Linux下串口通信详解（上）打开串口和串口初始化详解

linux下串口通信主要有下面几个步骤

串口通信流程图

下面我会一一介绍这几个步骤。

1.打开串口

代码（串口为ttyUSB0）

//打开串口
int open_port(void)
{
	int fd;
		
	fd=open("/dev/ttyUSB0",O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);//O_NONBLOCK设置为非阻塞模式，在read时不会阻塞住，在读的时候将read放在while循环中，下一节篇文档将详细讲解阻塞和非阻塞
//	printf("fd=%d\n",fd);
	
	if(fd==-1)
	{
		perror("Can't Open SerialPort");
	}
	
	return fd;
}

打开串口时也可以多加一些内容，比如判断串口为阻塞状态、测试是否为终端设备等，这些是必要的，所以较上面的基本的打开串口的代码，更加完整健壮一些的代码流程如下所示：

打开串口较完整流程图

代码：

/**
 * open port
 * @param  fd
 * @param  comport 想要打开的串口号
 * @return  返回-1为打开失败
 */
int open_port(int fd,int comport) 
{ 
	char *dev[]={"/dev/ttyUSB0","/dev/ttyS1","/dev/ttyS2"};

	if (comport==1)//串口1 
	{
		fd = open( "/dev/ttyUSB0", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY); 
		if (-1 == fd)
		{ 
			perror("Can't Open Serial Port"); 
			return(-1); 
		} 
     } 
     else if(comport==2)//串口2 
     {     
		fd = open( "/dev/ttyS1", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY); //没有设置O_NONBLOCK非阻塞模式，也可以设置为非阻塞模式，两个模式在下一篇博客中具体说明

		if (-1 == fd)
		{ 
			perror("Can't Open Serial Port"); 
			return(-1); 
		} 
     } 
     else if (comport==3)//串口3 
     { 
		fd = open( "/dev/ttyS2", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY); 
		if (-1 == fd)
		{ 
			perror("Can't Open Serial Port"); 
			return(-1); 
		} 
     } 
     /*恢复串口为阻塞状态*/ 
     if(fcntl(fd, F_SETFL, 0)<0) 
     		printf("fcntl failed!\n"); 
     else 
		printf("fcntl=%d\n",fcntl(fd, F_SETFL,0)); 
     /*测试是否为终端设备*/ 
     if(isatty(STDIN_FILENO)==0) 
		printf("standard input is not a terminal device\n"); 
     else 
		printf("isatty success!\n"); 
     printf("fd-open=%d\n",fd); 
     return fd; 
}

关键函数解释：

open

功能描述：用于打开或创建文件，成功则返回文件描述符，否则返回-1，open返回的文件描述符一定是最小的未被使用的描述符

#include
int open(const char *pathname, int oflag, ... );

参数解释：

pathname：文件路径名，串口在Linux中被看做是一个文件

oflag：一些文件模式选择，有如下几个参数可以设置

• O_RDONLY只读模式
  
• O_WRONLY只写模式
• O_RDWR读写模式

上面三个参数在设置的时候必须选择其中一个！！！下面的是可选的

• O_APPEND每次写操作都写入文件的末尾
• O_CREAT如果指定文件不存在，则创建这个文件
• O_EXCL如果要创建的文件已存在，则返回 -1，并且修改 errno 的值
• O_TRUNC如果文件存在，并且以只写/读写方式打开，则清空文件全部内容
• O_NOCTTY如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端。
• O_NONBLOCK如果路径名指向 FIFO/块文件/字符文件，则把文件的打开和后继 I/O设置为非阻塞模式（nonblocking mode）
  

下面三个常量同样是选用的，他们用于同步输入输出

• O_DSYNC等待物理 I/O 结束后再 write。在不影响读取新写入的数据的前提下，不等待文件属性更新。
• O_RSYNC读(read)等待所有写入同一区域的写操作完成后再进行
• O_SYNC等待物理 I/O 结束后再 write，包括更新文件属性的 I/O
  

对于串口的打开操作，必须使用O_NOCTTY参数，它表示打开的是一个终端设备，程序不会成为该端口的控制终端。如果不使用此标志，任务的一个输入(比如键盘终止信号等)都会影响进程。

