Linux下串口编程流程介绍
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串口接口简称串口，也称串行通信接口（通常为COM接口），串行接口（Serial Interface）是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线可实现双向通信，根据通信的方向可分为单工、半双工和全双工三种。在Linux 下标准的串口节点名为 /dev/ttyS* ，如果是USB转串口，则为/dev/ttyUSB*：
一、串口编程中struct termios结构体
在串口编程中有一个很重要的结构体——struct termios，通过该结构体我们可对串口的属性（输入输出）进行控制：
struct termios
{
tcflag_t c_iflag; //输入模式标志
tcflag_t c_oflag; //输出模式标志
tcflag_t c_cflag; //控制模式标志
tcflag_t c_lflag; //本地模式标志
cc_t c_cc[NCCS]; //控制字符
}
其中tcflag_t定义为：
typedef unsigned int tcflag_t
在该结构体中c_cflag输入模式标志最为重要，可设置波特率、数据位、校验位、停止位。设置波特率需要在前加上B（B9600，B115200），然后对需要设置的位进行"与"，"或"操作，其中标志所代表的意义如下：
- c_cflag控制模式标志
| 位成员 | 代表含义 |
|---|---|
| CBAUD | 波特率掩码位 |
| EXTA | 外部时钟 |
| EXTB | 外部时钟 |
| CSIZE | 数据位掩码位 |
| CSTOPB | 2位停止位 |
| CREAD | 接收使能 |
| PARENB | 奇偶校验位使能 |
| PARODD | 使用奇校验 |
| CLOCAL | 忽略终端状态行 |
| CRTSCTS | 硬件流控制使能位 |
通常情况下CLOCAL和CREAD两个选项总是被打开，这两个选项可保证你的程序不会变成端口的所有者，而端口所有者需要去处理发散性控制和挂断信号，同时还保证串行接口驱动会读取输入的数据字节。
- c_iflag输入模式标志
| 位成员 | 代表含义 |
|---|---|
| IGNBRK | 忽略BREAK键输入 |
| BRKINT | 如果设置了IGNBRK，BREAK键的输入将被忽略，如果设置了BRKINT ，将产生SIGINT中断 |
| IGNPAR | 忽略奇偶校验错误 |
| PARMRK | 标识奇偶校验错误 |
| INPCK | 允许输入奇偶校验 |
| ISTRIP | 去除字符的第8个比特 |
| INLCR | 将输入的NL（换行）转换成CR（回车） |
| IGNCR | 忽略输入的回车 |
| ICRNL | 将输入的回车转化成换行（如果IGNCR未设置的情况下） |
| IUCLC | 将输入的大写字符转换成小写字符（非POSIX） |
| IXON | 允许输入时对XON/XOFF流进行控制 |
| IXANY | 输入任何字符将重启停止的输出 |
| IXOFF | 允许输入时对XON/XOFF流进行控制 |
| IMAXBEL | 当输入队列满的时候开始响铃，Linux在使用该参数而是认为该参数总是已经设置 |
- c_oflag输出模式标志
| 位成员 | 代表含义 |
|---|---|
| OPOST | 处理后输出 |
| OLCUC | 将输入的小写字符转换成大写字符（非POSIX） |
| ONLCR | 将输入的NL（换行）转换成CR（回车）及NL（换行） |
| OCRNL | 将输入的CR（回车）转换成NL（换行） |
| ONOCR | 第一行不输出回车符 |
| ONLRET | 不输出回车符 |
| OFILL | 发送填充字符以延迟终端输出 |
| OFDEL | 以ASCII码的DEL作为填充字符，如果未设置该参数，填充字符将是NUL（‘\0’）（非POSIX） |
| NLDLY | 换行输出延时，可以取NL0（不延迟）或NL1（延迟0.1s） |
| CRDLY | 回车延迟，取值范围为：CR0、CR1、CR2和 CR3 |
| TABDLY | 水平制表符输出延迟，取值范围为：TAB0、TAB1、TAB2和TAB3 |
| BSDLY | 空格输出延迟，可以取BS0或BS1 |
| VTDLY | 垂直制表符输出延迟，可以取VT0或VT1 |
| FFDLY | 换页延迟，可以取FF0或FF1 |
- c_lflag本地模式标志
| 位成员 | 代表含义 |
|---|---|
| ISIG | 当输入INTR、QUIT、SUSP或DSUSP时，产生相应的信号 |
| ICANON | 使用标准输入模式 |
| ECHO | 显示输入字符 |
| ECHOE | 如果ICANON同时设置，ERASE将删除输入的字符，WERASE将删除输入的单词 |
| ECHOK | 如果ICANON同时设置，KILL将删除当前行 |
| ECHONL | 如果ICANON同时设置，即使ECHO没有设置依然显示换行符 |
| ECHOPRT | 如果ECHO和ICANON同时设置，将删除打印出的字符（非POSIX） |
| TOSTOP | 向后台输出发送SIGTTOU信号 |
二、使用串口流程
1、打开串口
comport->fd = open(comport->dev_name,O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY) ;
openz函数除了普通参数外还有O_NOCTTY|O_NDELAY：
- O_NOCTTY：通知Linux系统，这个程序不会成为这个端口的控制终端；
- O_NDELAY：通知系统不管县DCD信号所线处的状态。
2、串口配置流程
a、tcgetattr() 与 tcsetattr()控制终端
tcgetattr()
-
参数：
int fd:打开串口文件后，获取到的文件描述符;
struct termios &termios_p: termios 类型的结构体，包含在 <termios.h> 头文件中，这里需要传地址或指针； -
功能：获取对应文件描述符相应串口的原始属性，保存在第二个参数中，通常获取串口需要对原始信息进行备份，在程序退出前需要修改回来，一边继续使用串口;
-
返回值：成功返回0，失败返回-1。
tcsetattr()
-
参数：
int fd: 要设置属性的文件描述符
int optional_actions: 设置属性时，可以控制属性生效的时刻，optional_actions可以取下面几个值：
TCSANOW: 立即生效；
TCADRAIN: 改变在所有写入fd 的输出都被传输后生效。这个函数应当用于修改影响输出的参数时使用。(当前输出完成时将值改变)；
