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Linux串口编程实践

经常有人问我关于Linux平台的串口编程问题,但我一直没有亲自尝试,首先在本本使用的是USB转串口线,不太稳定;二来只有一台PC,不能测试多个串口(以前写MFC串口程序时使用了虚拟串口软件来模拟多个串口);三来ARM开发板只有区区一个串口(这个用于与PC间通信,对开发板进行操作)。最近,下了决心练习一下。当然,限于实际情况,只能在一个串口下测试,不涉及太高深的知识。

每个类unix系统中的串口设备文件不一样,一般地,Linux中的串口设备文件为/dev/ttySx,其中x为表示串口号的数字,从0开始。即在MS Windows系统中常见的com1、com2,到了Linux中则成了/dev/ttyS0、/dev/ttyS1。Linux的串口使用termios结构体进行配置,这个结构体的成员设置比较麻烦,不像MFC中拖一个控件、设置几个类成员就能解决的,这应该是许多人认为很难的原因。文章不涉及对termios的详细介绍,许多成员、标志也省略,因为文中后面给出的参考资料有详细介绍。同时,文中的“串口”有时与“termios”是同义词。

最基本的串口编程无非涉及下面的几点:

  1. 打开串口;
  2. 设置串口,如波特率、数位,等;
  3. 读/写串口(接收数据、发送数据);
  4. 关闭串口。

一、打开串口

串口的打开需要使用系统调用open,

int open_port(int port){int fd = -1;  /* File descriptor for the port, we return it. */int ret;

char device[13] = {0};  /* ??? sizeof(“/dev/ttyUSB0″)=12 */    if (port < 1 || port > 4)

error_ret(“Sorry, the port number must be 1~4.”);

if (USB_SERIAL)

sprintf(device, “/dev/ttyUSB%d”, port-1);

else

sprintf(device, “/dev/ttyS%d”, port-1);

//printf(“%s %dn”, device, sizeof(device));

fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);

if (fd == -1)

unix_error_ret(“Unable to open the port”);

/* block */

ret = fcntl(fd, F_SETFL, 0);

if (ret < 0)

unix_error_ret(“fcntl”);

ret = isatty(STDIN_FILENO);

if (ret == 0)

error_ret(“Standard input is not a terminal device.”);

debug_msg(“Open the port success!n”);

return fd;

}

我们只能打开前面4个串口(如果存在的话),一般来说足够了。在处理设备文件名称时使用sprintf函数,而不是一一指定文件名称。其中的出错处理函数是自己定义的,可以在在线手册中看到它们的源代码(其实它们是宏定义,不是函数)。

二、关闭串口

串口的关闭十分简单,直接使用系统调用close就可以了。代码如下:

int close_port(int fd){if(close(fd) < 0)unix_error_ret(“Unable to close the port.”);

debug_msg(“Close the port success!n”);    return 0;

}

三、设置串口参数

串口的设置是最复杂的,先附上完整的代码,之后再简单说一下。

int setup_port(int fd, int speed, int data_bits, int parity, int stop_bits){int speed_arr[] = {B115200, B9600, B38400, B19200, B4800};int name_arr[] = {115200, 9600, 38400, 19200, 4800};

struct termios opt;

int ret=-1;

int i=0;

int len=0;    ret = tcgetattr(fd, &opt); /* get the port attr */

if (ret < 0)

unix_error_ret(“Unable to get the attribute”);

opt.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);  /* enable the receiver, set local mode */

opt.c_cflag &= ~CSIZE; /* mask the character size bits*/

/* baud rate */

len = sizeof(speed_arr) / sizeof(int);

for (i = 0; i < len; i++)

{

if (speed == name_arr[i])

{

cfsetispeed(&opt, speed_arr[i]);

cfsetospeed(&opt, speed_arr[i]);

}

if (i == len)

error_ret(“Unsupported baud rate.”);

}

/* data bits */

switch (data_bits)

{

case 8:

opt.c_cflag |= CS8;

break;

case 7:

opt.c_cflag |= CS7;

break;

default:

error_ret(“Unsupported data bits.”);

}

/* parity bits */

switch (parity)

{

case ‘N’:

case ‘n’:

opt.c_cflag &= ~PARENB;

opt.c_cflag &= ~INPCK;  /* ?? */

break;

case ‘O’:

case ‘o’:

opt.c_cflag|=(INPCK|ISTRIP);  /*enable parity check, strip parity bits*/

opt.c_cflag |= (PARODD | PARENB);

break;

case ‘E’:

case ‘e’:

opt.c_cflag|=(INPCK|ISTRIP);  /*enable parity check, strip parity bits*/

opt.c_cflag |= PARENB;

opt.c_cflag &= ~PARODD;

break;

default:

error_ret(“Unsupported parity bits.”);