O_NDELAY表示不关心DCD信号所处的状态（端口的另一端是否激活或者停止）。

fcntl

功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性，返回-1代表出错

#include
#include
int fcntl(int fd,int cmd);
int fcntl(int fd,int cmd,long arg);
int fcntl(int fd,int cmd,struct flock *lock);

参数说明：

• fd：文件描述符
• cmd：命令参数

fcntl函数有5种功能： 
1. 复制一个现有的描述符(cmd=F_DUPFD). 
2. 获得／设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD). 
3. 获得／设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL). 
4. 获得／设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN). 
5. 获得／设置记录锁(cmd=F_GETLK , F_SETLK或F_SETLKW).

具体使用见http://www.cnblogs.com/lonelycatcher/archive/2011/12/22/2297349.html

isatty

函数功能，实现只使用了一个终端专用的函数tcgetattr(如果成功之星，它不改变任何东西)，并取其返回值。若为终端设备返回1，否则返回0。详情见 http://blog.csdn.net/wangjingyu00711/article/details/41693155

2.串口的初始化

串口初始化工作需要做以下工作：

1. 设置波特率
2. 设置数据流控制
3. 设置帧的格式(即数据位个数，停止位，校验位)

串口初始化

代码：

int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop) 
{ 
     struct termios newtio,oldtio; 
/*保存测试现有串口参数设置，在这里如果串口号等出错，会有相关的出错信息*/ 
     if  ( tcgetattr( fd,&oldtio)  !=  0) {  
      perror("SetupSerial 1");
	printf("tcgetattr( fd,&oldtio) -> %d\n",tcgetattr( fd,&oldtio)); 
      return -1; 
     } 
     bzero( &newtio, sizeof( newtio ) ); 
/*步骤一，设置字符大小*/ 
     newtio.c_cflag  |=  CLOCAL | CREAD;  
     newtio.c_cflag &= ~CSIZE;  
/*设置停止位*/ 
     switch( nBits ) 
     { 
     case 7: 
      newtio.c_cflag |= CS7; 
      break; 
     case 8: 
      newtio.c_cflag |= CS8; 
      break; 
     } 
/*设置奇偶校验位*/ 
     switch( nEvent ) 
     { 
     case 'o':
     case 'O': //奇数 
      newtio.c_cflag |= PARENB; 
      newtio.c_cflag |= PARODD; 
      newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP); 
      break; 
     case 'e':
     case 'E': //偶数 
      newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP); 
      newtio.c_cflag |= PARENB; 
      newtio.c_cflag &= ~PARODD; 
      break;
     case 'n':
     case 'N':  //无奇偶校验位 
      newtio.c_cflag &= ~PARENB; 
      break;
     default:
      break;
     } 
     /*设置波特率*/ 
switch( nSpeed ) 
     { 
     case 2400: 
      cfsetispeed(&newtio, B2400); 
      cfsetospeed(&newtio, B2400); 
      break; 
     case 4800: 
      cfsetispeed(&newtio, B4800); 
      cfsetospeed(&newtio, B4800); 
      break; 
     case 9600: 
      cfsetispeed(&newtio, B9600); 
      cfsetospeed(&newtio, B9600); 
      break; 
     case 115200: 
      cfsetispeed(&newtio, B115200); 
      cfsetospeed(&newtio, B115200); 
      break; 
     case 460800: 
      cfsetispeed(&newtio, B460800); 
      cfsetospeed(&newtio, B460800); 
      break; 
     default: 
      cfsetispeed(&newtio, B9600); 
      cfsetospeed(&newtio, B9600); 
     break; 
     } 
/*设置停止位*/ 
     if( nStop == 1 ) 
      newtio.c_cflag &=  ~CSTOPB; 
     else if ( nStop == 2 ) 
      newtio.c_cflag |=  CSTOPB; 
/*设置等待时间和最小接收字符*/ 
     newtio.c_cc[VTIME]  = 0; 
     newtio.c_cc[VMIN] = 0; 
/*处理未接收字符*/ 
     tcflush(fd,TCIFLUSH); 
/*激活新配置*/ 
if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0) 
     { 
      perror("com set error"); 
      return -1; 
     } 
     printf("set done!\n"); 
     return 0; 
} 

