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先前分析了 Linux 入口地址和 Linux 系統(tǒng)啟動(dòng)流程，本文詳細(xì)分析一下 Linux 啟動(dòng)流程中的 console_init 終端初始化函數(shù)。

上兩篇文章如下：

Linux 內(nèi)核入口分析

手把手教你分析 Linux 啟動(dòng)流程

講解終端初始化之前我們先講解一個(gè)概念：tty

在Linux系統(tǒng)中，終端是一類字符型設(shè)備，它包括多種類型，通常使用tty來(lái)簡(jiǎn)稱各種類型的終端設(shè)備。我們一般分為三類：

串口終端(/dev/ttyS*)

串口終端是使用計(jì)算機(jī)串口連接的終端設(shè)備。Linux 把每個(gè)串行端口都看作是一個(gè)字符設(shè)備。這些串行端口所對(duì)應(yīng)的設(shè)備名稱是 /dev/ttySAC0;/dev/ttySAC1……

控制臺(tái)終端(/dev/console)

在Linux系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備通常被稱為控制臺(tái)終端(Console)，這里特指printk信息輸出到的設(shè)備。/dev/console是一個(gè)虛擬的設(shè)備，它需要映射到真正的tty(物理終端)上，比如通過(guò)內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)” console=ttySAC0”就把console映射到了串口0。

虛擬終端(/dev/tty*)

當(dāng)用戶登錄時(shí)，使用的是虛擬終端。使用Ctcl+Alt+[F1—F6]組合鍵時(shí)，我們就可以切換到tty1、tty2、tty3等上面去。tty1–tty6等稱為虛擬終端，而tty0則是當(dāng)前所使用虛擬終端的一個(gè)別名。

console_init 分析

Linux 啟動(dòng)函數(shù) start_kernel 會(huì)調(diào)用 console_init 函數(shù)。

linux4.14/kernel/printk/printk.c

linux4.14/drivers/tty/n_tty.c

我們可以看到，console_init 主要做了兩件事情：

1、n_tty_init 主要調(diào)用 tty_register_ldisc(N_TTY, &n_tty_ops) 注冊(cè) tty 線路規(guī)程。

call = __con_initcall_start; 
 while (call < __con_initcall_end) { 
  (*call)(); 
  call++; 
 } 

這里主要是調(diào)用 __con_initcall_start 到 __con_initcall_end 之間的函數(shù)。

__con_initcall_start 和 __con_initcall_end 定義在:

linux4.14/include/asm-generic/vmlinux.lds.h

中間包含了 .con_initcall.init 段：

linux4.14/include/linux/init.h

我們通過(guò) console_init 聲明的驅(qū)動(dòng)模塊，就會(huì)出現(xiàn)在這個(gè)段中，被調(diào)用。普通我們聲明的驅(qū)動(dòng)模塊都是使用 module_init，如果我們寫的是串口驅(qū)動(dòng)，可以使用console_init 聲明。

如果要看具體中間有什么函數(shù)，可以查看編譯 Linux 內(nèi)核的輸出 System.map 文件，這個(gè)文件記載了從頭到尾 Linux 干了什么，具體的地址存儲(chǔ)了什么東西。

System.map 文件默認(rèn)在編譯后的 Linux 內(nèi)核根目錄下， 當(dāng)然我們也可以修改到其他目錄。

這里會(huì)有三列：地址，區(qū)，函數(shù)名字。

如果后面我們使用 console_init(serial_5685_xxxx)去聲明我們的驅(qū)動(dòng)，那么這個(gè) serial_5685_xxxx 就會(huì)出現(xiàn)在 __con_initcall_start 和 __con_initcall_end 之間，就會(huì)被調(diào)用。

