Написание дополнительного уровня ядра для драйвера UART

Вопрос или проблема

Я хочу использовать существующий API/модуль ядра для создания абстракции уровня пакетов для приложения пользовательского пространства, чтобы передавать “пакеты” через интерфейс UART.

Итак, намерение состоит в создании модуля ядра, который выполняет следующее

Использует другой модуль для чтения байтов UART (я не уверен, что мне следует использовать, я вижу, что доступен “usbserial”, но не уверен, можно ли его расширить таким образом)
После чтения определенного количества байтов производит некоторые вычисления, такие как crc, тип и т.д. А затем передает пакет в программу пользовательского пространства
Программа пользовательского пространства может использовать механизм опроса, чтобы получить уведомление, а затем прочитать весь пакет.

Как я могу построить нечто подобное? У меня есть проблемы с соединением частей, и Google/ChatGPT не помогает. Любой пример, который делает что-то подобное, был бы отличным, спасибо!

правка:
Под пакетом я имею в виду внутреннюю структуру данных, не имеющую отношения к каким-либо другим протоколам.

Ответ или решение

Создание дополнительного уровня ядра для драйвера UART: Полное руководство

Введение

Разработка абстракции пакетного уровня для пользовательского приложения через интерфейс UART — это задача, которая требует разумного проектирования и глубокого понимания как пользовательского пространства, так и ядра операционной системы. В этой статье мы рассмотрим, как создать модуль ядра, который будет обрабатывать данные, получаемые через UART, выполнять необходимые вычисления и передавать готовые пакеты в пользовательское пространство.

Шаг 1: Выбор подходящего модуля для чтения байтов UART

Для начала, вам следует определить, какой модуль драйвера использовать для работы с UART-данными. Одним из вариантов является использование имеющегося драйвера usbserial, который может быть настроен для работы с USB-UART адаптерами. Однако важно помнить, что вам может потребоваться модификация этого драйвера или создание нового, чтобы удовлетворить ваши специфические требования.

Кроме usbserial, существуют и другие драйверы для UART, такие как tty и конкретные драйверы для ваших устройств. Исследуйте, какой из драйверов лучше всего подходит для вашей платформы и требований.

Шаг 2: Реализация логики обработки данных

После выбора драйвера, следующий шаг — реализация логики обработки данных. Создайте модуль ядра, который будет слушать данные, поступающие через UART. Ваша задача заключается в следующем:

Чтение определенного количества байтов.
Выполнение необходимых вычислений, таких как контрольная сумма (CRC) и определение типа данных.
Формирование внутренней структуры данных, представляемой как "пакет", с учетом спецификаций вашего приложения.

Для реализации этой логики вы можете использовать интерфейс tty для работы с символьными устройствами. Следующий простой пример показывает, как можно начать:

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/tty_flip.h>

static void my_uart_receive(struct tty_struct *tty, const unsigned char *data, int count)
{
    // Логика обработки данных
}

static int my_uart_open(struct tty_struct *tty)
{
    // Подключение к UART и настройка
    return 0;
}

static int my_uart_close(struct tty_struct *tty)
{
    return 0;
}

Эта реализация предоставляет базовую структуру для обработки и открытия UART-соединения. Вам потребуется доработать логику обработки данных, включая вычисление CRC и формирование пакетов.

Шаг 3: Передача пакетов в пользовательское пространство

Для передачи данных в пользовательское пространство есть несколько опций. Одним из самых распространенных подходов является использование механизма poll, который позволяет пользователям ждать событий от ядра.

Вы можете зарегистрировать файл-операции для вашего устройства и реализовать методы poll() и read():

static unsigned int my_uart_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
    // Логика определения доступности данных
}

// Метод для чтения пакета
static ssize_t my_uart_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
    // Логика чтения данных
}

Метод poll() будет уведомлять пользовательское приложение, когда данные готовы для чтения. Затем, пользовательское приложение может вызвать read(), чтобы извлечь данные, которые вы предварительно сформировали в пакеты.

Заключение

Создание пакета данных для передачи через UART в пользовательское пространство — это сложный, но управляемый процесс. Ключевыми этапами являются правильный выбор модуля для чтения данных, реализация логики обработки и информирование пользовательского пространства о готовности данных.

По мере разработки вашего модуля обязательно проводите множество тестов, чтобы убедиться, что данные обрабатываются корректно, и что производительность соответствует требованиям вашего приложения. Эффективная работа с драйверами требует внимательности и терпения, но в результате вы получите мощную систему, способную обрабатывать данные в реальном времени.