Linux串口编程教程（三）——串口编程详解

Linux串口编程教程（三）——串口编程详解

前言：本章将正式讲解串口编程技术，利用一个串口收发数据的程序，来分步讲解。

注意：您可以下载我的源代码进行参考。

打开串口

大家都知道，在Linux系统中设备被以作文件形式存在，所以我们以打开文件的方式访问设备。这里要注意的是普通用户一般不能直接访问设备，需要root权限。
有3个方法可以解决这个问题：

1. 以root超级用户的身份运行。（常用）
2. 改变设备文件的访问权限。
3. 在程序中使用setuid，以串口设备所有者的身份运行程序。

代码：

#include
#include
#include

static int fd;

int uart_open(int fd,const char *pathname)
{
    assert(pathname);

    /*打开串口*/
    fd = open(pathname,O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
    if(fd == -1)
    {
        perror("Open UART failed!");
        return -1;
    }

    /*清除串口非阻塞标志*/
    if(fcntl(fd,F_SETFL,0) < 0)
    {
        fprintf(stderr,"fcntl failed!\n");
        return -1;
    }

    return fd;
}

说明：

1. O_NOCTTY: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，键盘上过来的Ctrl+C中止信号等都将影响进程。
2. O_NDELAY:表示不关心DCD信号线所处的状态（端口的另一端是否激活或者停止）。

关闭串口

关闭串口操作很简单，不过需要注意在关闭后是不是需要做一些清理操作。

代码：

#include
#include

static int fd;

int uart_close(int fd)
{
    assert(fd);
    close(fd);

    /*可以在这里做些清理工作*/

    return 0;
}

配置串口

串口初始化需要设置串口波特率，数据流控制，帧的格式(即数据位个数，停止位，校验位,数据流控制)。

代码：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

static int ret;
static int fd;

int uart_set(int fd,int baude,int c_flow,int bits,char parity,int stop)
{
    struct termios options;

    /*获取终端属性*/
    if(tcgetattr(fd,&options) < 0)
    {
        perror("tcgetattr error");
        return -1;
    }


    /*设置输入输出波特率，两者保持一致*/
    switch(baude)
    {
        case 4800:
            cfsetispeed(&options,B4800);
            cfsetospeed(&options,B4800);
            break;
        case 9600:
            cfsetispeed(&options,B9600);
            cfsetospeed(&options,B9600);
            break;
        case 19200:
            cfsetispeed(&options,B19200);
            cfsetospeed(&options,B19200);
            break;
        case 38400:
            cfsetispeed(&options,B38400);
            cfsetospeed(&options,B38400);
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown baude!\n");
            return -1;
    }

    /*设置控制模式*/
    options.c_cflag |= CLOCAL;//保证程序不占用串口
    options.c_cflag |= CREAD;//保证程序可以从串口中读取数据

    /*设置数据流控制*/
    switch(c_flow)
    {
        case 0://不进行流控制
            options.c_cflag &= ~CRTSCTS;
            break;
        case 1://进行硬件流控制
            options.c_cflag |= CRTSCTS;
            break;
        case 2://进行软件流控制
            options.c_cflag |= IXON|IXOFF|IXANY;
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown c_flow!\n");
            return -1;
    }

    /*设置数据位*/
    switch(bits)
    {
        case 5:
            options.c_cflag &= ~CSIZE;//屏蔽其它标志位
            options.c_cflag |= CS5;
            break;
        case 6:
            options.c_cflag &= ~CSIZE;//屏蔽其它标志位
            options.c_cflag |= CS6;
            break;
        case 7:
            options.c_cflag &= ~CSIZE;//屏蔽其它标志位
            options.c_cflag |= CS7;
            break;
        case 8:
            options.c_cflag &= ~CSIZE;//屏蔽其它标志位
            options.c_cflag |= CS8;
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown bits!\n");
            return -1;
    }

