Some Serial - 嵌入式串口驱动集合

一个为嵌入式和裸机环境设计的 统一串口驱动集合，提供多种常见串口硬件的高性能、可靠驱动实现。

🎯 项目定位

Some Serial 旨在为嵌入式开发者提供统一的串口通信解决方案，支持多种硬件平台：

• 🔌 统一接口 - 所有驱动使用相同的 API 接口
• 🚀 高性能 - 针对裸机环境优化的零拷贝设计
• 🛡️ 内存安全 - 基于 Rust 类型系统的内存安全保证
• 🔧 易于扩展 - 模块化设计，轻松添加新的驱动支持

🚀 核心特性

通用架构特性

• 🏗️ 统一抽象接口 - 基于 rdif-serial 的统一串口抽象
• 🛡️ 无标准库设计 (no_std) - 适用于裸机和嵌入式系统
• 📦 模块化架构 - 每个驱动独立模块，按需选择
• 🔒 类型安全 - 使用 Rust 类型系统确保内存安全
• 🧪 全面测试 - 包含完整的测试套件，覆盖各种使用场景

驱动功能特性

• ⚡ 中断驱动 - 支持 TX/RX 中断，提供高效异步通信
• 📊 FIFO 支持 - 硬件 FIFO 缓冲，可配置触发级别
• 🎛️ 灵活配置 - 支持波特率、数据位、停止位、奇偶校验配置
• 🔄 回环测试 - 内置回环模式支持，便于测试和调试
• 📈 性能优化 - 零拷贝数据传输，直接硬件访问

🔌 支持的驱动类型

当前支持

• ✅ ARM PL011 UART - ARM PrimeCell UART (PL011)

  • 广泛用于 ARM Cortex-A、Cortex-M、Cortex-R 系列
  • 支持 FIFO、中断、回环等完整功能
  • 适用于树莓派、STM32 等 ARM 平台

• ✅ NS16550/16450 UART - 经典串口控制器系列

  • NS16550Mmio - 内存映射 I/O 版本（通用嵌入式平台）
  • NS16550Pio - 端口 I/O 版本（x86_64 架构）
  • 支持 16 字节 FIFO 缓冲和中断驱动
  • 广泛兼容 PC 兼容串口设备和嵌入式系统

计划支持

• 🚧 更多 ARM UART 驱动 - 扩展 ARM 平台支持
• 🚧 RISC-V 平台适配 - 支持 RISC-V 嵌入式系统

🚀 快速开始

添加依赖

在你的 Cargo.toml 中添加：

[dependencies]
some-serial = "0.1.0"

单对象 polling 使用

concrete 驱动直接持有寄存器和状态；allocator 初始化前的 early console 通过 PollingUart 轮询收发，不需要 Box、trait object、软件队列或内部锁。

use core::ptr::NonNull;
use some_serial::{
    Config, DataBits, Parity, PollingUart as _, StopBits, UartPort as _,
    ns16550::Ns16550,
};

let base_addr = NonNull::new(0x9000000 as *mut u8).unwrap();
let mut uart = Ns16550::new_mmio(base_addr, 1_843_200, 1);

let config = Config::new()
    .baudrate(115200)
    .data_bits(DataBits::Eight)
    .stop_bits(StopBits::One)
    .parity(Parity::None);

uart.startup(&config).expect("Failed to configure UART");
uart.enable_loopback();

let test_data = b"Hello, Serial!";
let mut sent = 0;
while sent < test_data.len() {
    let status = uart.poll_status();
    if !status.tx_ready() {
        core::hint::spin_loop();
        continue;
    }
    uart.write_byte(test_data[sent]);
    sent += 1;
}
println!("Sent {} bytes", sent);

let mut buffer = [0u8; 64];
let mut received = 0;
while received < buffer.len() {
    let status = uart.poll_status();
    let Some(result) = uart.read_byte(status) else {
        break;
    };
    buffer[received] = result.expect("Failed to receive");
    received += 1;
}
println!("Received {} bytes: {:?}", received, &buffer[..received]);

驱动选择示例

根据硬件平台和访问方式选择合适的驱动：

use core::ptr::NonNull;

#[cfg(target_arch = "x86_64")]
let mut uart = some_serial::ns16550::Ns16550::new_port(0x3f8, 1_843_200);

#[cfg(target_arch = "aarch64")]
let mut uart = some_serial::pl011::Pl011::new(
    NonNull::new(0x9000000 as *mut u8).unwrap(),
    24_000_000,
);

#[cfg(not(any(target_arch = "aarch64", target_arch = "x86_64")))]
let mut uart = some_serial::ns16550::Ns16550::new_mmio(
    NonNull::new(0x40000000 as *mut u8).unwrap(),
    16_000_000,
    1,
);

高级功能

中断驱动通信

use rdif_serial::{Config, SplitUart as _, UartIrq as _, UartPort as _};
use some_serial::pl011::Pl011;

// 运行时取得两个不可克隆、职责互斥的端点。
let uart = Pl011::new(base_addr, clock_freq);
let parts = uart.split();
let mut port = parts.port;
let mut irq = parts.irq;
port.startup(&Config::new().baudrate(115200)).unwrap();

// IRQ callback 只 ACK/mask 并发布事件，不读写 FIFO。
if let Some(event) = irq.handle() {
    // 维护线程根据 event 通过 port 处理数据，完成后调用 port.rearm(event.rearm)。
}

