嵌入式Linux串口应用编程之串口配置
串口的设置主要是设置struct termios结构体的各成员值，如下所示：
＃include
struct termios
{
unsigned short c_iflag; /* 输入模式标志 */
unsigned short c_oflag; /* 输出模式标志 */
unsigned short c_cflag; /* 控制模式标志 */
unsigned short c_lflag; /* 本地模式标志 */
unsigned char c_line; /* 线路规程 */
unsigned char c_cc[NCC]; /* 控制特性 */
speed_t c_ispeed; /* 输入速度 */
speed_t c_ospeed; /* 输出速度 */
};
termios是在Posix规范中定义的标准接口，表示终端设备（包括虚拟终端、串口等）。因为串口是一种终端设备，所以通过终端编程接口对其进行配置和控制。因此在具体讨论串口相关编程之前，需要先了解一下终端的相关知识。
终端是指用户与计算机进行对话的接口，如键盘、显示器和串口设备等物理设备，X Window上的虚拟终端。类UNIX操作系统都有文本式虚拟终端，使用【Ctrl+Alt】+F1~F6键可以进入文本式虚拟终端，在X Window上可以打开几十个以上的图形式虚拟终端。类UNIX操作系统的虚拟终端有xterm、rxvt、zterm、eterm等，而Windows上有crt、putty等虚拟终端。
终端有三种工作模式，分别为规范模式（canonical mode）、非规范模式（non-canonical mode）和原始模式（raw mode）。
通过在termios结构的c_lflag中设置ICANNON标志来定义终端是以规范模式（设置ICANNON标志）还是以非规范模式（清除ICANNON标志）工作，默认情况为规范模式。
在规范模式下，所有的输入是基于行进行处理的。在用户输入一个行结束符（回车符、EOF等）之前，系统调用read()函数是读不到用户输入的任何字符的。除了EOF之外的行结束符（回车符等）与普通字符一样会被read()函数读取到缓冲区中。在规范模式中，行编辑是可行的，而且一次调用read()函数最多只能读取一行数据。如果在read()函数中被请求读取的数据字节数小于当前行可读取的字节数，则read()函数只会读取被请求的字节数，剩下的字节下次再被读取。
在非规范模式下，所有的输入是即时有效的，不需要用户另外输入行结束符，而且不可进行行编辑。在非规范模式下，对参数MIN(c_cc[VMIN])和TIME(c_cc[VTIME])的设置决定read()函数的调用方式。设置可以有4种不同的情况。
● MIN = 0和TIME = 0：read()函数立即返回。若有可读数据，则读取数据并返回被读取的字节数，否则读取失败并返回0。
● MIN > 0和TIME = 0：read()函数会被阻塞，直到MIN个字节数据可被读取。
● MIN = 0和TIME > 0：只要有数据可读或者经过TIME个十分之一秒的时间，read()函数则立即返回，返回值为被读取的字节数。如果超时并且未读到数据，则read()函数返回0。
● MIN > 0和TIME > 0：当有MIN个字节可读或者两个输入字符之间的时间间隔超过TIME个十分之一秒时，read()函数才返回。因为在输入第一个字符后系统才会启动定时器，所以，在这种情况下，read()函数至少读取一个字节后才返回。
按照严格意义来讲，原始模式是一种特殊的非规范模式。在原始模式下，所有的输入数据以字节为单位被处理。在这个模式下，终端是不可回显的，而且所有特定的终端输入/输出控制处理不可用。通过调用cfmakeraw()函数可以将终端设置为原始模式，而且该函数通过以下代码可以得到实现：
termios_p->c_iflag &= ~(IGNBRK | BRKINT | PARMRK | ISTRIP
| INLCR | IGNCR | ICRNL | IXON);
termios_p->c_oflag &= ~OPOST;
termios_p->c_lflag &= ~(ECHO | ECHONL | ICANON | ISIG | IEXTEN);
termios_p->c_cflag &= ~(CSIZE | PARENB);
termios_p->c_cflag |= CS8;
