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1.Linux下UART驱动框架
1）uart_driver注册与注销
2）uart_port的添加与移除
3）uart_ops实现
2.RS232驱动编写
1）UART3 IO节点创建
2）添加uart3节点
3.移植minicom
1）移植ncurses
2）移植minicom
4.RS232驱动测试
1）RS232连接设置
2）minicom设置
3）RS232收发测试
串口是很常用的一个外设，在Linux下通常通过串口和其他设备或传感器进行通信，根据电平的
不同，串口分为TTL和RS232。不管是什么样的接口电平，其驱动程序都是一样的，通过外接
RS485这样的芯片就可以将串口转换为RS485信号，正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板就是这
么做的。对于正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板而言，RS232、RS485以及GPS模块接口通通
连接到了I.MX6U的UART3接口上，因此这些外设最终都归结为UART3的串口驱动。本章我们
就来学习一下如何驱动I.MX6U-ALPHA开发板上的UART3串口，进而实现RS232、RS485以及
GSP驱动。
1.Linux下UART驱动框架
1）uart_driver注册与注销
同I2C、SPI一样，Linux也提供了串口驱动框架，我们只需要按照相应的串口框架编写驱
动程序即可。串口驱动没有什么主机端和设备端之分，就只有一个串口驱动，而且这个驱
动也已经由NXP官方已经编写好了，我们真正要做的就是在设备树中添加所要使用的串口
节点信息。当系统启动以后串口驱动和设备匹配成功，相应的串口就会被驱动起来，生
成/dev/ttymxcX(X=0….n)文件。
虽然串口驱动不需要我们去写，但是串口驱动框架我们还是需要了解的，uart_driver结构
体表示UART驱动，uart_driver定义在include/linux/serial_core.h文件中，内容如下：
295 struct uart_driver {
296 struct module *owner; /* 模块所属者 */
297 const char *driver_name; /* 驱动名字 */
298 const char *dev_name; /* 设备名字 */
299 int major; /* 主设备号 */
300 int minor; /* 次设备号 */
301 int nr; /* 设备数 */
302 struct console *cons; /* 控制台 */
303
304 /*
305 * these are private; the low level driver should not
306 * touch these; they should be initialised to NULL
307 */
308 struct uart_state *state;
309 struct tty_driver *tty_driver;
310 };
每个串口驱动都需要定义一个uart_driver，加载驱动的时候通过uart_register_driver函数
向系统注册这个uart_driver，此函数原型如下：
int uart_register_driver(struct uart_driver *drv)
函数参数和返回值含义如下：
drv：要注册的uart_driver。
返回值：0，成功；负值，失败。
注销驱动的时候也需要注销掉前面注册的uart_driver，需要用到uart_unregister_driver
函数，函数原型如下：
void uart_unregister_driver(struct uart_driver *drv)
函数参数和返回值含义如下：
drv：要注销的uart_driver。
返回值：无。
2）uart_port的添加与移除
uart_port表示一个具体的port，uart_port定义在include/linux/serial_core.h文件，内容如下
(有省略)：
117 struct uart_port {
118 spinlock_t lock; /* port lock */
119 unsigned long iobase; /* in/out[bwl] */
120 unsigned char __iomem *membase; /* read/write[bwl] */
......
235 const struct uart_ops *ops;
236 unsigned int custom_divisor;
237 unsigned int line; /* port index */
238 unsigned int minor;
239 resource_size_t mapbase; /* for ioremap */
240 resource_size_t mapsize;
241 struct device *dev; /* parent device */
......
