Linux下串口通信编程
串口设备无论是在工控领域，还是在嵌入式设备领域，应用都非常广泛。而串口编程也就显得必不可少。偶然的一次机会，需要使用串口，而且操作系统还要求是Linux，因此，趁着这次机会，综合别人的代码，进行了一次整理和封装。
具体的封装格式为C代码，这样做是为了很好的移植性，使它可以在C和C++环境下，都可以编译和使用。代码的头文件如下：
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//filename:stty.h
#ifndef __STTY_H__
#define __STTY_H__
#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>
#include <pthread.h>
//
// 串口设备信息结构
typedef struct tty_info_t
{
int fd; // 串口设备ID
pthread_mutex_t mt; // 线程同步互斥对象
char name[24]; // 串口设备名称，例："/dev/ttyS0"
struct termios ntm; // 新的串口设备选项
struct termios otm; // 旧的串口设备选项
} TTY_INFO;
//
// 串口操作函数
TTY_INFO *readyTTY(int id);
int setTTYSpeed(TTY_INFO *ptty, int speed);
int setTTYParity(TTY_INFO *ptty,int databits,int parity,int stopbits);
int cleanTTY(TTY_INFO *ptty);
int sendnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size);
int recvnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size);
int lockTTY(TTY_INFO *ptty);
int unlockTTY(TTY_INFO *ptty);
#endif
从头文件中的函数定义不难看出，函数的功能，使用过程如下：
（1） 打开串口设备，调用函数setTTYSpeed（）；
（2） 设置串口读写的波特率，调用函数setTTYSpeed（）；
（3） 设置串口的属性，包括停止位、校验位、数据位等，调用函数setTTYParity（）；
（4） 向串口写入数据，调用函数sendnTTY（）；
（5） 从串口读出数据，调用函数recvnTTY（）；
（6） 操作完成后，需要调用函数cleanTTY（）来释放申请的串口信息接口；
其中，lockTTY（）和unlockTTY（）是为了能够在多线程中使用。在读写操作的前后，需要锁定和释放串口资源。
具体的使用方法，在代码实现的原文件中，main（）函数中进行了演示。下面就是源代码文件：
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//stty.c
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "stty.h"
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// 初始化串口设备并进行原有设置的保存
TTY_INFO *readyTTY(int id)
{
TTY_INFO *ptty;
ptty = (TTY_INFO *)malloc(sizeof(TTY_INFO));
if(ptty == NULL)
return NULL;
memset(ptty,0,sizeof(TTY_INFO));
pthread_mutex_init(&ptty->mt,NULL);
sprintf(ptty->name,"/dev/ttyS%d",id);
//
// 打开并且设置串口
ptty->fd = open(ptty->name, O_RDWR | O_NOCTTY |O_NDELAY);
if (ptty->fd <0)
{
free(ptty);
return NULL;
}
//
// 取得并且保存原来的设置
tcgetattr(ptty->fd,&ptty->otm);
return ptty;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 清理串口设备资源
int cleanTTY(TTY_INFO *ptty)
{
//
// 关闭打开的串口设备
if(ptty->fd>0)
{
tcsetattr(ptty->fd,TCSANOW,&ptty->otm);
close(ptty->fd);
ptty->fd = -1;
free(ptty);
ptty = NULL;
}
return 0;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 设置串口通信速率
// ptty 参数类型(TTY_INFO *),已经初始化的串口设备信息结构指针
// speed 参数类型(int),用来设置串口的波特率
// return 返回值类型(int),函数执行成功返回零值，否则返回大于零的值
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int setTTYSpeed(TTY_INFO *ptty, int speed)
{
int i;
//
// 进行新的串口设置,数据位为8位
bzero(&ptty->ntm, sizeof(ptty->ntm));
tcgetattr(ptty->fd,&ptty->ntm);
