转：Linux下串口通信详解（上）打开串口和串口初始化详解

https://blog.csdn.net/qq_39436605/article/details/80894248

linux下串口通信主要有下面几个步骤

 

串口通信流程图

下面我会一一介绍这几个步骤。

1.打开串口

代码（串口为ttyUSB0）

 

1.  
   //打开串口
2.  
   int open_port(void)
3.  
   {
4.  
   int fd;
5.  
    
6.  
   fd=open("/dev/ttyUSB0",O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);//O_NONBLOCK设置为非阻塞模式，在read时不会阻塞住，在读的时候将read放在while循环中，下一节篇文档将详细讲解阻塞和非阻塞
7.  
   // printf("fd=%d\n",fd);
8.  
    
9.  
   if(fd==-1)
10.  
    {
11.  
    perror("Can't Open SerialPort");
12.  
    }
13.  
     
14.  
    return fd;
15.  
    }

打开串口时也可以多加一些内容，比如判断串口为阻塞状态、测试是否为终端设备等，这些是必要的，所以较上面的基本的打开串口的代码，更加完整健壮一些的代码流程如下所示：

 

打开串口较完整流程图

代码：

1.  
   /**
2.  
   * open port
3.  
   * @param fd
4.  
   * @param comport 想要打开的串口号
5.  
   * @return 返回-1为打开失败
6.  
   */
7.  
   int open_port(int fd,int comport)
8.  
   {
9.  
   char *dev[]={"/dev/ttyUSB0","/dev/ttyS1","/dev/ttyS2"};
10.  
     
11.  
    if (comport==1)//串口1
12.  
    {
13.  
    fd = open( "/dev/ttyUSB0", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
14.  
    if (-1 == fd)
15.  
    {
16.  
    perror("Can't Open Serial Port");
17.  
    return(-1);
18.  
    }
19.  
    }
20.  
    else if(comport==2)//串口2
21.  
    {
22.  
    fd = open( "/dev/ttyS1", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY); //没有设置<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">O_NONBLOCK非阻塞模式，也可以设置为非阻塞模式，两个模式在下一篇博客中具体说明</span>
23.  
     
24.  
    if (-1 == fd)
25.  
    {
26.  
    perror("Can't Open Serial Port");
27.  
    return(-1);
28.  
    }
29.  
    }
30.  
    else if (comport==3)//串口3
31.  
    {
32.  
    fd = open( "/dev/ttyS2", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
33.  
    if (-1 == fd)
34.  
    {
35.  
    perror("Can't Open Serial Port");
36.  
    return(-1);
37.  
    }
38.  
    }
39.  
    /*恢复串口为阻塞状态*/
40.  
    if(fcntl(fd, F_SETFL, 0)<0)
41.  
    printf("fcntl failed!\n");
42.  
    else
43.  
    printf("fcntl=%d\n",fcntl(fd, F_SETFL,0));
44.  
    /*测试是否为终端设备*/
45.  
    if(isatty(STDIN_FILENO)==0)
46.  
    printf("standard input is not a terminal device\n");
47.  
    else
48.  
    printf("isatty success!\n");
49.  
    printf("fd-open=%d\n",fd);
50.  
    return fd;
51.  
    }

 

关键函数解释：

open

功能描述：用于打开或创建文件，成功则返回文件描述符，否则返回-1，open返回的文件描述符一定是最小的未被使用的描述符

 

1.  
   #include<fcntl.h>
2.  
   int open(const char *pathname, int oflag, ... );

参数解释：

 

pathname：文件路径名，串口在Linux中被看做是一个文件

oflag：一些文件模式选择，有如下几个参数可以设置

 

• O_RDONLY只读模式
• O_WRONLY只写模式
• O_RDWR读写模式

上面三个参数在设置的时候必须选择其中一个！！！下面的是可选的

 

 

• O_APPEND每次写操作都写入文件的末尾
• O_CREAT如果指定文件不存在，则创建这个文件
• O_EXCL如果要创建的文件已存在，则返回 -1，并且修改 errno 的值
• O_TRUNC如果文件存在，并且以只写/读写方式打开，则清空文件全部内容
• O_NOCTTY如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端。
• O_NONBLOCK如果路径名指向 FIFO/块文件/字符文件，则把文件的打开和后继 I/O设置为非阻塞模式（nonblocking mode）

下面三个常量同样是选用的，他们用于同步输入输出

 

• O_DSYNC等待物理 I/O 结束后再 write。在不影响读取新写入的数据的前提下，不等待文件属性更新。
• O_RSYNC读(read)等待所有写入同一区域的写操作完成后再进行
• O_SYNC等待物理 I/O 结束后再 write，包括更新文件属性的 I/O

