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Linux TTY framework(2)_软件架构

作者：wowo 发布于：2016-9-27 22:42 分类：TTY子系统

1. 前言

由“Linux TTY framework(1)_基本概念”的介绍可知，在Linux kernel中，TTY就是各类终端（Terminal）的简称。为了简化终端的使用，以及终端驱动程序的编写，Linux kernel抽象出了TTY framework：对上，向应用程序提供使用终端的统一接口；对下，提供编写终端驱动程序（如serial driver）的统一框架。

本文是Linux TTY framework分析的第二篇文章，将从整体架构的角度，介绍Linux TTY framework，以便分解出功能相对独立的子模块，以便后续的分析。

2. 软件架构

Linux kernel TTY framework位于“drivers/tty”目录中，其软件框架如下面图片1所示：

图片1 Linux TTY framework框架

和Linux其它的framework类似，TTY framework通过TTY core屏蔽TTY有关的技术细节，对上以字符设备的形式向应用程序提供统一接口，对下以TTY device/TTY driver的形式提供驱动程序的编写框架。具体请参考后续章节介绍。

2.1 TTY Core

TTY core是TTY framework的核心逻辑，功能包括：

1）以字符设备的形式，向用户空间提供访问TTY设备的接口，例如：

设备号(主, 次)        字符设备                                   备注
(5, 0)                     /dev/tty                                     控制终端（Controlling Terminal）
(5, 1)                     /dev/console                             控制台终端（Console Terminal）
(4, 0)                     /dev/vc/0 or /dev/tty0                  虚拟终端（Virtual Terminal）
(4, 1)                     /dev/vc/1 or /dev/tty1                  同上
…                         …                                             …
(x, x)                     /dev/ttyS0                                 串口终端（名称和设备号由驱动自行决定）
…                         …                                             …
(x, x)                     /dev/ttyUSB0                            USB转串口终端
…                         …                                             …

注1：控制终端、控制台终端、虚拟终端等概念，比较抽象，我会在后续的文章中详细介绍。

2）通过设备模型中的struct device结构抽象TTY设备，并通过struct tty_driver抽象该设备的驱动，并提供相应的register接口。TTY驱动程序的编写，简化为填充并注册相应的struct tty_driver结构。

注2：TTY framework弱化了TTY设备（图片1中使用虚线框标注）的概念，通常情况下，可以在注册TTY驱动的时候，自动分配并注册TTY设备。

3）使用struct tty_struct、struct tty_port等数据结构，从逻辑上抽象TTY设备及其“组件”，以实现硬件无关的逻辑。

4）抽象出名称为线路规程（Line Disciplines）的模块，在向TTY硬件发送数据之前，以及从TTY设备接收数据之后，进行相应的处理（如特殊字符的转换等）。

2.2 System Console Core

Linux kernel的system console主要有两个功能：

1）向系统提供控制台终端（Console Terminal） ，以便让用户登录进行交互操作。

2）提供printk功能，以便kernel代码进行日志输出。

System console core模块使用struct console结构抽象system console功能，具体的driver不需要关心console的内部逻辑，填充该接口并注册给kernel即可。

2.3 TTY Line Disciplines

线路规程（Line Disciplines）在TTY framework中是一个非常优雅的设计，我们可以把它看成设备驱动和应用接口之间的一个适配层。从字面意思理解，就是辅助TTY driver，将我们通过TTY设备键入的字符转换成一行一行的数据^[3]，当然，实际情况远比这复杂，例如在蜗窝x project所使用的kernel版本中，存在如下的Line Disciplines（以n_为前缀，我们后续的文章会更为详细的介绍）：

pengo@DESKTOP-CH8SB7C:~/work/xprj/linux$ ls drivers/tty/n_*
drivers/tty/n_gsm.c   drivers/tty/n_r3964.c        drivers/tty/n_tracesink.c  drivers/tty/n_tty.c
drivers/tty/n_hdlc.c  drivers/tty/n_tracerouter.c  drivers/tty/n_tracesink.h

2.4 TTY Drivers以及System Console Drivers

最后，对内核以及驱动工程师来说，更关注的还是具体的TTY设备驱动。在kernel为我们搭建的如此beauty的框架下面，编写相应的driver就成为一件比较简单的事情了。当然的kernel中，主要的TTY driver有两类：

1）虚拟终端（Virtual Terminal，VT）驱动，位于drivers/tty/vt中，负责实现VT（后续文章会详细介绍）有关的功能。

2）串口终端驱动，也即我们所熟知的serial subsystem（话说终于到重点了，哈哈），位于drivers/tty/serial中。

3. 总结

本文对Linux TTY framework的软件框架作了一个简单的介绍，目的是从整体上了解Linux TTY有关的软件实现。基于本文的描述，后续计划从如下角度继续TTY framework的分析：

控制终端、控制台终端、虚拟终端等概念的理解及解释；

TTY core的分析；

System Console Core的分析；

Serial subsystem（串口子系统）的分析；

虚拟终端（VT）的分析；

常用线路规程（Line Disciplines）的介绍和分析；

等等。

4. 参考文档

[1] TTY驱动分析

[2] 控制终端（controlling terminal），https://linux.die.net/man/4/tty

[3] https://utcc.utoronto.ca/~cks/space/blog/unix/TTYLineDisciplineWhy

 

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标签: Linux Kernel 架构 Architecture tty

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