浅析ttyUSB驱动usb_serial_driver-ch341

浅析ttyUSB驱动usb_serial_driver-ch341sudo insmod /lib/modules/2.6.22-14-generic/kernel/drivers/usb/serial/usbserial.ko vendor=0x8086 product=0xd001安装之后可以通过ttyUSBx与任何usb设备进行数据传输，但是如果usb设备端接收pc下发的数据速度跟不上，比如设备端可能需要处理pc下发的数据用掉一段时间，这时tty->driver->write(tty, b, nr);可能返回0，也就是在执行usb_serial_generic_write()函数时，因为port->write_urb_busy = 1;发送正繁忙，进而会执行schedule让出cpu，虽然使用usbserial.ko模块可以与任何usb设备进行通信，但是当进行大量数据传输时，速度并不乐观，下面会做一个粗略的分析，找到了速度慢的原因，和一个保守的解决方案[gliethttp_20080526]。usb_register(&ch341_driver)->含有如下两行语句，drvwrap.driver.bus = &usb_bus_type;drvwrap.driver.probe = usb_probe_interface;usb总线发现硬件之后，会在恰当的时候调用__driver_attach()函数，__driver_attach()会调用usb_bus_type.match(),对于usb设备一定返回成功,然后执行really_probe(dev, drv);暂时将dev->driver = drv;之后执行device_driver->probe函数,对于usb总线上的设备就是调用usb_probe_interface，usb_probe_interface函数会搜索所有usb总线上挂接的usb_driver驱动，检查是否和该dev设备的id匹配，如果匹配，那么调用usb_driver->probe()函数，对于usbserial驱动来说，就是调用usb_serial_probe，在该函数中如果usbserial所属的usb_serial_driver驱动包含probe函数,那么调用之，对于ch341没有，在usb_serial_probe函数中分配完port对应的管道缓冲区之后，执行usb_serial_driver->attach()函数，对于ch341来说就是ch341_attach，使用control控制管道，发送波特率设置参数给ch341串口设备，紧接着调用get_free_serial (serial, num_ports, &minor)；该函数会查找serial_table[i]的空缺位置，然后serial->minor = minor;于是serial有了次设备号minor,应用程序会调用serial_open()->serial->type->open(port, filp);也就是ch341_open详细的打开serial串口,对于ch341，就是将波特率配置值发送给串口ch341设备而已，用户调用serial_write()来向ch341发送串口数据,serial_write()会调用port->serial->type->write(port, buf, count);因为ch341没有定义自己的write写函数，所以会调用usb_serial_generic_write函数实现具体的发送操作，但每次最多只能发送一个输出端点大小的数据，具体发送流程是这样的：sys_write()->vfs_write()->drivers/char/tty_io.c->tty_fops.tty_write()->do_tty_write()->tty_ldisc_N_TTY.write_chan()->调用tty->driver->write(tty, b, nr)->serial_write(struct tty_struct * tty, const unsigned char *buf, int count)->port->serial->type->write(port, buf, count)->usb_serial_generic_write()对于open的安装过程简单来说是这样的sys_open()->tty_open()->然后设置操作函数集filp->f_op = &tty_fops;这样操作函数集tty_fops会调用ch341的驱动，因为ch341没有设置read和write函数，所以对于ch341的ttyUSBx写操作，最终调用usb_serial_generic_write，同理读调用usb_serial_generic_read，对于generic类型串口读写函数，每次最大收发字节数为相应端点的端点大小，tty_write会检测所有的counts待收发数据是否全部完成，如果循环完成了，tty_write返回，进而vfs_write返回，进而sys_write返回，于是read()和write()对于usb_serial串口发送数据速度超级慢，不是因为usb_serial_generic_write函数速度慢，它的速度已经是全速了，问题主要出在调用usb_serial_generic_write函数的上级函数中，主要原因在这里：do_tty_write()...chunk = 2048;...    /* Do the write .. */    for (;;) {        size_t size = count;        if (size > chunk)            size = chunk;        ret = -EFAULT;        if (copy_from_user(tty->write_buf, buf, size))            break;        lock_kernel();        ret = write(tty, file, tty->write_buf, size);//gliethttp_20080526//write就是//write_chan()，在write_chan函数中//while (1) {// while (nr > 0) {// c = tty->driver->write(tty, b, nr);//因为pc主机速度很快，所以c经常会等于0，说明上一次提交的发送数据还没有发送完毕，busy中，所以返回0// if (c// retval = c;// goto break_out;// }// if (!c)// break;// b += c;// nr -= c;// }// schedule();//当c==0时，也就是usb通信管道繁忙时，将会执行schedule//}//对于ch341或者其他的usbserial硬件,c等于out端点大小，一般为16字节或者64字节，大多数等于0，//所以上面copy_from_user(tty->write_buf, buf, size)拷贝了2k的数据，//将在write(tty, file, tty->write_buf, size);中以端点大小为单位，通过tty->driver->write一组组的循环发送出去//当c==0时，也就是usb通信管道繁忙时，将会执行schedule，内核调度出本task之后，什么时候返回是未知的，因为当前//的task没有等待任何事件，所以属于变相告诉kernel，“我现在闲的很，什么事情都没有了，kernel你让其他task执行吧，//如果没有任何人需要cpu的时候，你就回过头来看看我，不用把我放在心上了”，而事实上本task还有很多数据在堆积，等待发送处理，//但就是因为没有使用wakeup之类的咚咚机制，来等待事件完成后的即时唤醒，傻傻的让出cpu，//所以当连续发送大量数据的时候，这种切换出去、切换回来时间不确定性会导致速度指数级下降！//所以我觉得，在tty->driver->write(tty, b, nr)中使用信号等待机制，等待数据发送完毕，这将使得数据发送速度指数级提升！//或者直接使用usb_bulk_msg完成1个端点大小数据发送，这样可以一直等到数据发送完毕！        unlock_kernel();        if (ret = 0)            break;        written += ret;        buf += ret;        count -= ret;        if (!count)            break;        ret = -ERESTARTSYS;        if (signal_pending(current))            break;        cond_resched();//为了均衡系统，尝试调度出自己，这是在为系统的其他线程做好事，这样的不霸道行为也是降低速度的原因之一！    }因为是内核研读笔记，比较凌乱，凑活了[gliethttp_20080526]