对于串口的打开操作，必须使用O_NOCTTY参数，它表示打开的是一个终端设备，程序不会成为该端口的控制终端。如果不使用此标志，任务的一个输入(比如键盘终止信号等)都会影响进程。

 

O_NDELAY表示不关心DCD信号所处的状态（端口的另一端是否激活或者停止）。

fcntl

功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性，返回-1代表出错

 

1.  
   #include<unistd.h>
2.  
   #include<fcntl.h>
3.  
   int fcntl(int fd,int cmd);
4.  
   int fcntl(int fd,int cmd,long arg);
5.  
   int fcntl(int fd,int cmd,struct flock *lock);

参数说明：

 

 

• fd：文件描述符
• cmd：命令参数

fcntl函数有5种功能： 
1. 复制一个现有的描述符(cmd=F_DUPFD). 
2. 获得／设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD). 
3. 获得／设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL). 
4. 获得／设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN). 
5. 获得／设置记录锁(cmd=F_GETLK , F_SETLK或F_SETLKW).

具体使用见http://www.cnblogs.com/lonelycatcher/archive/2011/12/22/2297349.html

isatty

函数功能，实现只使用了一个终端专用的函数tcgetattr(如果成功之星，它不改变任何东西)，并取其返回值。若为终端设备返回1，否则返回0。详情见http://blog.csdn.net/wangjingyu00711/article/details/41693155

2.串口的初始化

串口初始化工作需要做以下工作：

1. 设置波特率
2. 设置数据流控制
3. 设置帧的格式(即数据位个数，停止位，校验位)

串口初始化

代码：

1.  
   int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
2.  
   {
3.  
   struct termios newtio,oldtio;
4.  
   /*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*/
5.  
   if ( tcgetattr( fd,&oldtio) != 0) {
6.  
   perror("SetupSerial 1");
7.  
   printf("tcgetattr( fd,&oldtio) -> %d\n",tcgetattr( fd,&oldtio));
8.  
   return -1;
9.  
   }
10.  
    bzero( &newtio, sizeof( newtio ) );
11.  
    /*步骤一，设置字符大小*/
12.  
    newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
13.  
    newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
14.  
    /*设置停止位*/
15.  
    switch( nBits )
16.  
    {
17.  
    case 7:
18.  
    newtio.c_cflag |= CS7;
19.  
    break;
20.  
    case 8:
21.  
    newtio.c_cflag |= CS8;
22.  
    break;
23.  
    }
24.  
    /*设置奇偶校验位*/
25.  
    switch( nEvent )
26.  
    {
27.  
    case 'o':
28.  
    case 'O': //奇数
29.  
    newtio.c_cflag |= PARENB;
30.  
    newtio.c_cflag |= PARODD;
31.  
    newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
32.  
    break;
33.  
    case 'e':
34.  
    case 'E': //偶数
35.  
    newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
36.  
    newtio.c_cflag |= PARENB;
37.  
    newtio.c_cflag &= ~PARODD;
38.  
    break;
39.  
    case 'n':
40.  
    case 'N': //无奇偶校验位
41.  
    newtio.c_cflag &= ~PARENB;
42.  
    break;
43.  
    default:
44.  
    break;
45.  
    }
46.  
    /*设置波特率*/
47.  
    switch( nSpeed )
48.  
    {
49.  
    case 2400:
50.  
    cfsetispeed(&newtio, B2400);
51.  
    cfsetospeed(&newtio, B2400);
52.  
    break;
53.  
    case 4800:
54.  
    cfsetispeed(&newtio, B4800);
55.  
    cfsetospeed(&newtio, B4800);
56.  
    break;
57.  
    case 9600:
58.  
    cfsetispeed(&newtio, B9600);
59.  
    cfsetospeed(&newtio, B9600);
60.  
    break;
61.  
    case 115200:
62.  
    cfsetispeed(&newtio, B115200);
63.  
    cfsetospeed(&newtio, B115200);
64.  
    break;
65.  
    case 460800:
66.  
    cfsetispeed(&newtio, B460800);
67.  
    cfsetospeed(&newtio, B460800);
68.  
    break;
69.  
    default:
70.  
    cfsetispeed(&newtio, B9600);
71.  
    cfsetospeed(&newtio, B9600);
72.  
    break;
73.  
    }
74.  
    /*设置停止位*/
75.  
    if( nStop == 1 )
76.  
    newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
77.  
    else if ( nStop == 2 )
78.  
    newtio.c_cflag |= CSTOPB;
79.  
    /*设置等待时间和最小接收字符*/
80.  
    newtio.c_cc[VTIME] = 0;
81.  
    newtio.c_cc[VMIN] = 0;
82.  
    /*处理未接收字符*/
83.  
    tcflush(fd,TCIFLUSH);
84.  
    /*激活新配置*/
85.  
    if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)
86.  
    {
87.  
    perror("com set error");
88.  
    return -1;
89.  
    }
90.  
    printf("set done!\n");
91.  
    return 0;
92.  
    }