TCSAFLUSH ：改变在所有写入fd 引用的对象的输出都被传输后生效，所有已接受但未读入的输入都在改变发生前丢弃(同TCSADRAIN，但会舍弃当前所有值)。
*termios termios_p: 用来设置的串口属性的结构体指针,对串口的termios配置好后，传入函数即可。 -
功能：设置终端参数的函数；
-
返回值：成功返回0，失败返回-1。
b、cfsetispeed() 与 cfsetospeed()设置波特率
//函数原型
static void set_baudrate (struct termios *opt, unsigned int baudrate)
{
cfsetispeed(opt, baudrate);
cfsetospeed(opt, baudrate);
}
参数：
- opt：通过结构体设置串口通信属性，这是指向该结构体的指针；
- baudrate：串口没有内部时钟所以为异步通信，为了通信双方达到收发消息统一，需要设置通信双方的波特率相同。
实现如下：
int speed_arr[] = { B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300,B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300, };
int name_arr[] = {38400, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300, 38400,19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300, };
/* 设置波特率 */
int set_baudrate(struct termios *opt,int baudrate)
{
int i;
for ( i= 0; i < sizeof(speed_arr) / sizeof(int); i++) {
if(baudrate == name_arr[i])
{
if(cfsetispeed(opt,baudrate) < 0)
{
printf("cfsetispeed failure:%s\n", strerror(errno));
return -1;
}
if(cfsetospeed(opt,baudrate) < 0)
{
printf("cfsetospeed failure:%s\n", strerror(errno));
return -2;
}
}
}
return 0;
}
c、使用掩码设置数据位
/* 设置数据位 */
void set_databit(struct termios *opt,int databit)
{
opt->c_cflag |= (CLOCAL|CREAD ); //cLOCAL本地连接模式，CREAD开启串行数据接收
opt->c_cflag &= ~CSIZE; //字符长度，取值范围为CS5、CS6、CS7或CS8
switch(databit){
case 5:
opt->c_cflag |= CS5;
break;
case 6:
opt->c_cflag |= CS6;
break;
case 7:
opt->c_cflag |= CS6;
break;
case 8:
opt->c_cflag |= CS8;
break;
default:
opt->c_cflag |= CS8;
break;
}
}
d、使用c_cflag和c_iflag设置奇偶校验
/* 设置校验位 */
void set_parity(struct termios *opt,char parity)
{
switch(parity){
case 'n':
case 'N':
opt->c_cflag &= ~PARENB; //使用奇偶校验
break;
case 'e':
case 'E':
opt->c_cflag |= PARENB;
opt->c_cflag &= ~PARODD; //对输入使用奇偶校验，对输出使用偶校验
opt->c_cflag |= (INPCK | ISTRIP); //允许输入奇偶校验|去除字符第8比特
break;
case 'o':
case 'O':
opt->c_cflag |= (PARENB | PARODD); //使用输出奇偶校验
opt->c_cflag |= (INPCK | ISTRIP); // 允许输入奇偶校验|去除字符第8比特
break;
default:
opt->c_cflag &= ~PARENB; //默认使用奇偶校验
break;
}
}
e、设置停止位
/* 设置停止位 */
void set_stopbit(struct termios *opt, int stopbit)
{
switch(stopbit)
{
case 2:
opt->c_cflag |= CSTOPB; //设置两个停止位
break;
default:
opt->c_cflag &= ~CSTOPB; //停止位为1，则要清楚CSTOPB
break;
}
}
f、设置最少字符和等待时间
对于接收字符和等待时间没有特别要求时可设为0：
//串口超时设置
options.c_cc[VMIN] = 0;
options.c_cc[VTIME] = 0;
3、读写数据
写数据使用write系统调用，成功时会返回写入的字节数，失败时会返回-1，例如：
rv = write(fd, buf, buf_size);
if (rv < 0)
printf("write data failed!\n", strerror(errno));
读串口数据我们需要考虑到一个问题就是timeout超时问题，当端口在raw data mode操作模式下，那么read系统调用将返回从串口输入缓冲区中实际得到的字节数，如果没有数据可读，那么该系统调用将会被阻塞（block）直到有数据为止，如果超过一定时间仍然没有数据可读，那么将返回一个错误（读错误）。
rv = read(comport->fd, buf, buf_size);
if(rv < 0)
{
printf("Read data from dev failure:%s\n", strerror(errno));
return rv;
}
我们也可通过fcntl（）函数使read（）
没有数据可读的情况下立即返回而不是被阻塞：
fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);
//FNDELAY选项在read无数据可读立即返回0，实际调用如下：
fcntl(fd, F_SETFL, 0);
4、关闭串口
关闭串口就是关闭该串口下的文件描述符：
close(comport->fd);
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