250 };
uart_port中最主要的就是第235行的ops，ops包含了串口的具体驱动函数，这个我们稍后
再看。每个UART都有一个uart_port，那么uart_port是怎么和uart_driver结合起来的呢？
这里要用到uart_add_one_port函数，函数原型如下：
int uart_add_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport)
函数参数和返回值含义如下：
drv：此port对应的uart_driver。
uport：要添加到uart_driver中的port。
返回值：0，成功；负值，失败。
卸载UART驱动的时候也需要将uart_port从相应的uart_driver中移除，需要用到
uart_remove_one_port函数，函数原型如下：
int uart_remove_one_port(struct uart_driver *drv, struct uart_port *uport)
函数参数和返回值含义如下：
drv：要卸载的port所对应的uart_driver。
uport：要卸载的uart_port。
返回值：0，成功；负值，失败。
3）uart_ops实现
在上面讲解uart_port的时候说过，uart_port中的ops成员变量很重要，因为ops包含了针对
UART具体的驱动函数，Linux系统收发数据最终调用的都是ops中的函数。ops是uart_ops
类型的结构体指针变量，uart_ops定义在include/linux/serial_core.h文件中，内容如下：
49 struct uart_ops {
50 unsigned int (*tx_empty)(struct uart_port *);
51 void (*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int mctrl);
52 unsigned int (*get_mctrl)(struct uart_port *);
53 void (*stop_tx)(struct uart_port *);
54 void (*start_tx)(struct uart_port *);
55 void (*throttle)(struct uart_port *);
56 void (*unthrottle)(struct uart_port *);
57 void (*send_xchar)(struct uart_port *, char ch);
58 void (*stop_rx)(struct uart_port *);
59 void (*enable_ms)(struct uart_port *);
60 void (*break_ctl)(struct uart_port *, int ctl);
61 int (*startup)(struct uart_port *);
62 void (*shutdown)(struct uart_port *);
63 void (*flush_buffer)(struct uart_port *);
64 void (*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new,
65 struct ktermios *old);
66 void (*set_ldisc)(struct uart_port *, struct ktermios *);
67 void (*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,
68 unsigned int oldstate);
69
70 /*
71 * Return a string describing the type of the port
72 */
73 const char *(*type)(struct uart_port *);
74
75 /*
76 * Release IO and memory resources used by the port.
77 * This includes iounmap if necessary.
78 */
79 void (*release_port)(struct uart_port *);
80
81 /*
82 * Request IO and memory resources used by the port.
83 * This includes iomapping the port if necessary.
84 */
85 int (*request_port)(struct uart_port *);
86 void (*config_port)(struct uart_port *, int);
87 int (*verify_port)(struct uart_port *, struct serial_struct *);
88 int (*ioctl)(struct uart_port *, unsigned int, unsigned long);
89 #ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
90 int (*poll_init)(struct uart_port *);
91 void (*poll_put_char)(struct uart_port *, unsigned char);
92 int (*poll_get_char)(struct uart_port *);
93 #endif
94 };
UART驱动编写人员需要实现uart_ops，因为uart_ops是最底层的UART驱动接口，是实实
在在的和UART寄存器打交道的。关于uart_ops结构体中的这些函数的具体含义请参考
Documentation/serial/driver这个文档。UART驱动框架大概就是这些，接下来我们理论联
系实际，看一下NXP官方的UART驱动文件是如何编写的。
2.RS232驱动编写
前面我们已经说过了，I.MX6U的UART驱动NXP已经编写好了，所以不需要我们编写。我们要
做的就是在设备树中添加UART3对应的设备节点即可。打开imx6ull-alientek-emmc.dts文件，
在此文件中只有UART1对应的uart1节点，并没有UART3对应的节点，因此我们可以参考uart1
节点创建uart3节点。
1）UART3 IO节点创建
UART3用到了UART3_TXD和UART3_RXD这两个IO，因此要先在iomuxc中创建UART3
