嵌入式Linux串口应用开发

Linux串口编程 1.串口操作需要的头文件#include <stdio.h>//标准输入输出定义#include <stdlib.h>//标准函数库定义#include <unistd.h>//Unix标准函数定义#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h> //文件控制定义#include <termios.h>//POSIX中断控制定义#include <errno.h>//错误号定义2.打开串口串口位于/dev中，可作为标准文件的形式打开，其中：串口1/dev/ttyS0串口2/dev/ttyS1代码如下：intfd;fd=open(“/dev/ttyS0”,O_RDWR);if(fd==-1){Perror(“串口1打开失败！”);}//else//fcntl(fd,F_SETFL,FNDELAY);除了使用O_RDWR标志之外，通常还会使用O_NOCTTY和O_NDELAY这两个标志。O_NOCTTY：告诉Unix这个程序不想成为“控制终端”控制的程序，不说明这个标志的话，任何输入都会影响你的程序。O_NDELAY：告诉Unix这个程序不关心DCD信号线状态，即其他端口是否运行，不说明这个标志的话，该程序就会在DCD信号线为低电平时停止。3.设置波特率最基本的串口设置包括波特率、校验位和停止位设置，且串口设置主要使用termios.h头文件中定义的termios结构，如下：struct termios{tcflag_tc_iflag;//输入模式标志tcflag_tc_oflag;//输出模式标志tcflag_tc_cflag;//控制模式标志tcflag_tc_lflag; //本地模式标志cc_tc_line; //line disciplinecc_tc_cc[NCC];//control characters}代码如下：intspeed_arr[]={B38400,B19200,B9600,B4800,B2400,B1200,B300,B38400,B19200,B9600,B4800,B2400,B1200,B300,};intname_arr[]={38400,19200,9600,4800,2400,1200,300,38400,19200,9600,4800,2400,1200,300,};voidSetSpeed(intfd,intspeed){inti;structtermiosOpt;//定义termios结构if(tcgetattr(fd,&Opt)!=0){perror(“tcgetattrfd”);return;}for(i=0;i<sizeof(speed_arr)/sizeof(int);i++){if(speed==name_arr[i]){tcflush(fd,TCIOFLUSH);cfsetispeed(&Opt,speed_arr[i]);cfsetospeed(&Opt,speed_arr[i]);if(tcsetattr(fd,TCSANOW,&Opt)!=0){perror(“tcsetattrfd”);return;}tcflush(fd,TCIOFLUSH);}}}注意tcsetattr函数中使用的标志：TCSANOW：立即执行而不等待数据发送或者接受完成。TCSADRAIN：等待所有数据传递完成后执行。TCSAFLUSH：Flush input and output buffers and make the change4.设置数据位、停止位和校验位以下是几个数据位、停止位和校验位的设置方法：（以下均为1位停止位）8位数据位、无校验位：Opt.c_cflag &= ~PARENB;Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;Opt.c_cflag &= ~CSIZE;Opt.c_cflag |= CS8;7位数据位、奇校验：Opt.c_cflag |= PARENB;Opt.c_cflag |= PARODD;Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;Opt.c_cflag &= ~CSIZE;Opt.c_cflag |= CS7;7位数据位、偶校验：Opt.c_cflag |= PARENB;Opt.c_cflag &= ~PARODD;Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;Opt.c_cflag &= ~CSIZE;Opt.c_cflag |= CS7;7位数据位、Space校验：Opt.c_cflag &= ~PARENB;Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;Opt.c_cflag &= ~CSIZE;Opt.c_cflag |= CS7;代码如下：intSetParity(intfd,intdatabits,intstopbits,intparity){structtermiosOpt;if(tcgetattr(fd,&Opt)!=0){perror(“tcgetattrfd”);returnFALSE;}Opt.c_cflag|=(CLOCAL|CREAD);//一般必设置的标志switch(databits)//设置数据位数{case7:Opt.c_cflag&=~CSIZE;Opt.c_cflag|=CS7;break;case8:Opt.c_cflag&=~CSIZE;Opt.c_cflag|=CS8;berak;default:fprintf(stderr,”Unsupporteddatasize./n”);returnFALSE;}switch(parity)//设置校验位{case’n’:case’N’:Opt.c_cflag&=~PARENB;//清除校验位Opt.c_iflag&=~INPCK;//enableparitycheckingbreak;case’o’:case’O’:Opt.c_cflag|=PARENB;//enableparityOpt.c_cflag|=PARODD;//奇校验Opt.c_iflag|=INPCK//disableparitycheckingbreak;case’e’:case’E’:Opt.c_cflag|=PARENB;//enableparityOpt.c_cflag&=~PARODD;//偶校验Opt.c_iflag|=INPCK;//disablepairtycheckingbreak;case’s’:case’S’:Opt.c_cflag&=~PARENB;//清除校验位Opt.c_cflag&=~CSTOPB;//??????????????Opt.c_iflag|=INPCK;//disablepairtycheckingbreak;default:fprintf(stderr,”Unsupportedparity./n”);returnFALSE;}switch(stopbits)//设置停止位{case1:Opt.c_cflag&=~CSTOPB;break;case2:Opt.c_cflag|=CSTOPB;break;default:fprintf(stderr,”Unsupportedstopbits./n”);returnFALSE;}opt.c_cflag|=(CLOCAL|CREAD);opt.c_lflag&=~(ICANON|ECHO|ECHOE|ISIG);opt.c_oflag&=~OPOST;opt.c_oflag&=~(ONLCR|OCRNL);//添加的opt.c_iflag&=~(ICRNL|INLCR);opt.c_iflag&=~(IXON|IXOFF|IXANY);//添加的tcflush(fd,TCIFLUSH);Opt.c_cc[VTIME]=0;//设置超时为15secOpt.c_cc[VMIN]=0;//UpdatetheOptanddoitnowif(tcsetattr(fd,TCSANOW,&Opt)!=0){perror(“tcsetattrfd”);returnFALSE;}returnTRUE;}5.某些设置项在第四步中我们看到一些比较特殊的设置，下面简述一下他们的作用。c_cc数组的VSTART和VSTOP元素被设定成DC1和DC3，代表ASCII标准的XON和XOFF字符，如果在传输这两个字符的时候就传不过去，需要把软件流控制屏蔽，即：Opt.c_iflag &= ~ (IXON | IXOFF | IXANY);有时候，在用write发送数据时没有键入回车，信息就发送不出去，这主要是因为我们在输入输出时是按照规范模式接收到回车或换行才发送，而更多情况下我们是不必键入回车或换行的。此时应转换到行方式输入，不经处理直接发送，设置如下：Opt.c_lflag &= ~ (ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);还存在这样的情况：发送字符0X0d的时候，往往接收端得到的字符是0X0a，原因是因为在串口设置中c_iflag和c_oflag中存在从NL-CR和CR-NL的映射，即串口能把回车和换行当成同一个字符，可以进行如下设置屏蔽之：Opt.c_iflag &= ~ (INLCR | ICRNL | IGNCR);Opt.c_oflag &= ~(ONLCR | OCRNL);6.读写串口发送数据方式如下，write函数将返回写的位数或者当错误时为-1。char buffer[1024];int length;int nByte;nByte = write(fd, buffer, length);读取数据方式如下，原始数据模式下每个read函数将返回实际串口收到的字符数，如果串口中没有字符可用，回叫将会阻塞直到以下几种情况：有字符进入；一个间隔计时器失效；错误发送。在打开串口成功后，使用fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY)语句，可以使read函数立即返回而不阻塞。FNDELAY选项使read函数在串口无字符时立即返回且为0。char buffer[1024];int length;int readByte;readByte = read(fd, buffer, len);注意：设置为原始模式传输数据的话，read函数返回的字符数是实际串口收到的字符数。Linux下直接用read读串口可能会造成堵塞，或者数据读出错误，此时可使用tcntl或者select等函数实现异步读取。用select先查询com口，再用read去读就可以避免上述错误。7.关闭串口串口作为文件来处理，所以一般的关闭文件函数即可：close(fd);8.例子这个例子中，需要打开串口1，设置9600波特率、8位数据位、1位停止位以及空校验，之后利用while语句循环判断串口中是否可以读出数据，将串口中数据连续读出后重新写回到串口中。该程序可与minicom联合测试。#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<termios.h>#include<errno.h>main(){intfd;inti;intlen;intn=0;charread_buf[256];charwrite_buf[256];structtermiosopt;fd=open(“/dev/ttyS0”,O_RDWR|O_NOCTTY);//默认为阻塞读方式if(fd==-1){perror(“openserial0/n”);exit(0);}tcgetattr(fd,&opt);cfsetispeed(&opt,B9600);cfsetospeed(&opt,B9600);if(tcsetattr(fd,TCSANOW,&opt)!=0){perror(“tcsetattrerror”);return-1;}opt.c_cflag&=~CSIZE;opt.c_cflag|=CS8;opt.c_cflag&=~CSTOPB;opt.c_cflag&=~PARENB;opt.c_cflag&=~INPCK;opt.c_cflag|=(CLOCAL|CREAD);opt.c_lflag&=~(ICANON|ECHO|ECHOE|ISIG);opt.c_oflag&=~OPOST;opt.c_oflag&=~(ONLCR|OCRNL);//添加的opt.c_iflag&=~(ICRNL|INLCR);opt.c_iflag&=~(IXON|IXOFF|IXANY);//添加的opt.c_cc[VTIME]=0;opt.c_cc[VMIN]=0;tcflush(fd,TCIOFLUSH);printf(“configurecomplete/n”);if(tcsetattr(fd,TCSANOW,&opt)!=0){perror(“serialerror”);return-1;}printf(“startsendandreceivedata/n”);while(1){n=0;len=0;bzero(read_buf,sizeof(read_buf));//类似于memsetbzero(write_buf,sizeof(write_buf));while((n=read(fd,read_buf,sizeof(read_buf)))>0){for(i=len;i<(len+n);i++){write_buf[i]=read_buf[i-len];}len+=n;}write_buf[len]=’/0′;printf(“Len%d/n”,len);printf(“%s/n”,write_buf);n=write(fd,write_buf,len);printf(“write%dchars/n”,n);sleep(2);}}