    /*设置校验位*/
    switch(parity)
    {
        /*无奇偶校验位*/
        case 'n':
        case 'N':
            options.c_cflag &= ~PARENB;//PARENB：产生奇偶位，执行奇偶校验
            options.c_cflag &= ~INPCK;//INPCK：使奇偶校验起作用
            break;
        /*设为空格,即停止位为2位*/
        case 's':
        case 'S':
            options.c_cflag &= ~PARENB;//PARENB：产生奇偶位，执行奇偶校验
            options.c_cflag &= ~CSTOPB;//CSTOPB：使用两位停止位
            break;
        /*设置奇校验*/
        case 'o':
        case 'O':
            options.c_cflag |= PARENB;//PARENB：产生奇偶位，执行奇偶校验
            options.c_cflag |= PARODD;//PARODD：若设置则为奇校验,否则为偶校验
            options.c_cflag |= INPCK;//INPCK：使奇偶校验起作用
            options.c_cflag |= ISTRIP;//ISTRIP：若设置则有效输入数字被剥离7个字节，否则保留全部8位
            break;
        /*设置偶校验*/
        case 'e':
        case 'E':
            options.c_cflag |= PARENB;//PARENB：产生奇偶位，执行奇偶校验
            options.c_cflag &= ~PARODD;//PARODD：若设置则为奇校验,否则为偶校验
            options.c_cflag |= INPCK;//INPCK：使奇偶校验起作用
            options.c_cflag |= ISTRIP;//ISTRIP：若设置则有效输入数字被剥离7个字节，否则保留全部8位
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown parity!\n");
            return -1;
    }

    /*设置停止位*/
    switch(stop)
    {
        case 1:
            options.c_cflag &= ~CSTOPB;//CSTOPB：使用两位停止位
            break;
        case 2:
            options.c_cflag |= CSTOPB;//CSTOPB：使用两位停止位
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown stop!\n");
            return -1;
    }

    /*设置输出模式为原始输出*/
    options.c_oflag &= ~OPOST;//OPOST：若设置则按定义的输出处理，否则所有c_oflag失效

    /*设置本地模式为原始模式*/
    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
    /*
     *ICANON：允许规范模式进行输入处理
     *ECHO：允许输入字符的本地回显
     *ECHOE：在接收EPASE时执行Backspace,Space,Backspace组合
     *ISIG：允许信号
     */

    /*设置等待时间和最小接受字符*/
    options.c_cc[VTIME] = 0;//可以在select中设置
    options.c_cc[VMIN] = 1;//最少读取一个字符

    /*如果发生数据溢出，只接受数据，但是不进行读操作*/
    tcflush(fd,TCIFLUSH);

    /*激活配置*/
    if(tcsetattr(fd,TCSANOW,&options) < 0)
    {
        perror("tcsetattr failed");
        return -1;
    }

    return 0;

}

读写串口

代码：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

static int ret;
static int fd;

/*
 * 安全读写函数
 */

ssize_t safe_write(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
    size_t  nleft;
    ssize_t nwritten;
    const char *ptr;

    ptr = vptr;
    nleft = n;

    while(nleft > 0)
    {
    if((nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0)
        {
            if(nwritten < 0&&errno == EINTR)
                nwritten = 0;
            else
                return -1;
        }
        nleft -= nwritten;
        ptr   += nwritten;
    }
    return(n);
}

ssize_t safe_read(int fd,void *vptr,size_t n)
{
    size_t nleft;
    ssize_t nread;
    char *ptr;

    ptr=vptr;
    nleft=n;

    while(nleft > 0)
    {
        if((nread = read(fd,ptr,nleft)) < 0)
        {
            if(errno == EINTR)//被信号中断
                nread = 0;
            else
                return -1;
        }
        else
        if(nread == 0)
            break;
        nleft -= nread;
        ptr += nread;
    }
    return (n-nleft);
}

int uart_read(int fd,char *r_buf,size_t len)
{
    ssize_t cnt = 0;
    fd_set rfds;
    struct timeval time;

    /*将文件描述符加入读描述符集合*/
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_SET(fd,&rfds);

    /*设置超时为15s*/
    time.tv_sec = 15;
    time.tv_usec = 0;

    /*实现串口的多路I/O*/
    ret = select(fd+1,&rfds,NULL,NULL,&time);
    switch(ret)
    {
        case -1:
            fprintf(stderr,"select error!\n");
            return -1;
        case 0:
            fprintf(stderr,"time over!\n");
            return -1;
        default:
            cnt = safe_read(fd,r_buf,len);
            if(cnt == -1)
            {
                fprintf(stderr,"read error!\n");
                return -1;
            }
            return cnt;
    }
}

int uart_write(int fd,const char *w_buf,size_t len)
{
    ssize_t cnt = 0;

    cnt = safe_write(fd,w_buf,len);
    if(cnt == -1)
    {
        fprintf(stderr,"write error!\n");
        return -1;
    }

    return cnt;
}

完整程序

具体读写命令请读者自行编写。

/*************************************************************************
    > File Name: uart_operation.c
    > Author: AnSwEr
    > Mail: [email protected]
    > Created Time: 2015年09月02日 星期三 12时45分48秒
 ************************************************************************/

