Linux下串口通信编程

时间:2022-09-14 16:16:11

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。