【python serial虚拟串口通信】发送端python代码实现--接收端C代码验证

python虚拟串口模块serial安装

1.下载软件包：https://pypi.python.org/pypi/pyserial?#downloads

2.解压：tar -zxvf pyserial-3.4.tar.gz

3.进入解压目录：cd pyserial-3.4/

4.安装sudo python setup.py install（这里以ubuntu为例，其他linux操作系统可切换在root权限下进行安装操作）

程序设计需求

【虚拟串口的建立形式】
根据python serial库的特殊性质，它可以产生两个相互短接的虚拟串口，通过对这两个串口进行读写，可以实现消息的收发。因此，笔者进行学习调研后，在下面的代码中，运用这个serial库的相关函数，打开了一个虚拟串口，同样也实现了发送端和接收端在同一个串口进行收发消息的功能。
由虚拟串口实现原理可以发现，它的设计是一个while(true)死循环，因为它要不停地检测在此串口下的数据流。

【发送端程序实现形式】
代码编写语言：python
对于串口实现的消息收发，python也有os.read()和os.write()这类针对数据读写的函数，因此发送端的设计采用raw_input()接收来自终端的消息，通过os.write()写入串口内的缓存，同时通过os.read()一次性读取接收端反馈的消息；

另外，考虑到实际工程需求，笔者将虚拟串口和发送端集成到一起，这样一来，只需要运行集成后的发送端代码，就可以同时开启虚拟串口和发送消息；

考虑到虚拟串口建立是一个不能被中断的死循环，因此，在集成代码时，将虚拟串口的建立作为父线程。要实现不停发送消息的工程需求，发送端也是一个死循环，它作为子线程依赖于父线程运行，一旦子线程break了，父线程发现子线程死了，那么父线程也结束。

【接收端验证程序】
代码编写语言采用C语言
设计模式是：接收端一旦在串口中读到数据，则向串口中发回执消息，向发送端通知消息已经成功接收。

python虚拟串口代码分析

下面的代码是笔者在补充学习python serial虚拟串口建立过程中，淘到的有意思的代码，贴出来做一个分享，同时结合笔者在开发过程中遇到的问题，对代码做一些浅显的分析。（后面笔者贴出的发送端代码也是基于这个代码的学习进行编写的）

#! /usr/bin/env python
#coding=utf-8
import pty
import os
import select

def mkpty():
    master1, slave = pty.openpty()
    slaveName1 = os.ttyname(slave)
    master2, slave = pty.openpty()
    slaveName2 = os.ttyname(slave)
    print '\nslave device names: ', slaveName1, slaveName2
    return master1, master2

if __name__ == "__main__":

    master1, master2 = mkpty()
    while True:
        rl, wl, el = select.select([master1,master2], [], [], 1)
        for master in rl:
            data = os.read(master, 128)
            print "read %d data." % len(data)
            if master==master1:
                os.write(master2, data)
            else:
                os.write(master1, data)

笔者的理解：

在创建虚拟串口的mkpty()函数中，master, slave = pty.openpty() 方法用于打开一个新的伪终端对。在调试程序时发现，若改成在slave端进行消息的收发， 发现消息发不出去，当然也收不到回执的OK消息，python发送端和c接收端的收发都是read/write，说明master是read/write、slave是port_recv, 也就是说 pty对应master ，用于read write ；tty对应slave用于port_recv…

为避免别的设备占用tty的slave口，笔者曾想着把slave这个端口强制关闭。

pty.openpty()分别为主机和从机端返回一对文件描述符（pty，tty）。后来对这两个描述符进行思考发现：

master和slave就像钥匙一样，它俩其实是随机的，跟最终生成的端口没有必然的规律。但是发送方和对端只有匹配了master和slave，才能打开它俩建立的“锁”—-/dev/pts/num。所以，根据这个发现，别的设备不会与我的指定设备占用tty的slave口，也不用关闭slave口，否则发送方就没法与对端通过master和slave建立的虚拟端口通信了。

从实际测试来看，创建虚拟串口虽然随机，但是不会同时建两个一样的串口，只要最终创建的虚拟串口不同，slave1和slave2即使相同也不会占用。

serial虚拟串口建立+发送端python实现

笔者经过思考后，对上面的代码进行修改，结合实际的工程需求，将建立虚拟串口和消息的发送集成到了一起，通过开辟不同的线程，让两者能同时正常运行。
下面贴出源代码：

import serial
import sys
import pty
import os
import time
import select
from time import ctime
from time import sleep
import threading  #multi thread working mode

#send & recv msg using mkpty port
def Vpsend(slaveName,master): #slaveName is the parameter from mkpty()
    print "\n"
    print " Open the port.Please Waiting...\n"
    sleep(1) 
    ser=serial.Serial(slaveName,9600,timeout=0.5) #pass parameter:slaveName
    print "Open port successful! the port information:"
    print ser
    print "\n"
    while ser.isOpen(): #the return is True or Faulse
        print "please write the msg(exit to break)"
        msg=raw_input()

