Linux串口编程

xingyun86 16天前 85

Linux串口编程

在嵌入式应用领域中,串口是最为常见的一种硬件通信接口。因为其具备协议简单,硬件电路精简等优势使得串口基本成为MCU、计算机或嵌入式产品的标配接口。本文仅介绍在Linux系统下串口编程需要使用的API和一些应用技巧,关于串口的背景知识介绍,以及Windows系统下串口编程读者可以移步至其他文章。

        Linux系统下串口的操作主要分为如下部分:

        串口打开、关闭

        串口参数设置

        串口数据发送与接收

        串口MODEM信号设置与读取

        串口Break信号发送

        可以熟练掌握并应用以上串口功能已经可以应对Linux系统上串口应用的大多数场景了,针对更高级的串口用法可以阅读《Linux串口编程-进阶篇》,包含Linux系统使用非标准波特率、同步等待Modem信号变化、串口参数VTIME和VMIN的作用、RS485串口功能开关等。为方便用户使用我们将以上串口操作均封装成了独立的函数,可以极大的节约开发时间。

1、串口打开

/**

 * libtty_open - open tty device

 * @devname: the device name to open

 *

 * In this demo device is opened blocked, you could modify it at will.

 */

static int libtty_open(const char *devname)

{

int fd = open(devname, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);

int flags = 0;

 

if (fd < 0) {

perror("open device failed");

return -1;

}

    /* 恢复串口为阻塞状态 */

flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);

flags &= ~O_NONBLOCK;

if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) < 0) {

printf("fcntl failed.\n");

return -1;

}

    /* 测试该设备是否为tty设备 */

if (isatty(fd) == 0) {

printf("not tty device.\n");

return -1;

} else

printf("tty device test ok.\n");

 

return fd;

}

Note:

devname 参数为设备绝对路径,如:“/dev/ttyUSB0”

O_NOCTTY标志用于通知系统,这个程序不会成为对应这个设备的控制终端。如果没有指定这个标志,那么任何一个输入(如SIGINT等)都将会影响用户的进程;

O_NDELAY标志与O_NONBLOCK 等效,但这里不仅仅是设置为非阻塞,还用于通知系统,这个程序不关心 DCD 信号线所处的状态(即与设备相连的另一端是否激活或者停止)。如果用户指定了这一标志,则进程将会一直处在休眠状态,直到 DCD 信号线被激活;

2、串口关闭

/**

 * libtty_close - close tty device

 * @fd: the device handle

 *

 * The function return 0 if success, others if fail.

 */

static int libtty_close(int fd)

{

return close(fd);

}

3、串口设置

/**

 * libtty_setopt - config tty device

 * @fd: device handle

 * @speed: baud rate to set

 * @databits: data bits to set

 * @stopbits: stop bits to set

 * @parity: parity to set

 * @hardflow: hardflow to set

 *

 * The function return 0 if success, or -1 if fail.

 */

static int libtty_setopt(int fd, int speed, int databits, int stopbits, char parity, char hardflow)

{

struct termios newtio;

struct termios oldtio;

int i;

 

bzero(&newtio, sizeof(newtio));

bzero(&oldtio, sizeof(oldtio));

 

    /* 先保存之前配置,以防后续步骤出错无法恢复 */

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

perror("tcgetattr");

return -1;

}

newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;

newtio.c_cflag &= ~CSIZE;

 

    /* 串口波特率设置*/

    switch (speed): {

    case 1200:

        cfsetspeed(&newtio, B1200);

        break;

    case 2400:

        cfsetspeed(&newtio, B2400);

        break;

    case 4800:

        cfsetspeed(&newtio, B4800);

        break;

    case 9600:

        cfsetspeed(&newtio, B9600);

        break;

    case 19200:

        cfsetspeed(&newtio, B19200);

        break;

    case 38400:

        cfsetspeed(&newtio, B38400);

        break;

    case 57600:

        cfsetspeed(&newtio, B57600);

        break;

    case 115200:

        cfsetspeed(&newtio, B115200);

        break;

    case 230400:

        cfsetspeed(&newtio, B230400);

        break;

    case 460800:

        cfsetspeed(&newtio, B460800);

        break;

    case 921600:

        cfsetspeed(&newtio, B921600);

        break;

    default:

        break;

    }

for (i = 0; i < sizeof(speed_arr) / sizeof(int); i++) {

if (speed == name_arr[i]) {      

cfsetispeed(&newtio, speed_arr[i]); 

cfsetospeed(&newtio, speed_arr[i]);   

}

 

/* 数据位设置 */

switch (databits) {

case 5:

newtio.c_cflag |= CS5;

break;

case 6:

newtio.c_cflag |= CS6;

break;

case 7:

newtio.c_cflag |= CS7;

break;

case 8:

newtio.c_cflag |= CS8;

break;

default:

fprintf(stderr, "unsupported data size\n");

return -1;

}

 

