Linux 系统里，串口驱动具有连接硬件与操作系统的关键作用，无论从事嵌入式开发、工业控制，还是服务器管理，弄明白串口驱动的结构以及工作原理，都是开展底层通信以及硬件调试的基础 ，这篇文章会深入剖析 Linux 串口驱动的核心模块、配置方法，涵盖常见问题以及高级应用，给开发者给出实用的操作指南 。
Linux串口驱动的核心架构是什么
Linux串口驱动的核心架构运用分层设计策略 ，顶层乃是TTY子系统 ，其用来管理终端设备 ，于管理终端设备方面起着关键作用 ，且需开展相关管理工作 。中间层是串行核心层 ，该层负责施行统一接口红旗linux系统，一并对缓冲区予以管理 ，还要办妥相关管理事项 。底层处于特定硬件的平台驱动这一层次 ，此层次直接跟UART控制器寄存器进行交互 ，并要完成相应交互任务 。
通过这样的分层构建方式，驱动开发得以构建成模块化，当实施硬件更换操作时，仅需对底层驱动进行修改即可。内核中的drivers/tty/serial目录收纳了主要代码。其中，serial_core.c实现了核心功能。基于uart_driver、uart_port等结构体，驱动程序向内核进行注册，且借助uart_ops确定硬件操作函数集合。
如何加载和配置Linux串口驱动
往往在于多数现当代Linux发行版本范围之内的inner_presence，串口驱动呈现为以模块化内在_factor的样子而嵌入到内_cadence核之中。通过采用lsmod | grep serial能够用来查看已经加载的模块_specification，借助施用modprobe命令可以依靠手动的办法加载特定种类的驱动，比如modprobe 8250是用来针对标准PC串口的。会生成与之对应的tty设备接点的驱动，是以动态形式加载的，它会在/dev目录之内 。
涉及到设置波特率，还有数据位，以及校验位这几个方面，以此来配置串口，运用的是stty命令linux 串口 驱动，它能实时修改参数，举例来说linux 串口 驱动，像stty -F /dev/ttyS0 115200 cs8 -parenb这样，要是想要实现永久配置，那就得去编辑/etc/default/grub，或者去创建udev规则，对于嵌入式设备来讲，可能需要在设备树里明确指定UART的物理地址，以及中断号。
Linux串口设备节点是如何创建的
串口驱动初始化完成以及进行注册后，内核TTY子系统得去调用“tty_register_driver()”函数，达成这一操作通常是在驱动探测函数当中。此函数要分配主设备号以及从设备号，并且还要在“/dev”目录下面创建设备文件。按照传统来讲，主串口相对应的是“ttyS0”，USB转串口所促成的是“ttyUSB0”。
负责创建设备节点的流程，经由udev或者mdev机制来统一施行管理，这二者依靠内核uevent事件展开实际的操控举动。设备的开发者具备对udev设定的规则给予个性化规定和应变的权力，比如通过设定指令固定特定USB串口所承载的设备名字。通过专门用于查看内核对串口设备能否正常辨认的日志指令dmesg | grep tty，据以具体确定设备节点创建行为的最终成效是否符合预期。
如何编写简单的Linux串口测试程序
以被采纳的最为直接的测试形式，借助着echo还要加上cat命令来开展回环测试，首先呢linux 下载工具，把串口的TX跟RX引脚进行短接，接着，去执行echo test > /dev/ttyS0这个操作，最后，实施cat /dev/ttyS0这个操作。要是能够看见相应的输出，那么就能验证促于基础层面的工作是处在正常情形，需留意，在此之前得把‘stty’用来设定同样的参数，并且还得凭借‘chmod’去更改设备的权限。
对于复杂度更高的测试，要运用C语言调用open()、tcgetattr()、write()等众多系统调用来开展程序编写工作，Python的pyserial库能够提供具有跨平台特性的便捷接口，测试时要关注错误码，其中EBUSY表示设备处于被占用状态，ENODEV有可能意味着驱动未被正确加载或硬件不存在 。
Linux串口通信常见问题如何排查
进行检查操作时，首先要针对硬件连接以及电源展开相关工作，接着通过 dmesg 去查看内核启动时时如何检测到 UART 控制器以及是否报告了错误情况，再运用 ls -l /dev/ttyS* 来确认设备节点不仅存在而且权限处于精确状态，在常见的驱动加载方面存在中断冲突性质的问题，或者存在 I/O 地址错误这类情况，借助 cat /proc/interrupts 以及 cat /proc/ioports 这二者进行核对 。
在数据出现丢失抑或呈现乱码情形之时，要确认对双方来说诸如波特率这类参数全部维持一致，还要对硬件流控（RTS/CTS）设置进行检查核对。排查硬件问题最后采取并凭借的办法是通过使用示波器或者逻辑分析仪测量实际波形。在内核驱动代码问题方面，能够开启CONFIG_SERIAL_8250_DEBUG配置选项进而获取详细的调试信息。
Linux串口驱动的高级应用有哪些
嵌入范畴之内，串口驱动常会同DMA控制器互相联合，用于提升大数据量传输效率之操作。借由修改uart_ops里的tx_empty、start_tx等调用回复函数办法，可达成自定义流控及缓冲策略之行为。部分驱动支持RS -- 485半双工模式，此便需对方向引脚加诸自动控制之举措。
有个具有重要意义的应用是虚拟串口，它借助tty层接口，能创建仅靠软件的伪终端对，用于模拟测试，或者用于网络隧道。内核的serial_core支持多端口共同享有同一中断的“串集”设备。在对实时性有较高要求的场景下，要打上PREEMPT_RT补丁，并且调整驱动中断处理线程的优先级。
于Linux串口开发这个环节当中，您所遭遇的极其难以处理的驱动兼容性方面的问题究竟是什么，是芯片彼此之间存在的差异吗，是内核版本进行那般的升级吗，还是设备树的配置情况，欢迎来到评论区里去分享您个人亲身经历的实战经验，要是此篇文章对您带来了帮助的话，请点赞给予支持并且分享给更多的开发者哟 。