ptty->ntm.c_cflag = CLOCAL | CREAD;
switch(speed)
{
case 300:
ptty->ntm.c_cflag |= B300;
break;
case 1200:
ptty->ntm.c_cflag |= B1200;
break;
case 2400:
ptty->ntm.c_cflag |= B2400;
break;
case 4800:
ptty->ntm.c_cflag |= B4800;
break;
case 9600:
ptty->ntm.c_cflag |= B9600;
break;
case 19200:
ptty->ntm.c_cflag |= B19200;
break;
case 38400:
ptty->ntm.c_cflag |= B38400;
break;
case 115200:
ptty->ntm.c_cflag |= B115200;
break;
}
ptty->ntm.c_iflag = IGNPAR;
ptty->ntm.c_oflag = 0;
//
//
tcflush(ptty->fd, TCIFLUSH);
tcsetattr(ptty->fd,TCSANOW,&ptty->ntm);
//
//
return 0;
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 设置串口数据位，停止位和效验位
// ptty 参数类型(TTY_INFO *),已经初始化的串口设备信息结构指针
// databits 参数类型(int), 数据位,取值为7或者8
// stopbits 参数类型(int),停止位,取值为1或者2
// parity 参数类型(int),效验类型 取值为N,E,O,,S
// return 返回值类型(int),函数执行成功返回零值，否则返回大于零的值
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int setTTYParity(TTY_INFO *ptty,int databits,int parity,int stopbits)
{
//
// 取得串口设置
if( tcgetattr(ptty->fd,&ptty->ntm) != 0)
{
printf("SetupSerial [%s]\n",ptty->name);
return 1;
}
bzero(&ptty->ntm, sizeof(ptty->ntm));
ptty->ntm.c_cflag = CS8 | CLOCAL | CREAD;
ptty->ntm.c_iflag = IGNPAR;
ptty->ntm.c_oflag = 0;
//
// 设置串口的各种参数
ptty->ntm.c_cflag &= ~CSIZE;
switch (databits)
{ //设置数据位数
case 7:
ptty->ntm.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
ptty->ntm.c_cflag |= CS8;
break;
default:
printf("Unsupported data size\n");
return 5;
}
//
switch (parity)
{ // 设置奇偶校验位数
case 'n':
case 'N':
ptty->ntm.c_cflag &= ~PARENB;
ptty->ntm.c_iflag &= ~INPCK;
break;
case 'o':
case 'O':
ptty->ntm.c_cflag |= (PARODD|PARENB);
ptty->ntm.c_iflag |= INPCK;
break;
case 'e':
case 'E':
ptty->ntm.c_cflag |= PARENB;
ptty->ntm.c_cflag &= ~PARODD;
ptty->ntm.c_iflag |= INPCK;
break;
case 'S':
case 's':
ptty->ntm.c_cflag &= ~PARENB;
ptty->ntm.c_cflag &= ~CSTOPB;
break;
default:
printf("Unsupported parity\n");
return 2;
}
//
// 设置停止位
switch (stopbits)
{
case 1:
ptty->ntm.c_cflag &= ~CSTOPB;
break;
case 2:
ptty->ntm.c_cflag |= CSTOPB;
break;
default:
printf("Unsupported stop bits\n");
return 3;
}
//
//
ptty->ntm.c_lflag = 0;
ptty->ntm.c_cc[VTIME] = 0; // inter-character timer unused
ptty->ntm.c_cc[VMIN] = 1; // blocking read until 1 chars received
tcflush(ptty->fd, TCIFLUSH);
if (tcsetattr(ptty->fd,TCSANOW,&ptty->ntm) != 0)
{
printf("SetupSerial \n");
return 4;
}
return 0;
}
int recvnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size)
{
int ret,left,bytes;
left = size;
while(left>0)
{
ret = 0;
bytes = 0;
pthread_mutex_lock(&ptty->mt);
