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

Linux下串口通信详解(上)打开串口和串口初始化详解_第1张图片

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:

Linux下串口通信详解(上)打开串口和串口初始化详解_第2张图片

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)
Linux下串口通信详解(上)打开串口和串口初始化详解_第3张图片
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!

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