一文了解TTY子系统框架

二、TTY子系统框架

1、TTY子系统框架分析

该篇主要用来分析TTY子系统的框架，TTY框架图如下：

TTY子系统位于标准字符驱动之下，其中包括：TTY核心层，TTY线路规程，TTY驱动层。

TTY Core：该核心层主要负责控制跨越一个tty设备的数据流和数据格式，使得TTY Driver能够以一致的方式处理 到硬件 和 出自硬件 的数据。

TTY Line Discipline：线路规程，以特殊的方式对数据进行二次加工，通常表现为协议的转换，如：PPP和Bluetooth，以便可以虚拟的“插入”到任何tty设备。

TTY Driver：该层主要用于实现各类终端的驱动，用以控制实际硬件设备，用于收发数据。其有3种不通类型的驱动：**控制台，串口，pty**。其中，控制台和 pty 驱动已经被编写进内核。

下面是在网上的另一个TTY框架图，结合上图更加方便理解：

从上往下看，最上面是应用层，其次是字符设备驱动，然后是TTY核心层，TTY驱动层。

其中，

用户层：在用户空间，我们操作TTY的方法就是通过open，read，write读写设备文件，如：/dev/tty、/dev/console等

通用字符设备驱动：对上，以字符设备驱动的形式，向应用程序提供统一接口open, read, write，以便输入输出数据

System Console Core：其主要有两个功能：

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、TTY数据处理流程

• tty 核心从一个用户获取将要发送给一个 tty 设备的数据. 它接着传递它到一个 tty 线路规程驱动, 接着传递它到一个 tty 驱动. 这个 tty 驱动转换数据为可以发送给硬件的格式.
• 从 tty 硬件收到的数据向上回流通过 tty 驱动, 进入 tty 线路规程驱动, 再进入 tty 核心, 在这里它被一个用户获取.
• 有时 tty 驱动直接和 tty 核心通讯, 并且 tty 核心直接发送数据到tty 驱动, 但是大多数情况下 tty 线路规程有机会修改在 2 者之间发送的数据.

3、驱动的目录结构及核心文件

ketnel
│   └── driver
│   │   └── tty
│   │   │   └── serial  # 串口终端驱动  
│   │   │   │   └── 8250
│   │   │   │ │   ├── 8250_core.c  # 8250 串口核心层   
│   │   │   │ │   ├── 8250_port.c  # 8250 串口port抽象
│   │   │   │ │   ├── 8250_dma.c  # 8250 dma驱动
│   │   │   │ │   ├── 8250_dw.c  # 8250 device driver抽象 
│   │   │ └── vt   # 虚拟终端驱动
│   │   │ └── ipwireless # 无线终端驱动
│   │   │ └── hvc   # 虚拟控制台
│   │   │ ├── tty_xxx  #tty driver port 抽象
│   │   │ ├── n_xxx.c  # tty line discipline 线路规程相关文件

serial：该目录下为串口终端的驱动程序

hvc：hypervisor虚拟控制台

vt：目录下为虚拟终端的驱动程序

n_xxx.c：为线路规程的相关文件，也就是串口数据处理

tty_xxx：包括字符设备驱动的实现，ioctl等

8250_xxx：为serial Driver

4、TTY在Linux下的分布

TTY是所有终端的统称，对于不同的终端，我们有不同的驱动程序，那么我们怎么知道当前系统中，哪个驱动被加载，哪个终端设备存在呢？

• 查看所有终端

可以查看/proc/tty/drivers文件，这个文件可以包含当前存在的，不同tty驱动的列表，驱动的名字，驱动的主编号，次编号范围，tty驱动的类型。

/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

• 设备模型的角度

所有当前注册的以及在内核中出现的tty设备，有他们自己的子目录 /sys/class/tty下面。

在他们tty设备的子目录下面的文件夹中，有一个dev文件，包含了分配给tty设备的主次编号。

如果驱动程序告诉内核与tty设备相关联的物理设备和驱动程序的位置，它就会创建回这些位置的符号链接。

/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

• 字符设备的角度

每个tty设备都有一个struct cdev，以便用户空间可以访问。

/dev/tty

/dev/console

/dev/ttyS0

OK，TTY子系统框架以及目录结构分析就先了解到此，后续分析其主要的数据结构！