ioctl(ptty->fd, FIONREAD, &bytes);
if(bytes>0)
{
ret = read(ptty->fd,pbuf,left);
}
pthread_mutex_unlock(&ptty->mt);
if(ret >0)
{
left -= ret;
pbuf += ret;
}
usleep(100);
}
return size - left;
}
int sendnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size)
{
int ret,nleft;
char *ptmp;
ret = 0;
nleft = size;
ptmp = pbuf;
while(nleft>0)
{
pthread_mutex_lock(&ptty->mt);
ret = write(ptty->fd,ptmp,nleft);
pthread_mutex_unlock(&ptty->mt);
if(ret >0)
{
nleft -= ret;
ptmp += ret;
}
//usleep(100);
}
return size - nleft;
}
int lockTTY(TTY_INFO *ptty)
{
if(ptty->fd < 0)
{
return 1;
}
return flock(ptty->fd,LOCK_EX);
}
int unlockTTY(TTY_INFO *ptty)
{
if(ptty->fd < 0)
{
return 1;
}
return flock(ptty->fd,LOCK_UN);
}
#ifdef LEAF_TTY_TEST
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 接口测试
int main(int argc,char **argv)
{
TTY_INFO *ptty;
int nbyte,idx;
unsigned char cc[16];
ptty = readyTTY(0);
if(ptty == NULL)
{
printf("readyTTY(0) error\n");
return 1;
}
//
//
lockTTY(ptty);
if(setTTYSpeed(ptty,9600)>0)
{
printf("setTTYSpeed() error\n");
return -1;
}
if(setTTYParity(ptty,8,'N',1)>0)
{
printf("setTTYParity() error\n");
return -1;
}
//
idx = 0;
while(1)
{
cc[0] = 0xFA;
sendnTTY(ptty,&cc[0],1);
nbyte = recvnTTY(ptty,cc,1);
printf("%d:X\n",idx++,cc[0]);
}
cleanTTY(ptty);
}
#endif
串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议，常用PC机上包含的是RS232规格的串口，具有连接线少，通讯简单，得到广泛的使用。
Linux对所有设备的访问是通过设备文件来进行的，串口也是这样，为了访问串口，只需打开其设备文件即可操作串口设备。在linux系统下面，每一个串口设备都有设备文件与其关联，设备文件位于系统的/dev目录下面。如linux下的/ttyS0，/ttyS1分别表示的是串口1和串口2。
在串口编程中，比较重要的是串口的设置，我们要设置的部分包括:波特率，数据位，停止位，奇偶校验位；要注意的是，每台机器的串口默认设置可能是不同的，如果你没设置这些，仅仅按照默认设置进行发送数据，很可能出现n多异想不到而又查不出来的情况。
1) 设置波特率
|
#include <termios.h> |
2) 设置属性：奇偶校验位、数据位、停止位。主要设置<termbits.h>中的termios结构体即可：
|
#define NCCS 19 |
有相应的函数供获取和设置属性：
|
int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p); |
3) 打开、关闭和读写串口。串口作为设备文件，可以直接用文件描述符来进行操作。
|
#include <sys/types.h> |
嵌入式Linux操作系统使用接口标准POSIX的termios接口来控制串口的行为。在Linux系统中，串口等设备被当作文件进行处理，其程序模块主体实现如下：
int fd=open("/dev/ttyS1",O_RDWRIO_NOCTTY);//打开串口
……
new_options.c_cflag &=~PARENB;//无奇偶校验
new_options.c_cflag &=~CSIZE;//不隐藏数据位
new_options.c_cflag &=~CSTOP8;//无停止位
new_options.c_cflag |=CS8;//8位数据位
cfsetispeed(&new_options,B4800);//设置波特率4800bit/s
cfsetospeed(&new_options,B4800);
tcflush(fd,TCIOFLUSH);
tcsetattr(fd,TCSANOW,&new_options);//设置新的设备方式
完成串口设置后，就可以使用read( )、write( )函数对串口进行操作。需注意的是，串口默认是阻塞型的，当没有数据到达时，将会阻塞挂起，这时可以通过多线程编程、串口超时设定或使用select轮询 等方式进行调整控制。本系统主要采用多线程编程实现对串口阻塞的调控，使用的是QT的Qthread类，也可以直接使用Linux自身的多线程函数进行操作。