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

static int ret;
static int fd;

/*
 * 安全读写函数
 */

ssize_t safe_write(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
    size_t  nleft;
    ssize_t nwritten;
    const char *ptr;

    ptr = vptr;
    nleft = n;

    while(nleft > 0)
    {
    if((nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0)
        {
            if(nwritten < 0&&errno == EINTR)
                nwritten = 0;
            else
                return -1;
        }
        nleft -= nwritten;
        ptr   += nwritten;
    }
    return(n);
}

ssize_t safe_read(int fd,void *vptr,size_t n)
{
    size_t nleft;
    ssize_t nread;
    char *ptr;

    ptr=vptr;
    nleft=n;

    while(nleft > 0)
    {
        if((nread = read(fd,ptr,nleft)) < 0)
        {
            if(errno == EINTR)//被信号中断
                nread = 0;
            else
                return -1;
        }
        else
        if(nread == 0)
            break;
        nleft -= nread;
        ptr += nread;
    }
    return (n-nleft);
}

int uart_open(int fd,const char *pathname)
{
    assert(pathname);

    /*打开串口*/
    fd = open(pathname,O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
    if(fd == -1)
    {
        perror("Open UART failed!");
        return -1;
    }

    /*清除串口非阻塞标志*/
    if(fcntl(fd,F_SETFL,0) < 0)
    {
        fprintf(stderr,"fcntl failed!\n");
        return -1;
    }

    return fd;
}

int uart_set(int fd,int baude,int c_flow,int bits,char parity,int stop)
{
    struct termios options;

    /*获取终端属性*/
    if(tcgetattr(fd,&options) < 0)
    {
        perror("tcgetattr error");
        return -1;
    }


    /*设置输入输出波特率，两者保持一致*/
    switch(baude)
    {
        case 4800:
            cfsetispeed(&options,B4800);
            cfsetospeed(&options,B4800);
            break;
        case 9600:
            cfsetispeed(&options,B9600);
            cfsetospeed(&options,B9600);
            break;
        case 19200:
            cfsetispeed(&options,B19200);
            cfsetospeed(&options,B19200);
            break;
        case 38400:
            cfsetispeed(&options,B38400);
            cfsetospeed(&options,B38400);
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown baude!\n");
            return -1;
    }

    /*设置控制模式*/
    options.c_cflag |= CLOCAL;//保证程序不占用串口
    options.c_cflag |= CREAD;//保证程序可以从串口中读取数据

    /*设置数据流控制*/
    switch(c_flow)
    {
        case 0://不进行流控制
            options.c_cflag &= ~CRTSCTS;
            break;
        case 1://进行硬件流控制
            options.c_cflag |= CRTSCTS;
            break;
        case 2://进行软件流控制
            options.c_cflag |= IXON|IXOFF|IXANY;
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown c_flow!\n");
            return -1;
    }

    /*设置数据位*/
    switch(bits)
    {
        case 5:
            options.c_cflag &= ~CSIZE;//屏蔽其它标志位
            options.c_cflag |= CS5;
            break;
        case 6:
            options.c_cflag &= ~CSIZE;//屏蔽其它标志位
            options.c_cflag |= CS6;
            break;
        case 7:
            options.c_cflag &= ~CSIZE;//屏蔽其它标志位
            options.c_cflag |= CS7;
            break;
        case 8:
            options.c_cflag &= ~CSIZE;//屏蔽其它标志位
            options.c_cflag |= CS8;
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown bits!\n");
            return -1;
    }