initcall機(jī)制

注意上述流程，我們來(lái)理解一下 initcall 機(jī)制：

普通我們寫一個(gè)程序，想要它被調(diào)用，需要在主流程中調(diào)用這個(gè)函數(shù)，才算被調(diào)用。

那么這種方式如果放在 Linux 中，是難以想象的，我們自己寫的代碼要在多少個(gè)地方聲明。

而你如果采用initcall機(jī)制，意思就是說(shuō)，你使用一個(gè)字符串聲明你的驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù)，那么所有的驅(qū)動(dòng)初始化函數(shù)都存在內(nèi)存中一個(gè)連續(xù)的段中，系統(tǒng)啟動(dòng)以后，會(huì)從這個(gè)段的第一個(gè)函數(shù)開(kāi)始，一個(gè)一個(gè)遍歷，進(jìn)而一個(gè)一個(gè)調(diào)用，這就是 initcall 機(jī)制。這就是為什么我們寫驅(qū)動(dòng)只需要使用 module_init 聲明，編譯進(jìn)去即可自動(dòng)被調(diào)用的原因!!!

System.map

編譯后的內(nèi)核根目錄 System.map 文件記載了所有的驅(qū)動(dòng)加載順序，如果你不確定驅(qū)動(dòng)的加載順序，在這里查看就可以，每次編譯 Linux 內(nèi)核就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的 System.map。

tty 驅(qū)動(dòng)

我們不要把 tty 驅(qū)動(dòng)和 串口驅(qū)動(dòng) 弄混了，tty 驅(qū)動(dòng)架構(gòu)如下：

其中 tty driver 等價(jià)于我們普通寫的驅(qū)動(dòng)，可以自己寫。

也就是說(shuō)，在 tty 驅(qū)動(dòng)框架主要有三層：tty core、tty line discipline、tty driver，另外最上層是用戶空間，最下層是硬件。

tty core 稱之為 tty 核心，主要作用是向用戶提供統(tǒng)一的接口。

tty line discipline 稱之為 tty 線路規(guī)程，主要從上下兩層接收數(shù)據(jù)，并按照一定協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，比如 ppp 或者藍(lán)牙協(xié)議，這樣你的 tty 終端就不止可以用普通的串口，還可以通過(guò)其他協(xié)議訪問(wèn)到我們的系統(tǒng)。比如手機(jī)鏈接 PCB 板子的 WiFi 接入系統(tǒng)控制終端，輸入 ls、cd 等命令。這一層并不是必須的，你可以直接使用驅(qū)動(dòng)和 tty core 進(jìn)行通信，但一般這一層都會(huì)有。

tty driver 就是我們常說(shuō)的串口驅(qū)動(dòng)。

在 console_init 函數(shù)中，它做的兩件事，就是注冊(cè) tty 線路規(guī)程，注冊(cè) tty 驅(qū)動(dòng)，tty 核心是包含在內(nèi)核當(dāng)中的。tty 線路規(guī)程和 tty 驅(qū)動(dòng)可以有很多個(gè)。

有的人會(huì)有疑問(wèn)，為什么有了 tty 驅(qū)動(dòng)了，還會(huì)有一個(gè) tty 線路規(guī)程。得益于 Linux 模塊化的思想，這里主要是為了分層與隔離。tty 驅(qū)動(dòng)只和硬件相關(guān)，只解析基本的硬件信息，把硬件信息轉(zhuǎn)換成字符。所有的對(duì)字符的進(jìn)一步處理包括加入藍(lán)牙協(xié)議傳輸，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等都放在 tty 線路規(guī)程當(dāng)中。這樣 tty 驅(qū)動(dòng)是可以完美復(fù)用和移植的。

分享一張彭大佬的圖，本文我只講了概念，彭大佬講解過(guò) tty 源碼：

這里只需要注意一點(diǎn)，在右下角，tty driver 是沒(méi)有 read 函數(shù)的，tty driver 層有 buffer，輸入的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)在 buffer 中，被讀取。

原因很簡(jiǎn)單，對(duì)于 tty 來(lái)說(shuō)，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備不是同一個(gè)設(shè)備，輸入設(shè)備是鍵盤，輸出設(shè)備是屏幕，這和普通的 IIC、SPI 驅(qū)動(dòng)同一個(gè)設(shè)備不一樣。因此在設(shè)計(jì)上 tty driver 沒(méi)有 read 函數(shù)。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)」