rxflowcontrol()
- 功能： 控制接收硬件的流量，当缓冲区状态满足特定要求时启用或禁用接收流控制。
- 应用场景： 配合硬件流控制的场景。
DMA 相关接口（若硬件支持 DMA）说明：
-
dmasend()
- 功能： 使用 DMA 从循环缓冲区中提取并发送数据到串口硬件。
- 应用场景： 在大规模或高性能数据传输中提升效率。
-
dmareceive()
- 功能： 使用 DMA 从串口硬件接收数据并存储到循环缓冲区中。
- 应用场景： 在高吞吐量数据写入场景中。
-
dmarxfree()
- 功能： 通知 DMA 接收模块缓冲区还有剩余空间。
- 应用场景： 缓存溢出或流量中断时告知 DMA。
-
dmatxavail()
- 功能： 通知 DMA 模块有待发送数据，可执行传输操作。
- 应用场景： 高效发送大数据块时调用。
数据发送相关接口：
-
send()
- 功能： 向串口发送数据，通常为写入一个字节到发送缓冲区。
- 应用场景： 数据输出流程的核心操作。
-
txint()
- 功能： 开启或关闭串口的发送中断。
- 应用场景： 用于处理串口发送队列的中断机制。
-
txready()
- 功能： 检查串口是否准备好发送新的数据。
- 应用场景： 发送数据前进行状态查询。
-
txempty()
- 功能： 检查串口硬件是否已完成所有数据发送，包括缓冲区数据传输。
- 应用场景： 确保所有发送任务完成后再执行其他操作（如关闭串口）。
实际代码可以参考 nuttx/arch/arm/src/stm32/stm32_serial.c。
三、使用 UART 字符设备驱动
本章节介绍如何在 openvela 系统中如何使用 UART 字符设备驱动，包括注册、打开、读写、轮询和关闭等关键流程。
1、uart_register
uart_register 是对 register_driver 的封装，用于将 UART 驱动注册为系统设备节点。
int register_driver(FAR const char *path,
FAR const struct file_operations *fops,
mode_t mode, FAR void *priv)
register_driver 的主要作用包括以下三方面：
- 查找或创建设备节点：根据传入的路径 path，检查是否存在对应的 inode，如果不存在，则为该路径创建一个新的 inode。
- 绑定驱动文件操作集：将具体驱动的文件操作结构体 struct file_operations fops 写入到与路径 path 关联的 inode 中。
- 设置私有数据：将私有数据 priv 设置到与路径 path 对应的 inode 中。在 UART 驱动中，此 priv 通常为 uart_dev_t *。
对应的简化流程图如下：
2、struct file_operations
在 UART 驱动中，文件操作结构体 struct file_operations 的典型实现如下：
static const struct file_operations g_serialops =
{
uart_open, /* open */
uart_close, /* close *
uart_read, /* read */
uart_write, /* write */
0, /* seek */
uart_ioctl, /* ioctl */
uart_poll /* poll */
#ifndef CONFIG_DISABLE_PSEUDOFS_OPERATIONS
, NULL /* unlink */
#endif
};
3、uart_open
uart_open 函数的主要作用是通过调用 uart_setup 初始化串口设备，同时绑定中断服务函数，为设备正常工作做好准备。
fs/vfs/fs_open.c
|_ nx_vopen
|_ file_vopen
|_ inode->u.i_mops->open(filep, desc.relpath, oflags, mode) == uart_open
|_ uart_setup == dev->ops->setup //setup调用的地方
|_ uart_attach == esp32c3_attach //attach调用的地方
|_ irq_attach(priv->irq, uart_handler, dev);
|_ uart_dmarxfree(dev) //如果存在读dma的话，触发该操作
- 硬件初始化： 调用 uart_setup 完成硬件参数配置，如波特率、数据位和校验方式。
- 绑定中断： 调用 uart_attach 绑定中断服务函数，确保串口设备支持中断驱动。
- DMA 配置： 如果启用了接收 DMA，则进一步调用 uart_dmarxfree 提供支持。
4、uart_read
uart_read 函数的主要功能是从接收缓冲区 dev->recv->buff 中读取数据并返回给上层调用者。如果缓冲区空，则通过阻塞或 DMA 获取数据。
fs/vfs/fs_read.c
|_ nx_read
|_ file_read
|_ inode->u.i_ops->read == uart_read(filep, buffer, buflen)
|_ if (rxbuf->head != tail) //如果读缓冲区里有数据就直接读走了
|_ ch = rxbuf->buffer[tail];
|_ *buffer++ = ch;
|_ else
|_ uart_dmarxfree/uart_enablerxint //如果存在读dma的话触发该操作，否则打开读中断
|_ dev->recvwaiting = true;
|_ ret = nxsem_wait(&dev->recvsem); //阻塞的read
|_ uart_enablerxint // == dev->ops->rxint , rxint调用的地方
|_ uart_dmarxfree(dev); //在读操作完成之后缓冲区肯定是存在空间的，如果存在读dma触发该操作
