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Linux下串口通信编程

admin • • C/C++ • 阅读 189

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"

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// 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>
#include <unistd.h>
int cfsetispeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

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
struct termios {
        tcflag_t c_iflag; 
        tcflag_t c_oflag; 
        tcflag_t c_cflag; 
        tcflag_t c_lflag; 
        cc_t c_line; 
        cc_t c_cc[NCCS]; 
};

有相应的函数供获取和设置属性：

int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
int tcsetattr(int fd, int optional_actions, 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>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
#include <unistd.h>
int close(int fd);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

 

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。

原文链接: https://www.cnblogs.com/snailrun/archive/2012/08/17/2644883.html

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