}

/* stop bits */

switch (stop_bits)

{

case 1:

opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

break;

case 2:

opt.c_cflag |= CSTOPB;

break;

default:

error_ret(“Unsupported stop bits.”);

}

/* raw input */

opt.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);

/* raw ouput */

opt.c_oflag &= ~OPOST;

tcflush(fd, TCIFLUSH);

opt.c_cc[VTIME] = 0;  /* no time out */

opt.c_cc[VMIN] = 0;  /* minimum number of characters to read */

ret = tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);  /* update it now */

if (ret < 0)

unix_error_ret(“Unable to setup the port.”);

debug_msg(“Setup the port OK!n”);

return 0;  /* everything is OK! */

}

首先使用tcgetattr获取串口属性。termios中的成员只能通过“与”(“&”)、“或”(“|”)来操作,而不能直接赋值。之后,设置控制标志CLOCAL和CREAD,这两个选项可以保证程序不会变成端口的所有者,而端口所有者必须去处理发散性作业控制和挂断信号,同时还保证了串行接口驱动会读取过来的数据字节。在设置波特率时使用了点小技巧,就将最常用的放到数组的最前面,校验位也是如此。最后设置原始输入/输出,再使用这些属性重新设置串口。

四、读/写串口

这两个操作同样简单,就是使用系统调用read/write就行了。

本来打算使用两个线程进行读写操作的,但不成功,后面用minicom读取数据,而我们的串口程序只负责发送。我是短接串口的2、3脚进行测试的。让我不明白的是,为何这个程序不是独占串口?是不是上面的代码设置了?这些将会随着学习的深入而解决的。

下面是发送数据的线程:

void *write_port_thread(void *argc){int ret;int fd;

int i = 3;

fd = (int)argc;    //while (i–)

while (1)

{

debug_msg(“writing… “);

ret = write(fd, buf, strlen(buf));

if (ret < 0)

pthread_exit(NULL);

write(fd, “rn”, 2);

debug_msg(“write: %dn”, ret);

sleep(1);

}

pthread_exit(NULL);

}

我们的main函数:

int main(void){int fd;int ret;

//signal(SIGINT, sig_handle);

fd = open_port(1);           /* open the port(com1) */

if (fd < 0)

exit(0);

ret = setup_port(fd, 115200, 8, ‘N’, 1);

if (ret<0)

exit(0);    ret = pthread_create(&write_tid, NULL, write_port_thread, (void*)fd);

if (ret < 0)

unix_error_exit(“Create write thread error.”);

#if 0

ret = pthread_create(&read_tid, NULL, read_port_thread, (void*)fd);

if (ret < 0)

unix_error_exit(“Create read thread error.”);

#endif

pthread_join(write_tid, NULL);

//pthread_join(read_tid, NULL);

close_port(fd);

return 0;

}

下面是测试图示。图1为发送数据,22表示已发送字符串的长度。

写数据到串口

图1

图2为minicom接收数据,“Are you going to die?”没别的意思,它是《豪门夜宴》中曾志伟、刘嘉玲、张曼玉唱英文版《香夭》时嘉玲姐唱的第一句歌词,由beyond伴奏。

minicom收受数据

图2(接收的第4行出现了乱码,说明用镊子短接串口不太稳定)

这次实践也尝试了doxygen,它是一个由源代码生成文档的工具,支持多种语法。我将生成的文档放到了我的网站上,可以去看看,里面有一些设置串口的详细信息,不过,说实话,帮助不太大。

本文的程序完整完代码(包括了doxygen生成的文档)下载:serialport-latelee.org.tar.bz2

参考资料:

  1. POSIX操作系统串口编程指南,地址:http://www.easysw.com/~mike/serial/serial.html。如果不能访问,请以“Serial Programming Guide for POSIX Operating Systems”为关键字搜索。本文有些文字就是来自这个指南的翻译。
  2. Linux下串口编程入门,地址:http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-serials/
  3. 本站中文在线手册:http://www.latelee.org/yetanothertest/serialport-html-cn/,请点击“文件”进行查看。
  4. 本站英文在线手册:http://www.latelee.org/yetanothertest/serialport-html/,请点击“Files”进行查看。

本文固定链接: http://www.latelee.org/programming-under-linux/serialport-programming.html

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