- 直接读取数据：若缓冲区有数据，直接返回。
- 缓冲区为空处理：
- 若启用 DMA，调用 uart_dmarxfree 提取数据。
- 若不启用 DMA，调用 uart_enablerxint 启用接收中断。
- 阻塞读取：调用 nxsem_wait(&dev->recvsem)，阻塞当前进程，直到数据准备完成。
5、uart_write
uart_write 用于将数据写入串口设备的发送缓冲区 (dev->xmit->buffer)，通过调用 uart_putxmitchar 函数实现具体数据的写入，并根据需要触发中断或 DMA 操作。
fs/vfs/fs_write.cwrite
|_ nx_write
|_ file_write
|_ inode->u.i_ops->write(filep, buf, nbytes) == uart_write
|_ uart_disabletxint //txint调用的地方
|_ uart_putxmitchar(dev, ch, oktoblock); //把数据往缓冲区放。这个函数也会判断是否使用写dma完成发送，uart_dmatxavail。
|_ if (nexthead != dev->xmit.tail) //如果写缓冲区有空间，把数据放入写缓冲区后返回
|_ else //开中断，等待中断给自己腾出写空间把自己唤醒
|_ uart_enabletxint(dev); //txint调用的地方
|_ nxsem_wait(&dev->xmitsem);
#ifdef CONFIG_SERIAL_TXDMA
|_ uart_dmatxavail(dev); //如果有写dma的话，使用dma完成发送
#endif
|_ uart_enabletxint(dev) == esp32c3_txint //如果使用了上面的dma的话，这个函数会直接返回，而不产生发送数据的动作
- 禁用发送中断： 确保写入期间不会发生中断干扰。
- 将数据写入缓冲区： 调用 uart_putxmitchar(dev, ch, oktoblock) 将数据放入带锁保护的发送缓冲区，并判断是否阻塞写入操作。
- （可选）使用 DMA：如果启用了 DMA，通过 uart_dmatxavail 触发 DMA 进行高效传输。
- 开启发送中断：调用 uart_enabletxint 确保写操作完成后由中断机制控制发送缓冲区的数据。
6、uart_poll
uart_poll 提供了一种非阻塞模式下的异步操作，用于监听设备的可读和可写事件。在 UART 驱动中，uart_poll 的等待、通知与唤醒机制是一项重要功能。
uart_poll 等待机制
通过 poll，应用程序可以在非阻塞模式下监听设备的状态变化（如设备是否可读或可写）。
fs/vfs/fs_poll.c
|_ poll_setup(kfds, nfds, &sem);
|_ poll_fdsetup(fds[i].fd, &fds[i], true)
|_ file_poll(filep, fds, setup);
|_ inode->u.i_ops->poll(filep, fds, setup); == uart_poll
|_ if(timeout<0)
|_ nxsem_wait(&sem);//阻塞的poll
-
初始化轮询状态：
调用 poll_setup() 函数对 pollfd 列表进行初始化，记录被监听的文件描述符及其关注的事件（如 POLLIN 或 POLLOUT）。
-
关联驱动的 poll 方法：
通过 inode 文件节点调用与 uart_poll 对应的具体实现，监视设备可读/可写状态。
-
（可选）阻塞等待：
如果设定了超时时间（timeout 参数），poll 会阻塞线程至超时时间耗尽，或事件被触发。
uart_poll 唤醒机制
当串口硬件发生状态变化（接收到新数据或缓冲区释放空间）时，通过中断事件触发唤醒机制。以下为 uart_poll 的典型中断处理流程：
arch/risc-v/src/esp32c3/esp32c3_serial.c
|_ int_status = getreg32(UART_INT_ST_REG(priv->id));
|_ if (int_status & tx_mask)
|_ uart_xmitchars
|_ while (dev->xmit.head != dev->xmit.tail && uart_txready(dev)) // txready调用的地方
|_ uart_send(dev, dev->xmit.buffer[dev->xmit.tail]) //send调用的地方，发完缓冲区里所有数据
|_ uart_datasent
|_ poll_notify(dev->fds, CONFIG_SERIAL_NPOLLWAITERS, POLLOUT)//唤醒poll等待的写者
|_ nxsem_post(&dev->xmitsem) //唤醒write等待的写者
|_ if (int_status & rx_mask)
|_ uart_recvchars
|_ uart_rxavailable(dev) //rxavailable调用的地方
|_ uart_rxflowcontrol //rxflowcontrol调用的地方
|_ ch = uart_receive(dev, &status) //receive调用的地方
|_ uart_check_special(dev, &ch, 1) //处理control character的地方
|_ uart_datareceived(dev)
|_ poll_notify(dev->fds, CONFIG_SERIAL_NPOLLWAITERS, POLLIN);
|_ fds->cb(fds); == poll_default_cb
|_ nxsem_post(pollsem) //如果有阻塞的poll，唤醒
|_ nxsem_post(&dev->recvsem); //如果有阻塞的read，唤醒
|_ nxsig_kill(dev->pid, signo); //如果signo!=0，发signal的地方