9.附录c_cflag用于设置控制参数，除了波特率外还包含以下内容： EXTAExternal rate clockEXTBExternal rate clockCSIZEBit mask for data bitsCS55个数据位CS66个数据位CS77个数据位CS88个数据位CSTOPB2个停止位（清除该标志表示1个停止位PARENB允许校验位PARODD使用奇校验（清除该标志表示使用偶校验）CREADEnable receiverHUPCLHangup (drop DTR) on last closeCLOCALLocal line – do not change “owner” of portLOBLKBlock job control outpuc_cflag标志可以定义CLOCAL和CREAD，这将确保该程序不被其他端口控制和信号干扰，同时串口驱动将读取进入的数据。CLOCAL和CREAD通常总是被是能的。c_lflag用于设置本地模式，决定串口驱动如何处理输入字符，设置内容如下：ISIGEnable SIGINTR, SIGSUSP, SIGDSUSP, and SIGQUIT signals ICANONEnable canonical input (else raw) XCASEMap uppercase /lowercase (obsolete) ECHOEnable echoing of input characters ECHOEEcho erase character as BS-SP-BS ECHOKEcho NL after kill character ECHONLEcho NL NOFLSHDisable flushing of input buffers after interrupt or quit characters IEXTENEnable extended functions ECHOCTLEcho control characters as ^char and delete as ~? ECHOPRTEcho erased character as character erased ECHOKEBS-SP-BS entire line on line kill FLUSHOOutput being flushed PENDINRetype pending input at next read or input char TOSTOPSend SIGTTOU for background output