讲解这片代码之前，我们要先研究一下termios的数据结构。最小的termios结构的典型定义如下：

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

上面五个结构成员名称分别代表：

• c_iflag：输入模式
• c_oflag：输出模式
• c_cflag：控制模式
• c_lflag：本地模式
• c_cc[NCCS]：特殊控制模式

五种模式的参数说明见博客 http://blog.csdn.net/querdaizhi/article/details/7436722
tcgetattr可以初始化一个终端对应的termios结构，tcgetattr函数原型如下：

#include  
int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p); 

这个函数调用把低昂前终端接口变量的值写入termios_p参数指向的结构。如果这些值其后被修改了，可以通过调用函数tcsetattr来重新配置。

tcsetattr函数原型如下：

#include  
int tcsetattr(int fd , int actions , const struct termios *termios_h);  

参数actions控制修改方式，共有三种修改方式，如下所示：

1. TCSANOW：立刻对值进行修改
2. TCSADRAIN：等当前的输出完成后再对值进行修改
3. TCSAFLUSH：等当前的输出完成之后，再对值进行修改，但丢弃还未从read调用返回的当前的可用的任何输入。

在我们的代码中，我们设置为NOW立即对值进行修改。

tcflush用于清空中端为完成的输入/输出请求及数据，它的函数原型如下：

int tcflush(int fd, int queue_selector);

其中queue_selector时控制tcflush的操作，取值可以为如下参数中的一个：TCIFLUSH清楚正收到的数据，且不会读出来；TCOFLUSH清楚正写入的数据，且不会发送至终端；TCIOFLUSH清除所有正在发送的I/O数据。

再看我们的代码，我们修改字符大小的代码为

newtio.c_cflag  |=  CLOCAL | CREAD;  
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;  

c_cflag代表控制模式

• CLOCAL含义为忽略所有调制解调器的状态行，这个目的是为了保证程序不会占用串口。
• CREAD代表启用字符接收器，目的是是的能够从串口中读取输入的数据。
• CS5/6/7/8表示发送或接收字符时使用5/6/7/8比特。
• CSTOPB表示每个字符使用两位停止位。
• HUPCL表示关闭时挂断调制解调器。
• PARENB：启用奇偶校验码的生成和检测功能。
• PARODD：只使用奇校验而不使用偶校验。

c_iflag代表输入模式

• BRKINT：当在输入行中检测到一个终止状态时，产生一个中断。
• TGNBRK：忽略输入行中的终止状态。
• TCRNL：将接受到的回车符转换为新行符。
• TGNCR：忽略接受到的新行符。
• INLCR：将接受到的新行符转换为回车符。
• IGNPAR：忽略奇偶校检错误的字符。
• INPCK：对接收到的字符执行奇偶校检。
• PARMRK：对奇偶校检错误作出标记。
• ISTRIP：将所有接收的字符裁减为7比特。
• IXOFF：对输入启用软件流控。
• IXON：对输出启用软件流控。

c_cc特殊的控制字符

标准模式和非标准模式下,c_cc数组的下标有不同的值:

标准模式：

• VEOF:EOF字符
• VEOL:EOF字符
• VERASE:ERASE字符
• VINTR:INTR字符
• VKILL:KILL字符
• VQUIT:QUIT字符
• VSTART:START字符 
• VSTOP:STOP字符

非标准模式:

• VINTR:INTR字符
• VMIN:MIN值
• VQUIT:QUIT字符
• VSUSP:SUSP字符
• VTIME:TIME值
• VSTART:START字符 
• VSTOP:STOP字符

cfsetispeed和cfsetospeed用来设置输入输出的波特率，函数模型如下：

int cfsetispeed(struct termios *termptr, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termptr, speed_t speed);

参数说明：

• struct termios *termptr：指向termios结构的指针
• speed_t speed：需要设置的波特率
• 返回值：成功返回0，否则返回-1

这样，所有的初始化操作我们就完成了。

下一篇文章我会记录串口的读写及关闭操作的详细步骤。并且会把源代码链接给出供大家参考！