        #add a break reason:::kill the child thread
        if msg == 'exit':
            print "\n"
            print "Please waiting to close the connection......"
            sleep(1)
            break;  

        msg=msg + '\r' + '\n'  #AT form define

        #data=ser.write(msg)
    os.write(master, msg)
        sys.stdout.flush()  #flush the buffer
        print "\n"
        print ("waiting to recv the data...")
        sleep(2)
    msg_recv = os.read(master,128)
        print ("\n")
        print ("\tOK! The recv msg is %s"%(msg_recv))

#create only one virtual port
def mkpty():
    #make pair of pseudo tty
    master, slave = pty.openpty()
    slaveName = os.ttyname(slave)

    print "slave device names:", slaveName

    #set the Vpsend() as the child thread and set the 'slaveName' as pass parameter, Vpsend will use 'slaveName'
    t=threading.Thread(target=Vpsend,args=(slaveName,master))
    t.start()   #start this thread
    while True:
        sleep(1)
        if t.is_alive() == False:  #when the child thread killed, then this father thead break...
            break
mkpty()

（ps:由于实际工程平台中文会产生乱码，英文注解有点蹩脚，稍微将就一下。。。）

在设计上面代码的时候，笔者发现：

原参考的创建虚拟串口代码中，主线程里本身就有对该串口进行os.read和os.write的读写操作，再加上子线程也有对此串口的ser.read和ser.write读写操作，以及对端（接收端）对串口中的数据的read和write操作，使得子线程在接收对端数据时，会与主线程的os.read产生竞争。

针对此，笔者的解决方案是：删除主线程里对串口进行os.read和os.write的读写操作，只保留子线程与对端的通信联系。

接收端C代码实现

为了测试我们的发送端主代码是否能正常工作，笔者设计了一个C的接收程序，源代码如下：

代码中，默认打开的端口是3，可以在命令行传参更改打开端口，执行命令如下：
gcc receive.c -o recv
./recv -p 4 //假设发送端打开的端口是4，接收端也打开4才能与发送端通信

//receive.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define MAX_BUFFER_SIZE 512
int fd, s;
char * g_pts = "/dev/pts/3";
int opt = -1;

/*open port*/
int open_port()
{
    fd = open(g_pts, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
    if(fd == -1)
    {
        perror("open serial port error!\n");
        return -1;
    }
    printf("open /dev/ttyS0.\n");
    return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    char hd[MAX_BUFFER_SIZE], *rbuf;
    int flag_close, result;
    struct termios option;

    while((opt = getopt(argc, argv,"p:")) != -1)
    {
        switch(opt)
        {
            case 'p':/*hook bind pts number*/
                {
                char pts[] = "/dev/pts/0";
                int len = sizeof(pts);
                char * tmp = (char *)malloc(100*sizeof(char));
                memcpy(tmp, pts, len);
                char * rec = optarg;
                strcpy(tmp+len-2,rec );
                g_pts = tmp;
                break;
                }
            case '?':
            case 'v':
            default:
                printf("UnKnown option\n");
                break;

        }
    }
    fprintf(stderr, "Current option is:\n");
    fprintf(stderr, "\t -p MES AT com port Num:    %s  (default: 3) \n", g_pts);

    /*open port*/
    result = open_port();
    if(result < 0)
    {
        printf("Open port error!\n");
        return -1;
    }

    /*welcome msg*/
    printf("open %s port successfully!!!~~~biubiubiubiubiu~~~\n", g_pts);
    printf("******OK~~ let's start to recv msg from the other side~~~********");
    printf("\n");

    /*port set*/
    tcgetattr(fd, &option);
    cfmakeraw(&option);
    cfsetispeed(&option, B9600);
    cfsetospeed(&option, B9600);
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &option);
    rbuf = hd;
    memset(rbuf,'\0', 10);
    printf("Ready for receiving data...\n");

    /*star to recv msg*/
    char get_buffer[1024];
    memset(get_buffer, '\0', 1024);
    printf("fd = %d\n", fd);
    while(1)
    {
        while((result = read(fd, (void *)get_buffer, 1023)) > 0)
        {
            printf("%s\n", get_buffer);
            memset(get_buffer, '\0', 1023);//clean the buffer to get the new full msg

            /*send the feedback msg to the sender*/
            char ans[100];
            int reply = 0;
            int re_len = 0;
            strcpy(ans,"######[Attention]From recv fb msg::: OK,your msg has been recvd!\n");
            re_len = strlen(ans);
            reply = write(fd, ans, re_len);
        }
    }

    printf("\n");
    flag_close = close(fd);
    if(flag_close == -1)
    printf("Close the device failure!\n");
    return 0;
}

代码连调结果

连调中，发送端发了两次消息

第一个消息是：msg1
第二个消息是：hello my name is tmw

消息均成功发到接收端，并且收到接收端回执消息。

下图是跳出发送代码的调试结果：

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梦想还是要有的，万一实现了呢~~~~ヾ(◍°∇°◍)ﾉﾞ