写事件处理流程
-
触发条件：
当发送缓冲区中数据全部传输完成后，硬件会触发写中断（tx_mask）。
-
中断操作：
- 调用 uart_xmitchars 函数，将数据从发送缓冲区写入硬件 FIFO。
- 通过 poll_notify 通知应用程序可写事件（POLLOUT），唤醒等待写入的线程或任务。
- 若线程被阻塞在写操作，调用 nxsem_post(&dev->xmitsem) 唤醒线程。
读事件处理流程
-
触发条件：
当硬件接收到数据时，触发读中断（rx_mask）。
-
中断操作：
- 调用 uart_recvchars 函数，从硬件接收缓冲中读取数据。
- 调用 poll_notify 通知应用程序可读事件（POLLIN），唤醒等待读取的线程或任务。
- 若线程被阻塞在读取操作，调用 nxsem_post(&dev->recvsem) 唤醒线程。
7、uart_close
uart_close 函数用于释放 UART 设备和相关的系统资源。在 openvela 系统中，uart_close 是设备关闭流程的核心操作，包括禁用中断、清空发送缓冲区以及回收硬件资源。
fs/inode/fs_files.c
int close(int fd)
|_ nx_close(fd)
|_ file_close(&file)
|_ inode->u.i_ops->close(filep) //== uart_close
|_ uart_disablerxint(dev)
|_ if ((filep->f_oflags & O_NONBLOCK) == 0)
|_ uart_tcdrain //把发送缓冲区和硬件fifo里的数据都发送完成
|_ uart_txempty //txempty调用的地方
|_ uart_detach(dev) //detach调用的地方
|_ if (!dev->isconsole)
|_ uart_shutdown(dev) //shutdown调用的地方
|_ uart_datareceived(dev)
-
禁用接收中断：
调用了 uart_disablerxint 禁用串口设备的接收中断，避免设备释放后仍触发中断导致的不稳定行为。
-
清空发送缓冲区：
如果文件操作未设置非阻塞模式（filep->f_oflags & O_NONBLOCK == 0），uart_tcdrain 会确保发送缓冲区和硬件 FIFO 中的数据全部发送完成。通过调用 uart_txempty 判断是否已完成数据传输。
-
解绑中断服务：
调用 uart_detach 解绑串口设备与中断服务的关联，确保中断资源被彻底释放。
-
释放硬件资源：
如果设备不是控制台（!dev->isconsole），调用 uart_shutdown 完成硬件资源的回收和释放。
-
其他清理操作：
在关闭设备后，调用 uart_datareceived 等方法对剩余缓冲数据进行处理，避免资源泄露。
四、操作 UART 设备节点
本章介绍如何在 openvela 中操作 UART 设备节点。用户提供的串口通信接口完全遵循 POSIX 标准，包括常用的打开、读写、轮询事件和控制操作。开发者可以参考本文和 man 手册页实现对 UART 节点的高效访问和配置。
1、UART 设备节点的接口操作
用户可以通过以下 POSIX 标准接口操作 UART 设备节点，例如 /dev/console 或 /dev/ttyS0。
以下是常用的文件操作接口及其示例：
int fd = open("/dev/console", O_RDWR);
int ret = read(fd, buf, count);
int ret = write(fd, buf, count);
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
//可以poll的事件见sys/poll.h，常见的就是POLLIN/POLLOUT
int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);
//可用的ioctl命令定义在include/nuttx/serial/tioctl.h文件中，里面有各个命令的详细定义
close(fd);
- open 和 close： 负责打开和关闭设备节点。
- read 和 write： 用于从 UART 设备读取数据或向设备写入数据。
- poll： 检测非阻塞模式下的 UART 事件，如可读（POLLIN）和可写（POLLOUT）。事件类型可参考 sys/poll.h 文件。
- ioctl： 提供对 UART 的详细控制参数，如设置波特率、数据位等配置。支持的操作命令定义在 include/nuttx/serial/tioctl.h 中。
2、使用 ioctl 配置 UART 参数
所有可以通过 ioctl 配置的参数都定义在 struct termios 结构体中。具体参数含义及取值可参考 termios.h 文件或查看 man termios 手册页。struct termios 结构体定义如下：
nuttx/include/termios.h
struct termios
{
/* Exposed fields defined by POSIX */
tcflag_t c_iflag; /* Input modes */
tcflag_t c_oflag; /* Output modes */
tcflag_t c_cflag; /* Control modes */
tcflag_t c_lflag; /* Local modes */
cc_t c_cc[NCCS]; /* Control chars */
/* Implementation specific fields. For portability reasons, these fields
* should not be accessed directly, but rather through only through the
* cf[set|get][o|i]speed() POSIX interfaces.