c_iflag用于设置如何处理串口上接收到的数据，包含如下内容：INPCKEnable parity check IGNPARIgnore parity errors PARMRKMark parity errors ISTRIPStrip parity bits IXONEnable software flow control (outgoing) IXOFFEnable software flow control (incoming) IXANYAllow any character to start flow again IGNBRKIgnore break condition BRKINTSend a SIGINT when a break condition is detected INLCRMap NL to CR IGNCRIgnore CR ICRNLMap CR to NL IUCLCMap uppercase to lowercase IMAXBELEcho BEL on input line too longc_oflag用于设置如何处理输出数据，包含如下内容：OPOSTPostprocess output (not set = raw output) OLCUCMap lowercase to uppercase ONLCRMap NL to CR-NL OCRNLMap CR to NL NOCRNo CR output at column 0 ONLRETNL performs CR function OFILLUse fill characters for delay OFDELFill character is DEL NLDLYMask for delay time needed between lines NL0No delay for NLs NL1Delay further output after newline for 100 milliseconds CRDLYMask for delay time needed to return carriage to left column CR0No delay for CRs CR1Delay after CRs depending on current column position CR2Delay 100 milliseconds after sending CRs CR3Delay 150 milliseconds after sending CRs TABDLYMask for delay time needed after TABs TAB0No delay for TABs TAB1Delay after TABs depending on current column position TAB2Delay 100 milliseconds after sending TABs TAB3Expand TAB characters to spaces BSDLYMask for delay time needed after BSs BS0No delay for BSs BS1Delay 50 milliseconds after sending BSs VTDLYMask for delay time needed after VTs VT0No delay for VTs VT1Delay 2 seconds after sending VTs FFDLYMask for delay time needed after FFs FF0No delay for FFs FF1Delay 2 seconds after sending FFsc_cc定义了控制字符，包含以下内容：VINTRInterruptCTRL-C VQUITQuit CTRL-Z VERASE Erase Backspace (BS) VKILL Kill-line CTRL-U VEOF End-of-file CTRL-D VEOL End-of-line Carriage return (CR) VEOL2 Second end-of-line Line feed (LF) VMIN Minimum number of characters to read VSTART Start flow CTRL-Q (XON) VSTOP Stop flow CTRL-S (XOFF) VTIME Time to wait for data (tenths of seconds) 注意：控制符VTIME和VMIN之间有复杂的关系。VTIME定义要求等待的时间（百毫米，通常是unsigned char变量），而VMIN定义了要求等待的最小字节数（相比之下，read函数的第三个参数指定了要求读的最大字节数）。如果VTIME=0，VMIN=要求等待读取的最小字节数，read必须在读取了VMIN个字节的数据或者收到一个信号才会返回。如果VTIME=时间量，VMIN=0，不管能否读取到数据，read也要等待VTIME的时间量。如果VTIME=时间量，VMIN=要求等待读取的最小字节数，那么将从read读取第一个字节的数据时开始计时，并会在读取到VMIN个字节或者VTIME时间后返回。如果VTIME=0，VMIN=0，不管能否读取到数据，read都会立即返回。

6.4.1 串口概述

用户常见的数据通信的基本方式可分为并行通信和串行通信。

并行通信是指利用多条数据传输线将一个资料的各位同时传送。特点是传输速度快，适用于短距离通信，但要求传输速度较高的应用场合。

串行通信是指利用一条传输线将资料一位位的顺序传送。特点是通信线路简单，利用简单的线缆就可以实现通信，减低成本，适用于远距离通信，但传输速度慢的应用场合。常用的串口有RS-232-C接口（全称是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”）。

UART控制器：可以工作在Interrupt（中断）模式或者DMA（直接内存访问）模式。据有１６字节的ＦＩＦＯ（先入先出寄存器），支持最高波特率可达到２３０.４Ｋｂｐｓ。

UART操作：资料发送、资料接收、产生中断、产生波特率、Loopback模式、红外模式及自动流控制模式。

串口设置包括：波特率、起始位数量、数据位数量、停止位数量和流控协议。在此可以配置波特率为115200、起始位为1b、数据位8b、停止位1b和无流控制协议。

串口一、串口二对应设备名依次是“/dev/ttyS0”、“/dev/ttyS1”。

在Linux下对串口的读写可以使用简单的“read”、“write”函数完成，不同的是需要对串口的其它参数另作设置。

6.4.2 串口设置详情

串口设置主要是设置struct termios结构体成员值：

#include<termios.h>

Struct termio

{

unsigned short c_iflag; /*输入模式标志*/

unsigned short c_oflag; /*输出模式标志*/

unsigned short c_cflag; /*控制模式标志*/

unsigned short c_lfag; /*本地模式标志*/

unsigned short c_line; /*line discipline*/

unsigned short c_cc[NCC]; /*control characters*/

};

通过对c_cflag的赋值，可以设置波特率、字符大小、数据位、停止位、奇偶校验位和硬件流控等。

设置串口属性基本流程：

1. 保存原先串口配置

为了安全起见和以后调试程序方便，可先保存原先串口的配置，使用函数tcgetattr（fd，&oldtio）。该函数得到与fd指向对象的相关参数，并将它们保存于lodtio引用的termios结构中。该函数可以测试配置是否正确、该串口是否可用等。调试成功，函数返回0，失败，函数返回-1.

if(tcgetattr(fd,&oldtio)!=0)

{

perror(“SetupSerial 1”);

return -1;

}

2. 激活选项有CLOCAL和CREAD

CLOCAL和CREAD分别用于本地连接和接受使能，通过位掩码的方式激活这两个选项。

Newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;

3. 设置波特率

设置波特率的函数主要有cfsetispeed和cfsetospeed。

cfsetispeed(&newtio,B115200);

cfsetospeed(&newtio,B115200);