对应的pinctrl子节点，在iomuxc中添加如下内容：
1 pinctrl_uart3: uart3grp {
2 fsl,pins = <
3 MX6UL_PAD_UART3_TX_DATA__UART3_DCE_TX 0X1b0b1
4 MX6UL_PAD_UART3_RX_DATA__UART3_DCE_RX 0X1b0b1
5 >;
6 };
最后检查一下UART3_TX和UART3_RX这两个引脚有没有被用作其他功能，如果有的话
要将其屏蔽掉，保证这两个IO只用作UART3，切记！！！
2）添加uart3节点
默认情况下imx6ull-alientek-emmc.dts中只有uart1和uart2这两个节点，如图1所示：
图1 uart1和 uart2节点
uart1是UART1的，在正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板上没有用到UART2，而且UART2
默认用到了UART3的IO，因此需要将uart2这个节点删除掉，然后加上UART3对应的
uart3，uart3节点内容如下：
1 &uart3 {
2 pinctrl-names = "default";
3 pinctrl-0 = <&pinctrl_uart3>;
4 status = "okay";
5 };
完成以后重新编译设备树并使用新的设备树启动Linux，如果设备树修改成功的话，系统
启动以后就会生成一个名为“/dev/ttymxc2”的设备文件，ttymxc2就是UART3对应的设备
文件，应用程序可以通过访问ttymxc2来实现对UART3的操作。
3.移植minicom
minicom类似我们常用的串口调试助手，是Linux下很常用的一个串口工具，将minicom移植到
我们的开发板中，这样我们就可以借助minicom对串口进行读写操作。
1）移植ncurses
minicom需要用到ncurses，依次需要先移植ncurses，如果前面已经移植好了ncurses，那
么这里就不需要再次移植了，只需要在编译minicom的时候指定ncurses库和头文件目录即
可。
首先在ubuntu中创建一个目录来存放我们要移植的文件，比如我
在/home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL目录下创建了一个名为“tool”的目录来存放所有的移
植文件。然后下载ncurses源码，将ncurses-6.0.tar.gz拷贝到Ubuntu中创建的tool目录
下，然后进行解压，解压命令如下：
tar -vxzf ncurses-6.0.tar.gz
解压完成以后就会生成一个名为“ncurses-6.0”的文件夹，此文件夹就是ncurese的源码文
件夹。在tool目录下新建名为“ncurses”目录，用于保存ncurses编译结果，一切准备就绪
以后就可以编译ncureses库了。进入到ncureses源码目录下，也就是刚刚解压出来的
ncurses-6.0目录中，首先是配置ncureses，输入如下命令：
./configure --prefix=/home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/tool/ncurses --host=arm-linux-
gnueabihf --target=arm-linux-gnueabihf --with-shared --without-profile --disable-stripping --without-progs --with-manpages --without-tests
configure就是配置脚本，--prefix用于指定编译结果的保存目录，这里肯定将编译结果保存
到我们前面创建的“ncurses”目录中。--host用于指定编译器前缀，这里设置为“arm-linux-
gnueabihf”，--target用于指定目标，这里也设置为“arm-linux-gnueabihf”。配置命令写好
以后点击回车键，等待配置完成，配置成功以后如图2所示：
图2 配置成功
配置成功以后输入“make”命令开始编译，编译成功以后如图3所示：
图3 编译成功
编译成功以后输入“makeinstall”命令安装，安装的意思就是将编译出来的结果拷贝到--
pfefix指定的目录里面去。安装成功以后如图4所示：
图4 安装成功
安装成功以后查看一下前面创建的“ncurses”文件夹，会发现里面多了一些东西，如图5所
示：
图5 编译出来的结果
我们需要将图5中include、lib和share这三个目录中存放的文件分别拷贝到开发板根文件系
统中的/usr/include、/usr/lib和/usr/share这三个目录中，如果哪个目录不存在的话请自行
创建！！拷贝命令如下：
sudo cp lib/* /home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs/usr/lib/ -rfa
sudo cp share/* /home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs/usr/share/ -rfa
sudo cp include/* /home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs/usr/include/ -rfa
然后在开发板根目录的/etc/profile(没有的话自己创建一个)文件中添加如下所示内容：
1 #!/bin/sh
2 LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
3 export LD_LIBRARY_PATH
4
5 export TERM=vt100
6 export TERMINFO=/usr/share/terminfo
2）移植minicom
继续移植minicom，获取minicom源码，将minicom-2.7.1.tar.gz拷贝到ubuntu中
的/home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/tool目录下，然后在tool目录下新建一个名为
“minicom”的子目录，用于存放minicom编译结果。一切准备好以后就可以编译minicom
了，先解压minicom，命令如下：
tar -vxzf minicom-2.7.1.tar.gz
解压完成以后会生成一个叫做minicom-2.7.1的文件夹，这个就是minicom的源码，进入到
此目录中，然后配置minicom，配置命令如下：