*/
speed_t c_speed; /* Input/output speed (non-POSIX) */
};
- c_speed： 表示硬件波特率参数，需操作硬件寄存器。
- c_cc： 表示控制字符参数，与软件有关，无需操作硬件。
示例：设置 UART 波特率
以下代码展示了如何通过 termios 结构体和 ioctl 接口设置 UART 的波特率。
ioctl(fd, TCGETS, termios);//把当前的参数获取出来
int cfsetspeed(FAR struct termios *termios, speed_t speed);//把termios设置好，speed可以取的值见termios.h
ioctl(fd, TCSETS, termios);//把修改设置下去，lower half的ioctl怎么处理termios->c_speed这个值，就看厂商自己实现了。
示例：内核驱动访问 UART 设备节点
在内核层，驱动程序可以通过 file_open 等接口访问 UART 设备节点。以下为常用接口对应的操作方法：
int file_open(FAR struct file *filep, FAR const char *path, int oflags, ...);
int file_close(FAR struct file *filep);
ssize_t file_read(FAR struct file *filep, FAR void *buf, size_t nbytes);
ssize_t file_write(FAR struct file *filep, FAR const void *buf,
size_t nbytes);
int file_ioctl(FAR struct file *filep, int req, ...);
这些接口可被用来访问 UART 的节点文件，从而实现对 UART 设备的底层操控。
五、测试用例
本章介绍 openvela 系统中 UART 驱动测试程序的用法，并详细解析了测试案例的核心实现和运行步骤。通过这些指导，开发者可以验证 UART 驱动在各类操作（如读、写、多数据传输）中的正确性。
1、测试程序路径
在 openvela 系统中，UART 驱动的测试程序源码 apps/testing/drivertest 目录下，编译出成功后生成的测试程序为 cmocka_driver_uart。
2、打开配置选项
要成功编译和运行该测试程序，需要打开以下三个配置选项：
+CONFIG_TESTING_CMOCKA=y
+CONFIG_TESTING_DRIVER_TEST=y
+CONFIG_TESTING_DRIVER_TEST_SIMPLE=y
3、测试用例
在 UART 驱动的测试程序中，定义了以下三条核心测试用例：
- write_default：将字符序列 0-9-a-z 写入指定的 UART 设备（如 /dev/console），用于验证设备的写入功能是否正常。
- read_default：从设备中读取数据，并验证是否能够正确读取到与写入内容相同的字符序列。若读写数据不符，则此测试失败。
-
burst_test：模拟快速输入场景，测试过程包括以下步骤：
- 输入数字 0 并按下回车键。
- 再输入符号 # 并按下回车键确认。
@ - 测试完成，验证输入是否符合预期。
运行以上测试后，如果成功，程序将输出[ PASSED ] 3 test(s)。
4、测试程序主函数
以下是 UART 测试程序的主代码结构，采用 CMocka 框架进行测试。
int main(int argc, FAR char *argv[])
{
struct test_confs_s confs =
{
.dev_path = CONFIG_TESTING_DRIVER_TEST_UART_DEVICE
};
parse_args(argc, argv, &confs);
const struct CMUnitTest tests[] =
{
cmocka_unit_test_prestate_setup_teardown(write_default, setup,
teardown, &confs),
cmocka_unit_test_prestate_setup_teardown(read_default, setup,
teardown, &confs),
cmocka_unit_test_prestate_setup_teardown(burst_test, setup,
teardown, &confs),
};
return cmocka_run_group_tests(tests, NULL, NULL);
}
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