平台检测与适配

需要运行时动态分发的 rdrive/Starry 路径应在驱动探测层调用 SplitUart::split()，并且 仅在那里把两个端点分别擦除为 Box<dyn UartPort> 与 Box<dyn UartIrq>。软件队列、 维护线程、IRQ 注册、wait queue 和 poll source 均由 OS runtime 提供；some-serial 不包含这些调度策略。

use core::ptr::NonNull;
use rdif_serial::{Config, SplitUart as _, UartPort as _};
use some_serial::ns16550::Ns16550;

let uart = Ns16550::new_mmio(
    NonNull::new(0x40000000 as *mut u8).unwrap(),
    16_000_000,
    1,
);
let parts = uart.split();
let mut port = parts.port;
port.startup(&Config::new().baudrate(115200)).unwrap();

let accepted = port.write_tx(b"runtime serial\n");
assert!(accepted <= b"runtime serial\n".len());

平台特定配置获取

fn get_platform_uart_config() -> Result<(*mut u8, u32), &'static str> {
    #[cfg(target_arch = "aarch64")]
    {
        // ARM 平台常见配置
        Ok((0x9000000 as *mut u8, 24_000_000))
    }

    #[cfg(target_arch = "x86_64")]
    {
        // x86 平台常见配置
        Ok((0x3F8 as *mut u8, 1_843_200))
    }

    #[cfg(not(any(target_arch = "aarch64", target_arch = "x86_64")))]
    {
        // 默认嵌入式配置
        Ok((0x40000000 as *mut u8, 16_000_000))
    }
}

API 文档

配置选项

use some_serial::{Config, DataBits, StopBits, Parity};

let config = Config::new()
    .baudrate(115200)           // 波特率
    .data_bits(DataBits::Eight) // 数据位：5/6/7/8
    .stop_bits(StopBits::One)   // 停止位：1/2
    .parity(Parity::None);      // 校验位：None/Odd/Even/Mark/Space

状态查询

// 查询当前控制配置
let current_baudrate = uart.baudrate();
let data_bits = uart.data_bits();
let stop_bits = uart.stop_bits();
let parity = uart.parity();

// 查询 I/O 就绪事件
let event = uart.poll_status();
let can_write = event.tx_ready();

测试

这个库包含了一个全面的测试套件，使用 bare-test 框架在裸机环境中运行。

运行测试

# 安装 ostool 用于裸机测试
cargo install ostool

# 运行测试
cargo test --test test --  --show-output
# 真机测试
cargo test --test test --  --show-output --uboot

测试覆盖

• 基础回环测试 - 验证基本的发送/接收功能
• 资源管理测试 - 验证 RAII 和资源生命周期
• 配置测试 - 验证各种配置选项
• 中断测试 - 验证中断功能和掩码控制
• 压力测试 - 高频数据传输测试
• 多模式测试 - 不同数据模式的测试

性能特性

• 低延迟 - 直接硬件寄存器访问
• 高吞吐量 - FIFO 支持提高传输效率
• 内存效率 - 零拷贝数据传输
• 中断优化 - 最小化中断处理开销

许可证

本项目采用以下许可证：

• MIT License
• Apache License 2.0

你可以选择其中任何一个许可证使用本项目。

🤝 贡献指南

我们欢迎社区贡献！以下是贡献方式：

添加新驱动支持

1. 创建驱动模块：在 src/ 目录下创建新的驱动文件
2. 拆分运行时端点：驱动实现 SplitUart，数据面实现 UartPort，中断面实现 UartIrq
3. 添加测试：为新驱动编写完整的测试套件
4. 更新文档：在 README 中添加驱动说明和使用示例
5. 提交 PR：详细描述新驱动的功能和使用方法

参考实现

可以参考现有的 src/pl011.rs 作为新驱动的实现模板：

// 新驱动的基本结构示例
pub struct NewDriver {
    // 驱动寄存器句柄、时钟和配置状态
}

impl SplitUart for NewDriver {
    // 将共享寄存器 core 拆成 task-owned port 与 IRQ-owned endpoint。
}

📚 相关资源

技术文档

• ARM PL011 Technical Reference Manual - PL011 硬件规格
• rdif-serial - 统一串口接口抽象
• bare-test - 裸机测试框架

硬件参考

• 16550/16450 UART 数据手册 - 经典串口控制器

致谢

感谢所有为嵌入式串口通信生态系统做出贡献的开发者和项目！

更新日志

v0.1.0 (2024-01-XX)

• ✨ 初始发布 - 嵌入式串口驱动集合
• ✅ 完整的 ARM PL011 UART 支持
• ✅ 新增 NS16550/16450 UART 驱动支持
  • ✅ NS16550Mmio - 内存映射 I/O 版本
  • ✅ NS16550Pio - 端口 I/O 版本（x86_64）
  • ✅ 支持 FIFO、中断、回环等完整功能
• ✅ 基于 rdif-serial 的统一接口抽象
• ✅ 中断驱动通信和 FIFO 功能
• ✅ 全面测试套件和文档
• ✅ 性能优化和类型安全改进
• 🏗️ 模块化架构，支持多平台驱动选择

未来计划

• 🎯 扩展更多 ARM UART 驱动支持
• 🎯 RISC-V 平台适配
• 🎯 更多性能优化和功能特性