内核模块读取 uart 数据

[anytk]

目前在研究一个高精度 IMU ，接口是 GPIO 和 422 串口，数据率每秒 500 帧。现在要读取数据以及数据的精确时刻用来同步，正在用一个 ARM 板读取数据，GPIO 已经写了一个内核模块来抓取同步信号时刻了，运行 Ok ，现在 Uart 这边不知道怎么搞，看了半天内核文档还是有点懵。

初步感觉最简单的是要写一个新的 tty line discipline 模块来接数据帧和时刻，但是考虑 tty 到 ldisc 存在延迟。又不想去重新写 uart driver ，这里都是 dma 和寄存器，而且和芯片强相关。又看到 low level serial api, 但是没什么例子可以参考。所以想问问这样内核模块怎么写？

PS:不要吐槽为啥不用单片机，是真不会单片机。

[XiaoJSoft]

这种需求感觉对接 TTY 的接口不太合适诶，而且也不知道具体是谁家的 SoC ，这种给出具体建议其实有点费劲...
不过既然是 Arm 的话，要不这样，在 UART RX 的 ISR 里面记一下 SysTick 定时器的值，中断优先级看看能不能调高点，DMA 也可以先不管，直接在 RX 中断里面把 FIFO 全读了，和时间戳一起存到自己维护的 Ring Buffer 里面，想办法通知用户空间来取数据（ Watch queue?）
要是不想自己搞 ringbuf ，那就参考 TUN/TAP 或者 SocketCAN ，模拟一个网络设备，只不过这样的话就得把数据包分帧的这部分逻辑怼到 ko 里了...

[anytk]

@XiaoJSoft 感谢回复。
这样就复杂了，就是不大想涉及 uart 驱动部分，只是想着在内核态把能做的数据分帧打时间戳都做了，然后甩给用户态程序处理。就想知道 tty/uart 这个驱动层面能不能像 gpio 那样，直接写给模块注册 irq 中断，可以在最接近硬件数据到达的时刻，用系统时钟打上时间戳。明天先试试注册 ldisc 的方式试试看。

[Licsber]

真实时数据感觉我更喜欢 FPGA 可以看看 GNU Radio 的一些代码 应该有这部分的处理吧 具体没深究过

[duke807]

不会单片机建议学单片机，推荐 stm32g 系列

单片机打好时间戳再发给 linux

不用 mcu 的话，也可以找大小核的 cpu ，小核当 mcu 跑高实时任务，譬如君正 x1600 cpu

另外提一下，我实时 linux 会用 cdbus 这样的数据包（硬件控制器的数据包在内存占用不超过 256 字节），代替 char 型的 tty ，为了实时性整个数据不走 tty 层，驱动直接和用户空间互传数据块。
更高实时性要求，pc 我会接自己的 cdbus 的 pcie 卡，嵌入式会接 spi 接口的 cdbus 控制器，linux 驱动和用户空间直接内存共享，避免数据包重复拷贝。

不改硬件的话，楼主可以自己改串口控制器的驱动，不走 tty 层，驱动直接按块传数据给用户空间，我曾经这么干过，当时内核打过 preemt-rt 补丁。

[XiaoJSoft]

@duke807
其实仔细说来 OP 的要求确实有点很难全方位达到
比如加个 MCU 当下位机这事，确实是理论上最好的解决方案了，但 MCU 也得算钱啊，而且还得改 Layout 、BOM ，除非一开始做硬件的时候就想到了。
我是觉得 UART 这类 Peripheral 的控制器接口基本上没啥太复杂的，自己重新按照芯片手册写个驱动大概不会特别耗费时间，不过 OP 看起来确实不想碰这些鬼东西。当然做得再好一点可以直接 Map 一块空间让 Peripheral 直接 DMA 数据过去，做 zero copy ，不过这个就更复杂了，大概可以不用考虑了。
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不过话说回来... OP 只是想要个 422 物理层上的通信协议啊，这玩意儿撑死 10M ，搞个便宜点的 MCU 来弄这事看起来还是更合适的...
（... 回想起了做 Modbus RTU 时那 1.5/3.5 char time 的噩梦 ...）

[xsen]

每秒 500 帧，那就是 20ms ，那也只能都在内核态做，可以定制一个 422 的驱动，把 gpio 的抓取同步信号加进去
类似是 422 接口+额外的 gpio 口，属于一种非标准的 422 接口，要实现就是这么一个驱动

通过别的方式，如楼上提的 gpio 、422 单独设备（驱动）这种复杂，而且 20ms 还不一定能够保证

其实，最简单的方式就是用个 mcu 来做

[anytk]

最简单的确是 MCU 来做，但是不大想去碰了，本来我也一直以来都做 Linux 应用开发，偶尔需要才小改改 BSP 而已。

不想去重写 uart driver,一部分是硬件 /寄存器 /DMA 这些的确一点经验没有，另外一方面是这部分跟 SOC 强绑定，后面再移植到其他 SOC 又需要改动。我的设想是在 uart driver 和 tty driver/ tty core 这两层，有没有办法获取到数据中断，在这里面处理数据。

今天先试试看，感谢楼上各位回复。
@xsen @duke807 @Licsber @XiaoJSoft

[villivateur]

@anytk
这个用单片机裸写就能解决的事，反正你也得学内核模块编写，不如直接去学一下单片机。会软件开发的人一两天就能上手，很简单的，实在不行先用 Arduino 做。
当然如果要改硬件方案的话，还是死磕内核模块编程吧。

[elmagnificogg]

可能我孤陋寡闻，IMU 的接口是 GPIO 和串口？？ 不保密的话，能说一下名字吗，很奇怪啊
正常至少也得是一个 SPI 或者 I2C 吧？
如果是串口的话，因为这个比较简单，ARM 上这个驱动应该是开源的，很容易就能看到底层实现了。
串口驱动应该是很简单的，应该就是开了个缓冲器，然后用 DMA 去读串口数据，然后搬运到你的缓冲里，最后被外部驱动或者应用读走数据
如果想要非常准的同步的话，建议直接用中断串口，不用 DMA ，DMA 由于要搬运，其实也要花时间

[anytk]

@elmagnificogg 不是小的 mems ，型号霍尼韦尔 4930 ，一大坨那种。我是考虑要跟 soc uart 实现隔离一下，换 soc 方案源码可以基本不改。最终要求精度在百微秒级就差不多了，再高就得上单片机了。