cd minicom-2.7.1/ //进入 minicom 源码目录
./configure CC=arm-linux-gnueabihf-gcc --prefix=/home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/tool/
minicom --host=arm-linux-gnueabihf CPPFLAGS=-I/home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/tool/
ncurses/include LDFLAGS=-L/home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/tool/ncurses/lib -enable-cfg-dir=/etc/minicom //配置
CC表示要使用的gcc交叉编译器，--prefix指定编译出来的文件存放目录，肯定要存放到我
们前面创建的minicom目录中。--host指定交叉编译器前缀，CPPFLAGS指定ncurses的头
文件路径，LDFLAGS指定ncurses的库路径。配置成功的话如图6所示：
图6 配置成功
配置成功以后执行如下命令编译并安装：
make
make install
编译安装完成以后，前面创建的minicom目录内容如图7所示：
图7 minicom安装编译结果
将minicom目录中bin子目录下的所有文件拷贝到开发板根目录中的/usr/bin目录下，命令
如下：
sudo cp bin/* /home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs/usr/bin/
完成以后在开发板中输入“minicom -v”来查看minicom工作是否正常，结果如图8所示：
图8 minicom版本号
从图8可以看出，此时minicom版本号为2.7.1，minicom版本号查看正常。输入如下命令打
开minicom配置界面：
minicom -s
结果是打不开minicom配置界面，提示如图9所示信息：
图9 minicom打开失败
从图9可以看出，minicom异常嚣张，竟然让我们“Go away”，这能容忍？！必须要治一
下。解决方法很简单，新建/etc/passwd文件，然后在passwd文件里面输入如下所示内
容：
root:x:0:0:root:/root:/bin/sh
完成以后重启开发板！
开发板重启以后再执行“minicom -s”命令，此时minicom配置界面就可以打开了，如图10
所示：
图10 mincom 配置界面
如果能出现图10所示界面，那么就说明mincom工作正常了。
4.RS232驱动测试
1）RS232连接设置
在测试之前要先将I.MX6U-ALPHA开发板的RS232与电脑连接起来，首先设置JP1跳线
帽，如图11所示：
图11 UART3 跳线帽设置
跳线帽设置好以后使用RS232线将开发板与电脑连接起来，这里建议使用USB转
DB9(RS232)数据线，比如正点原子售卖的CH340方案的USB转公头DB9数据线，如图12
所示：
图12 USB 转 DB9数据线
图12中所示的数据线是带有CH340芯片的，因此当连接到电脑以后就会出现一个COM
口，这个COM口就是我们要使用的COM口。比如在我的电脑上就是COM9，在
SecureCRT上新建一个连接，串口为COM9，波特率为115200。
2）minicom设置
在开发板中输入“minicom -s”，打开minicom配置界面，然后选中“Serial port setup”，如图
13所示：
图13 选中串口设置项
选中“Serial port setup”以后点击回车，进入设置菜单，如图14所示：
图14 串口设置项
图14中有7个设置项目，分别对应A、B……G，比如第一个是选中串口，UART3的串口文
件为/dev/ttymxc2，因此串口设置要设置为/dev/ttymxc2。设置方法就是按下键盘上
的‘A’，然后输入“/dev/ttymxc2”即可，如图14所示：
图14 串口设备文件设置
设置完以后按下回车键确认，确认完以后就可以设置其他的配置项。比如E设置波特率、
数据位和停止位的、F设置硬件流控的，设置方法都一样，设置完以后如图15所示：
图15 UART3设置
都设置完成以后按下回车键确认并退出，这时候会退回到如图13所示的界面，按下ESC键
退出图13所示的配置界面，退出以后如图16所示：
图16 minicom串口界面
图14就是我们的串口调试界面，可以看出当前的串口文件为/dev/ttymxc2，按下CTRL-
A，然后再按下Z就可以打开minicom帮助信息界面，如图17所示：
图17 minicom帮助信息界面
从图17可以看出，minicom有很多快捷键，本实验我们打开minicom的回显功能，回显功
能配置项为“localEchoon/off..E”，因此按下E即可打开/关闭回显功能。
3）RS232收发测试
1、发送测试
首先测试开发板通过UART3向电脑发送数据的功能，需要打开minicom的回显功能(不
打开也可以，但是在minicom中看不到自己输入的内容)，回显功能打开以后输入
“AAAA”，如图18所示：
图18 通过UART3向电脑发送“AAAA”
图18中的“AAAA”相当于开发板通过UART3向电脑发送“AAAA”，那么COM9就会接收
到“AAAA”，SecureCRT中COM9收到的数据如图19所示：
图19 电脑接收到开发板发送过来的数据
可以看出，开发板通过UART3向电脑发送数据正常，那么接下来就测试开发板数据接
收功能。
2、接收测试
接下来测试开发板的UART3接收功能，同样的，要先打开SecureCRT上COM9的本地
回显，否则的话你在COM9上输出的内容会看不到，但是实际上是已经发送给了开发
板。选中SecureCRT的Options->SessionOptions->Adavnced，打开回话配置界面，
然后选中“Localecho”，如图20所示：
图20 电脑向开发板发送“BBBB”
SecureCRT设置好以后向开发板发送一个“BBBB”，在SecureCRT的COM9上输入
“BBBB”，如图21所示：
图21 电脑向开发板发送“BBBB”
此时开发板的minicom就会接收到发送过来的“BBBB”，如图22所示：
图22 开发板接收到发送过来的数据
UART3收发测试都没有问题，说明我们的UART3驱动工作正常。如果要退出minicom
的话，在minicom通信界面按下CRTL+A，然后按下X来关闭minicom。关于minicom的
使用我们这里讲的很简单，大家可以在网上查找更加详细的minicom使用教程。