一般地用户需要将输入输出函数的波特率设置成一样的。这几个函数在成功时返回0，失败-1。

4. 设置字符大小

没有现成可用函数，需要位掩码。一般先去除数据位中的位掩码，再重新按要求设置。

options.c_cflag &= ~CSIZE; /*mask the character size bits*/

options.c_cflag |= CS8;

5. 设置奇偶校验位

先激活c_cflag中的校验位使能标志PARENB和是否要进行偶校验，同时还要激活c_iflag中的奇偶校验使能。如使能奇校验时，代码如下：

newtio.c_cflag |= PARENB;

newtio.c_cflag |=PARODD;

newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);

而使能偶校验代码为：

newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);

newtio.c_cflag |= PARENB;

newtio.c_cflag &= ~PAROOD;

6. 设置停止位

通过激活c_cflag中的CSTOPB而实现的。若停止位为1，则清除CSTOPB，若停止位为0，则激活CSTOPB。下面是停止位为1时的代码：

newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;

7. 设置最少字符和等待时间

在对接收字符和等待时间没有特别要求的情况下，可以将其设置为0：

newtio.c_cc[VTIME] =0;

newtio.c_cc[VMIN]=0;

8. 处理要写入的引用对象

在串口重新设置之后，在之前要写入的引用对象要重新处理，可调用函数tcflush(fd,queue_selector)来处理要写入引用的对象。对于为传输的数据，或收到但未读取的数据，其处理方法取决于queue_selector的值。

Queue_selector可能取值：

TCIFLUSH：刷新收到的数据但不读

TCOFLUSH：刷新写入的数据但不传送

TCIOLFLUSH：同时刷新收到的数据但不读，并且刷新写入的数据但不传送

本例采用一：

tcflush(fd, TCIFLUSH)

9. 激活配置

用到函数tcsetattr:

函数原型：tcsetattr(fd,OPTION,&newtio);

这里的newtio就是termios类型的变量，OPTION可能的取值如下：

TCSANOW：改变的配置立即生效

TCSADRAIN：改变的配置在所有写入fd的输出都结束后生效

TCSAFLUSH：改变的配置自爱所有写入fd引用对象的输出都被结束后生效，所有已接受但为读入的输入都在改变发生前丢弃。

该函数调用成功返回0，失败-1.

if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)

{

perror(“com set error”);

return -1;

}

/*串口配置的完整函数，为了函数的通用性，通常将常用的选项都在函数中列出，可大大方便以后用户的调试使用*/int set_opt(int fd,int nSpeed,int nBits,char nEvent,int nStop){struct termios newtio,oldtio;/*保存测试现有串口参数设置，在这里如果串口号等出错，会有相关的出错信息*/if(tcgetattr(fd,&oldtio)!=0){ perror(“SetupSerial 1”); return -1;}bzero(&newtio,sizeof(newtio));/*步骤一，设置字符大小*/newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;newtio.c_cflag &= ~CSIZE; /*设置停止位*/switch(nBits){case 7: newtio.c_cflag |=CS7; break;case 8: newtio.c_cflag |=CS8; break;}/*设置奇偶校验位*/switch(nEvent){case ‘O’://奇数 newtio.c_cflag |= PARENB; newtio.c_cflag |=PARODD; newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP); break；case ‘E’://偶数 newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP); newtio.c_cflag |= PARENB; newtio.c_cflag &= ~PARODD;case ‘N’://无奇偶校验位 newtio.c_cflag &= ~PARENB; break;}/*设置波特率*/switch(nSpeed){case 2400: cfsetispeed(&newtio,B2400); cfsetospeed(&newtio,B2400); break;case 4800: cfsetispeed(&newtio,B4800); cfsetospeed(&newtio,B4800); break;case 9600: cfsetispeed(&newtio,B9600); cfsetospeed(&newtio,B9600); break;case 115200: cfsetispeed(&newtio,B115200); cfsetospeed(&newtio,B115200); break;case 460800: cfsetispeed(&newtio,B460800); cfsetospeed(&newtio,B460800); break;default: cfsetispeed(&newtio,B9600); cfsetospeed(&newtio,B9600); break;}/*设置停止位*/if(nStop==1) newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;else if(nStop==2) newtio.c_cflag |= CSTOPB;/*设置等待时间和最小接收字符*/newtio.c_cc[VTIME] =0;newtio.c_cc[VMIN]=0;/*处理未接受字符*/tcflush(fd, TCIFLUSH)；/*激活新配置*/if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)

{ perror(“com set error”); return -1;}printf(“set done!/n”);return 0;}

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