uart 驱动之用户发送与中断发送的互斥

linux 内核中  发送环在判空等操作时，如何确保 原子性。用户在调用写接口写数据时，head的值会变动，而此时在中断里面判空，如何保证准确性。

1） 例如 驱动代码，中断发送的代码  serial-tegra.c    drivers\tty\serial    

static void tegra_uart_fill_tx_fifo(struct tegra_uart_port *tup, int max_bytes)
{
  struct circ_buf *xmit = &tup->uport.state->xmit;
  int i;

  for (i = 0; i < max_bytes; i++) {
    BUG_ON(uart_circ_empty(xmit));    //这里判空，也没有保护，如果head此时增加了？
    if (tup->cdata->tx_fifo_full_status) {
      unsigned long lsr = tegra_uart_read(tup, UART_LSR);
      if ((lsr & TEGRA_UART_LSR_TXFIFO_FULL))
        break;
    }
    tegra_uart_write(tup, xmit->buf[xmit->tail], UART_TX);
    xmit->tail = (xmit->tail + 1) & (UART_XMIT_SIZE - 1);  //驱动取数据，从tail获取
    tup->uport.icount.tx++;
  }
}

2） uart写缓存的代码, (serial_core.c    drivers\tty\serial   )  ，这里对整个写入过程都加了锁。

static int uart_write(struct tty_struct *tty,
          const unsigned char *buf, int count)
{
  struct uart_state *state = tty->driver_data;
  struct uart_port *port;
  struct circ_buf *circ;
  unsigned long flags;
  int c, ret = 0;

  /*
   * This means you called this function _after_ the port was
   * closed.  No cookie for you.
   */
  if (!state) {
    WARN_ON(1);
    return -EL3HLT;
  }

  port = uart_port_lock(state, flags);  //这里加锁了
  circ = &state->xmit;
  if (!circ->buf) {
    uart_port_unlock(port, flags);
    return 0;
  }

  while (port) {
    c = CIRC_SPACE_TO_END(circ->head, circ->tail, UART_XMIT_SIZE);
    if (count < c)
      c = count;
    if (c <= 0)
      break;
    memcpy(circ->buf + circ->head, buf, c);
    circ->head = (circ->head + c) & (UART_XMIT_SIZE - 1);
    buf += c;
    count -= c;
    ret += c;
  }

  __uart_start(tty);
  uart_port_unlock(port, flags); //到这里才释放锁  
  return ret;
}

#define uart_port_lock(state, flags)          \
  ({                \
    struct uart_port *__uport = uart_port_ref(state); \   //此处为锁的代码也是uart_port中的lock
    if (__uport)            \
      spin_lock_irqsave(&__uport->lock, flags);  \
    __uport;            \
  })

3） 回到中断的话题，在中断处理的入口代码

static irqreturn_t tegra_uart_isr(int irq, void *data)
{
  struct tegra_uart_port *tup = data;
  struct uart_port *u = &tup->uport;
  unsigned long iir;
  unsigned long ier;
  bool is_rx_start = false;
  bool is_rx_int = false;
  unsigned long flags;

  spin_lock_irqsave(&u->lock, flags);  //这里加锁了，采用的uart_port的lock
  while (1) {
    iir = tegra_uart_read(tup, UART_IIR);
    if (iir & UART_IIR_NO_INT) {
      if (!tup->use_rx_pio && is_rx_int) {
        tegra_uart_handle_rx_dma(tup);
        if (tup->rx_in_progress) {
          ier = tup->ier_shadow;
          ier |= (UART_IER_RLSI | UART_IER_RTOIE |
            TEGRA_UART_IER_EORD | UART_IER_RDI);
          tup->ier_shadow = ier;
          tegra_uart_write(tup, ier, UART_IER);
        }
      } else if (is_rx_start) {
        tegra_uart_start_rx_dma(tup);
      }
      spin_unlock_irqrestore(&u->lock, flags);  这里释放锁了，采用的uart_port的lock
      return IRQ_HANDLED;
    }

case 1: /* Transmit interrupt only triggered when using PIO */
      tup->ier_shadow &= ~UART_IER_THRI;
      tegra_uart_write(tup, tup->ier_shadow, UART_IER);
      tegra_uart_handle_tx_pio(tup);   //这里受此锁保护，此处为第一段代码的入口
      break;

综上所述，在用户层发送接口 和中断驱动的发送接口中，都是通过 uart_port结构体中lock 锁代码进行互斥访问的。获取锁的位置：1） 中断处理的入口  2） 写函数的入口。

第二个问题：

在有些操作系统中，即使采用spin_lock_irq，号称禁止中断，但是tx 发送中断在用户进行数据发送时依然会产生，这就导致：

    用户进程A在通过串口写数据时，已经获得spin_lock_irq 自旋锁，并进行数据发送。由于默认发送中断打开，导致数据发送后，进入中断发送的流程中，而中断发送抢占了用户进程A，且中断处理也想获得spin_lock_irq自旋锁，此时就死锁了。

     

     在串口发送的过程中，在通用的接口start_tx中，也即uart_core层的代码：

static void __uart_start(struct tty_struct *tty)
{
  struct uart_state *state = tty->driver_data;
  struct uart_port *port = state->uart_port;

  if (port && !uart_tx_stopped(port))
    port->ops->start_tx(port);
}

通常在底层串口驱动层会使能发送中断，例如：

static void ar933x_uart_start_tx(struct uart_port *port)
{
  struct ar933x_uart_port *up =
    container_of(port, struct ar933x_uart_port, port);

  ar933x_uart_start_tx_interrupt(up);
}

那么这里有个问题，即stop_tx的调用时机是在哪里？

理论上讲，在发送数据前调用，禁止发送中断，以保证用户发送。具体要看tty相关代码了

static const struct tty_operations uart_ops = {
  .install  = uart_install,
  .open   = uart_open,
  .close    = uart_close,
  .write    = uart_write,
  .put_char = uart_put_char,
  .flush_chars  = uart_flush_chars,
  .stop   = uart_stop,