讲解这片代码之前，我们要先研究一下termios的数据结构。最小的termios结构的典型定义如下：

1.  
   struct termios
2.  
   {
3.  
   tcflag_t c_iflag;
4.  
   tcflag_t c_oflag;
5.  
   tcflag_t c_cflag;
6.  
   tcflag_t c_lflag;
7.  
   cc_t c_cc[NCCS];
8.  
   };

上面五个结构成员名称分别代表：

• c_iflag：输入模式
• c_oflag：输出模式
• c_cflag：控制模式
• c_lflag：本地模式
• c_cc[NCCS]：特殊控制模式

五种模式的参数说明见博客http://blog.csdn.net/querdaizhi/article/details/7436722
tcgetattr可以初始化一个终端对应的termios结构，tcgetattr函数原型如下：

1.  
   #include<termios.h>
2.  
   int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);

这个函数调用把低昂前终端接口变量的值写入termios_p参数指向的结构。如果这些值其后被修改了，可以通过调用函数tcsetattr来重新配置。

tcsetattr函数原型如下：

1.  
   #include<termios.h>
2.  
   int tcsetattr(int fd , int actions , const struct termios *termios_h);

参数actions控制修改方式，共有三种修改方式，如下所示：

1. TCSANOW：立刻对值进行修改
2. TCSADRAIN：等当前的输出完成后再对值进行修改
3. TCSAFLUSH：等当前的输出完成之后，再对值进行修改，但丢弃还未从read调用返回的当前的可用的任何输入。

在我们的代码中，我们设置为NOW立即对值进行修改。

tcflush用于清空中端为完成的输入/输出请求及数据，它的函数原型如下：

int tcflush(int fd, int queue_selector);

其中queue_selector时控制tcflush的操作，取值可以为如下参数中的一个：TCIFLUSH清楚正收到的数据，且不会读出来；TCOFLUSH清楚正写入的数据，且不会发送至终端；TCIOFLUSH清除所有正在发送的I/O数据。

再看我们的代码，我们修改字符大小的代码为

1.  
   newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
2.  
   newtio.c_cflag &= ~CSIZE;

c_cflag代表控制模式

• CLOCAL含义为忽略所有调制解调器的状态行，这个目的是为了保证程序不会占用串口。
• CREAD代表启用字符接收器，目的是是的能够从串口中读取输入的数据。
• CS5/6/7/8表示发送或接收字符时使用5/6/7/8比特。
• CSTOPB表示每个字符使用两位停止位。
• HUPCL表示关闭时挂断调制解调器。
• PARENB：启用奇偶校验码的生成和检测功能。
• PARODD：只使用奇校验而不使用偶校验。

c_iflag代表输入模式

 

• BRKINT：当在输入行中检测到一个终止状态时，产生一个中断。
• TGNBRK：忽略输入行中的终止状态。
• TCRNL：将接受到的回车符转换为新行符。
• TGNCR：忽略接受到的新行符。
• INLCR：将接受到的新行符转换为回车符。
• IGNPAR：忽略奇偶校检错误的字符。
• INPCK：对接收到的字符执行奇偶校检。
• PARMRK：对奇偶校检错误作出标记。
• ISTRIP：将所有接收的字符裁减为7比特。
• IXOFF：对输入启用软件流控。
• IXON：对输出启用软件流控。

c_cc特殊的控制字符

 

 

标准模式和非标准模式下,c_cc数组的下标有不同的值:

标准模式：

 

• VEOF:EOF字符
• VEOL:EOF字符
• VERASE:ERASE字符
• VINTR:INTR字符
• VKILL:KILL字符
• VQUIT:QUIT字符
• VSTART:START字符 
• VSTOP:STOP字符

 

非标准模式:

 

• VINTR:INTR字符
• VMIN:MIN值
• VQUIT:QUIT字符
• VSUSP:SUSP字符
• VTIME:TIME值
• VSTART:START字符 
• VSTOP:STOP字符

 

cfsetispeed和cfsetospeed用来设置输入输出的波特率，函数模型如下：

 

 

1.  
   int cfsetispeed(struct termios *termptr, speed_t speed);
2.  
   int cfsetospeed(struct termios *termptr, speed_t speed);

参数说明：

 

 

• struct termios *termptr：指向termios结构的指针
• speed_t speed：需要设置的波特率
• 返回值：成功返回0，否则返回-1

 

这样，所有的初始化操作我们就完成了。