    /*设置校验位*/
    switch(parity)
    {
        /*无奇偶校验位*/
        case 'n':
        case 'N':
            options.c_cflag &= ~PARENB;//PARENB：产生奇偶位，执行奇偶校验
            options.c_cflag &= ~INPCK;//INPCK：使奇偶校验起作用
            break;
        /*设为空格,即停止位为2位*/
        case 's':
        case 'S':
            options.c_cflag &= ~PARENB;//PARENB：产生奇偶位，执行奇偶校验
            options.c_cflag &= ~CSTOPB;//CSTOPB：使用两位停止位
            break;
        /*设置奇校验*/
        case 'o':
        case 'O':
            options.c_cflag |= PARENB;//PARENB：产生奇偶位，执行奇偶校验
            options.c_cflag |= PARODD;//PARODD：若设置则为奇校验,否则为偶校验
            options.c_cflag |= INPCK;//INPCK：使奇偶校验起作用
            options.c_cflag |= ISTRIP;//ISTRIP：若设置则有效输入数字被剥离7个字节，否则保留全部8位
            break;
        /*设置偶校验*/
        case 'e':
        case 'E':
            options.c_cflag |= PARENB;//PARENB：产生奇偶位，执行奇偶校验
            options.c_cflag &= ~PARODD;//PARODD：若设置则为奇校验,否则为偶校验
            options.c_cflag |= INPCK;//INPCK：使奇偶校验起作用
            options.c_cflag |= ISTRIP;//ISTRIP：若设置则有效输入数字被剥离7个字节，否则保留全部8位
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown parity!\n");
            return -1;
    }

    /*设置停止位*/
    switch(stop)
    {
        case 1:
            options.c_cflag &= ~CSTOPB;//CSTOPB：使用两位停止位
            break;
        case 2:
            options.c_cflag |= CSTOPB;//CSTOPB：使用两位停止位
            break;
        default:
            fprintf(stderr,"Unkown stop!\n");
            return -1;
    }

    /*设置输出模式为原始输出*/
    options.c_oflag &= ~OPOST;//OPOST：若设置则按定义的输出处理，否则所有c_oflag失效

    /*设置本地模式为原始模式*/
    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
    /*
     *ICANON：允许规范模式进行输入处理
     *ECHO：允许输入字符的本地回显
     *ECHOE：在接收EPASE时执行Backspace,Space,Backspace组合
     *ISIG：允许信号
     */

    /*设置等待时间和最小接受字符*/
    options.c_cc[VTIME] = 0;//可以在select中设置
    options.c_cc[VMIN] = 1;//最少读取一个字符

    /*如果发生数据溢出，只接受数据，但是不进行读操作*/
    tcflush(fd,TCIFLUSH);

    /*激活配置*/
    if(tcsetattr(fd,TCSANOW,&options) < 0)
    {
        perror("tcsetattr failed");
        return -1;
    }

    return 0;
}

int uart_read(int fd,char *r_buf,size_t len)
{
    ssize_t cnt = 0;
    fd_set rfds;
    struct timeval time;

    /*将文件描述符加入读描述符集合*/
    FD_ZERO(&rfds);
    FD_SET(fd,&rfds);

    /*设置超时为15s*/
    time.tv_sec = 15;
    time.tv_usec = 0;

    /*实现串口的多路I/O*/
    ret = select(fd+1,&rfds,NULL,NULL,&time);
    switch(ret)
    {
        case -1:
            fprintf(stderr,"select error!\n");
            return -1;
        case 0:
            fprintf(stderr,"time over!\n");
            return -1;
        default:
            cnt = safe_read(fd,r_buf,len);
            if(cnt == -1)
            {
                fprintf(stderr,"read error!\n");
                return -1;
            }
            return cnt;
    }
}

int uart_write(int fd,const char *w_buf,size_t len)
{
    ssize_t cnt = 0;

    cnt = safe_write(fd,w_buf,len);
    if(cnt == -1)
    {
        fprintf(stderr,"write error!\n");
        return -1;
    }

    return cnt;
}

int uart_close(int fd)
{
    assert(fd);
    close(fd);

    /*可以在这里做些清理工作*/

    return 0;
}

int main(void)
{
    const char *w_buf = "something to write";
    size_t w_len = sizeof(w_buf);

    char r_buf[1024];
    bzero(r_buf,1024);

    fd = uart_open(fd,"/dev/ttyS0");/*串口号/dev/ttySn,USB口号/dev/ttyUSBn*/
    if(fd == -1)
    {
        fprintf(stderr,"uart_open error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if(uart_set(fd,9600,0,8,'N',1) == -1)
    {
        fprintf(stderr,"uart set failed!\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ret = uart_write(fd,w_buf,w_len);
    if(ret == -1)
    {
        fprintf(stderr,"uart write failed!\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    while(1)
    {
        ret = uart_read(fd,r_buf,1024);
        if(ret == -1)
        {
            fprintf(stderr,"uart read failed!\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    ret = uart_close(fd);
    if(ret == -1)
    {
        fprintf(stderr,"uart_close error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

总结

好了，以上这些就是读写串口的一些基本实现。当然，也许你copy代码后发现无法实现，那请你依据具体的情况对串口进行配置，对读写命令进行编写。

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