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Linux串口編程

2022-07-25 11:03:23 作業系統

在嵌入式應用領域中,串口是最為常見的一種硬體通信介面,因為其具備協議簡單,硬體電路精簡等優勢使得串口基本成為MCU、計算機或嵌入式產品的標配介面,本文僅介紹在Linux系統下串口編程需要使用的API和一些應用技巧,關于串口的背景知識介紹,以及Windows系統下串口編程讀者可以移步至其他文章,

Linux系統下串口的操作主要分為如下部分:

  • 串口打開、關閉
  • 串口引數設定
  • 串口資料發送與接收
  • 串口MODEM信號設定與讀取
  • 串口Break信號發送

 

可以熟練掌握并應用以上串口功能已經可以應對Linux系統上串口應用的大多數場景了,針對更高級的串口用法可以閱讀《Linux串口編程-進階篇》,包含Linux系統使用非標準波特率、同步等待Modem信號變化、串口引數VTIME和VMIN的作用、RS485串口功能開關等,為方便用戶使用我們將以上串口操作均封裝成了獨立的函式,可以極大的節約開發時間,

1、串口打開

    /**
     * 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;
    	}
        /* 恢復串口為阻塞狀態 */
    	flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    	flags &= ~O_NONBLOCK;
    	if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) < 0) {
    		printf("fcntl failed.\n");
    		return -1;
    	}
        /* 測驗該設備是否為tty設備 */
    	if (isatty(fd) == 0) {
    		printf("not tty device.\n");
    		return -1;
    	} else
    		printf("tty device test ok.\n");
     
    	return fd;
    }

 

Note:

  • devname 引數為設備絕對路徑,如:“/dev/ttyUSB0”
  • O_NOCTTY標志用于通知系統,這個程式不會成為對應這個設備的控制終端,如果沒有指定這個標志,那么任何一個輸入(如SIGINT等)都將會影響用戶的行程;
  • O_NDELAY標志與O_NONBLOCK 等效,但這里不僅僅是設定為非阻塞,還用于通知系統,這個程式不關心 DCD 信號線所處的狀態(即與設備相連的另一端是否激活或者停止),如果用戶指定了這一標志,則行程將會一直處在休眠狀態,直到 DCD 信號線被激活;

2、串口關閉

    /**
     * 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、串口設定

    /**
     * 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,以防后續步驟出錯無法恢復 */
    	if (tcgetattr(fd, &oldtio) != 0) {
    		perror("tcgetattr");
    		return -1;
    	}
    	newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
    	newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
     
        /* 串口波特率設定*/
        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]);   
    		} 
    	}
    	/* 資料位設定 */
    	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;
    	}
     
    	/* 校驗位設定 */
    	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;
    	}
     
    	/* 停止位設定 */
    	switch (stopbits) {
    	case 1:
    		newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
    		break;
    	case 2:
    		newtio.c_cflag |= CSTOPB;
    		break;
    	default:
    		perror("unsupported stop bits\n");
    		return -1;
    	}
     
        /* 硬體流控設定 */
    	if (hardflow)
    		newtio.c_cflag |= CRTSCTS;
    	else
    		newtio.c_cflag &= ~CRTSCTS;
     
        /* 串口讀操作引數設定 */
    	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]. */
     
        /* 重繪串口緩沖區 */
    	tcflush(fd, TCIOFLUSH);
     
        /* 設定 */
    	if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio) != 0) {
    		perror("tcsetattr");
    		return -1;
    	}
     
    	return 0;
    }

常規串口引數的設定均可以通過如上函式進行設定,注釋比較詳細,

包括串口波特率、資料位、停止位、硬體流控設定等,

4、串口發送

    /**
     * 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、串口讀取

    /**
     * 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設定

    /**
     * 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輸出信號包括DTR和RTS信號,這2個信號可以由串口應用進行控制,常用于下載或IO控制等,

針對TTL/CMOS串口,DTR和RTS無效時為高電平,有效時為高電平,

7、串口MODEM讀取

    /**
     * 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輸出信號包括DSR、CTS、DCD和RI信號,這4個信號可以由串口應用主動讀取其有效狀態,常用于狀態指示或同步等,

針對TTL/CMOS串口,DSR、CTS、DCD和RI無效時為高電平,有效時為高電平,

8、串口Break信號

    /**
     * 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信號在一些特定場景下會使用到,針對TTL/CMOS串口而言,串口Break是指串口的TXD保持一定時間的低電平,常見于一些實驗儀器需要使用Break信號作為有效的開始信號,需要注意:tcsendbreak的第二個引數填0,表示串口TXD持續低電平0.25s~0.5s,如果引數為非0值,則持續引數中指定的時間,

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