/* 校验位设置 */

switch (parity) {

case 'n':

case 'N':

newtio.c_cflag &= ~PARENB;    /* Clear parity enable */

newtio.c_iflag &= ~INPCK;     /* Disable input parity check */

break;

case 'o':

case 'O':

newtio.c_cflag |= (PARODD | PARENB); /* Odd parity instead of even */

newtio.c_iflag |= INPCK;     /* Enable input parity check */

break;

case 'e':

case 'E':

newtio.c_cflag |= PARENB;    /* Enable parity */

newtio.c_cflag &= ~PARODD;   /* Even parity instead of odd */

newtio.c_iflag |= INPCK;     /* Enable input parity check */

break;

case 'm':

case 'M':

newtio.c_cflag |= PARENB;    /* Enable parity */

newtio.c_cflag |= CMSPAR;    /* Stick parity instead */

newtio.c_cflag |= PARODD;    /* Even parity instead of odd */

newtio.c_iflag |= INPCK;     /* Enable input parity check */

break;

case 's':

case 'S':

newtio.c_cflag |= PARENB;    /* Enable parity */

newtio.c_cflag |= CMSPAR;    /* Stick parity instead */

newtio.c_cflag &= ~PARODD;   /* Even parity instead of odd */

newtio.c_iflag |= INPCK;     /* Enable input parity check */

break;

default:

fprintf(stderr, "unsupported parity\n");

return -1;

}

 

/* 停止位设置 */

switch (stopbits) {

case 1:

newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;

break;

case 2:

newtio.c_cflag |= CSTOPB;

break;

default:

perror("unsupported stop bits\n");

return -1;

}

 

    /* 硬件流控设置 */

if (hardflow)

newtio.c_cflag |= CRTSCTS;

else

newtio.c_cflag &= ~CRTSCTS;

 

    /* 串口读操作参数设置 */

newtio.c_cc[VTIME] = 10; /* Time-out value (tenths of a second) [!ICANON]. */

newtio.c_cc[VMIN] = 0; /* Minimum number of bytes read at once [!ICANON]. */

 

    /* 刷新串口缓冲区 */

tcflush(fd, TCIOFLUSH);

 

    /* 设置 */

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

perror("tcsetattr");

return -1;

}

 

return 0;

}

常规串口参数的设置均可以通过如上函数进行设定,注释比较详细。

包括串口波特率、数据位、停止位、硬件流控设置等。

4、串口发送

/**

 * libtty_write - write data to uart

 * @fd: file descriptor of tty device

 * @buf: buffer to write

 * @count: write length

 *

 * The function return the number of bytes written if success, others if fail.

 */

static int libtty_write(int fd, char *buf, int count)

{

    return write(fd, buf, count);

}

5、串口读取

/**

 * libtty_read - read data from uart

 * @fd: file descriptor of tty device

 * @buf: pointer to read buffer

 * count: read length

 *

 * The function return the number of bytes read if success, others if fail.

 */

static int libtty_read(int fd, char *buf, int count)

{

return read(fd, buf, count);

}

6、串口MODEM设置

/**

 * libtty_tiocmset - modem set

 * @fd: file descriptor of tty device

 * @bDTR: 0 on inactive, other on DTR active

 * @bRTS: 0 on inactive, other on RTS active

 *

 * The function return 0 if success, others if fail.

 */

static int libtty_tiocmset(int fd, char bDTR, char bRTS)

{

unsigned long controlbits = 0;

 

if (bDTR)

controlbits |= TIOCM_DTR;

if (bRTS)

controlbits |= TIOCM_RTS;

 

return ioctl(fd, TIOCMSET, &controlbits);

}

MODEM输出信号包括DTR和RTS信号,这2个信号可以由串口应用进行控制,常用于下载或IO控制等。

针对TTL/CMOS串口,DTR和RTS无效时为高电平,有效时为高电平。

7、串口MODEM读取

/**

 * libtty_tiocmget - modem get

 * @fd: file descriptor of tty device

 * @modembits: pointer to modem status

 *

 * The function return 0 if success, others if fail.

 */

static int libtty_tiocmget(int fd, unsigned long *modembits)

{

int ret;

 

ret = ioctl(fd, TIOCMGET, modembits);

if (ret == 0) {

if (*modembits & TIOCM_DSR)

printf("DSR Active!\n");

if (*modembits & TIOCM_CTS)

printf("CTS Active!\n");

if (*modembits & TIOCM_CD)

printf("DCD Active!\n");

if (*modembits & TIOCM_RI)

printf("RI Active!\n");

}

 

return ret;

}

MODEM输出信号包括DSR、CTS、DCD和RI信号,这4个信号可以由串口应用主动读取其有效状态,常用于状态指示或同步等。

针对TTL/CMOS串口,DSR、CTS、DCD和RI无效时为高电平,有效时为高电平。

8、串口Break信号

/**

 * libtty_sendbreak - uart send break

 * @fd: file descriptor of tty device

 *

 * Description:

 *  tcsendbreak() transmits a continuous stream of zero-valued bits for a specific duration, if the  termi©\

 * nal is using asynchronous serial data transmission.  If duration is zero, it transmits zero-valued bits

 * for at least 0.25 seconds, and not more that 0.5 seconds.  If duration is not zero, it sends  zero-val©\

 * ued bits for some implementation-defined length of time.

 *

 *  If  the terminal is not using asynchronous serial data transmission, tcsendbreak() returns without tak©\

 * ing any action.

 */

static int libtty_sendbreak(int fd)

{

return tcsendbreak(fd, 0);

}

串口Break信号在一些特定场景下会使用到,针对TTL/CMOS串口而言,串口Break是指串口的TXD保持一定时间的低电平。常见于一些实验仪器需要使用Break信号作为有效的开始信号。需要注意:tcsendbreak的第二个参数填0,表示串口TXD持续低电平0.25s~0.5s,如果参数为非0值,则持续参数中指定的时间。

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