现在讲解设置串口的基本方法。如上所述，串口设置最基本的操作包括波特率设置，校验位和停止位设置。在这个结构中最为重要的是c_cflag，通过对它的赋值，用户可以设置波特率、字符大小、数据位、停止位、奇偶校验位和硬软流控等。另外，c_iflag和c_cc也是比较常用的标志。在此主要对这3个成员进行详细说明。c_cflag支持的常量名称如表2.11所示。其中设置波特率宏名为相应的波特率数值前加上B，由于数值较多，本表没有全部列出。
表2.11 c_cflag支持的常量名称
| CBAUD | 波特率的位掩码 |
| B0 | 0波特率（放弃DTR） |
| … | … |
续表
| CBAUD | 波特率的位掩码 |
| B1800 | 1800波特率 |
| B2400 | 2400波特率 |
| B4800 | 4800波特率 |
| B9600 | 9600波特率 |
| B19200 | 19200波特率 |
| B38400 | 38400波特率 |
| B57600 | 57600波特率 |
| B115200 | 115200波特率 |
| EXTA | 外部时钟率 |
| EXTB | 外部时钟率 |
| CSIZE | 数据位的位掩码 |
| CS5 | 5个数据位 |
| CS6 | 6个数据位 |
| CS7 | 7个数据位 |
| CS8 | 8个数据位 |
| CSTOPB | 2个停止位（不设则是1个停止位） |
| CREAD | 接收使能 |
| PARENB PARODD |
校验位使能 使用奇校验而不使用偶校验 |
| HUPCL | 最后关闭时挂线（放弃DTR） |
| CLOCAL | 本地连接（不改变端口所有者） |
| CRTSCTS | 硬件流控 |
在这里，对于c_cflag成员不能直接对其初始化，而要将其通过“与”、“或”操作使用其中的某些选项。
输入模式标志c_iflag用于控制端口接收端的字符输入处理。c_iflag支持的常量名称，如表2.12所示。
表2.12 c_iflag支持的常量名称
| INPCK | 奇偶校验使能 |
| IGNPAR | 忽略奇偶校验错误 |
| PARMRK | 奇偶校验错误掩码 |
| ISTRIP | 裁减掉第8位比特 |
| IXON | 启动输出软件流控 |
| IXOFF | 启动输入软件流控 |
续表
| INPCK | 奇偶校验使能 |
| IXANY | 允许输入任意字符可以重新启动输出（默认为输入起始字符才重启输出） |
| IGNBRK | 忽略输入终止条件 |
| BRKINT | 当检测到输入终止条件时发送SIGINT信号 |
| INLCR | 将接收到的NL（换行符）转换为CR（回车符） |
| IGNCR | 忽略接收到的CR（回车符） |
| ICRNL | 将接收到的CR（回车符）转换为NL（换行符） |
| IUCLC | 将接收到的大写字符映射为小写字符 |
| IMAXBEL | 当输入队列满时响铃 |
c_oflag用于控制终端端口发送出去的字符处理，c_oflag支持的常量名称如表2.13所示。因为现在终端的速度比以前快得多，所以大部分延时掩码几乎没什么用途。
表2.13 c_oflag支持的常量名称
| OPOST | 启用输出处理功能，如果不设置该标志则其他标志都被忽略 |
| OLCUC | 将输出中的大写字符转换成小写字符 |
| ONLCR | 将输出中的换行符（'\n'）转换成回车符（'\r'） |
| ONOCR | 如果当前列号为0，则不输出回车符 |
| OCRNL | 将输出中的回车符（'\r'）转换成换行符（'\n'） |
| ONLRET | 不输出回车符 |
| OFILL | 发送填充字符以提供延时 |
| OFDEL | 如果设置该标志，则表示填充字符为DEL字符，否则为NUL字符 |
| NLDLY | 换行符延时掩码 |
| CRDLY | 回车符延时掩码 |
| TABDLY | 制表符延时掩码 |
| BSDLY | 水平退格符延时掩码 |
| VTDLY | 垂直退格符延时掩码 |
| FFLDY | 换页符延时掩码 |
c_lflag用于控制终端的本地数据处理和工作模式，c_lflag所支持的常量名称如表2.14所示。
表2.14 c_lflag支持的常量名称
| ISIG | 若收到信号字符（INTR、QUIT等），则会产生相应的信号 |
| ICANON | 启用规范模式 |
| ECHO | 启用本地回显功能 |
| ECHOE | 若设置ICANON，则允许退格操作 |
续表
| ECHOK | 若设置ICANON，则KILL字符会删除当前行 |
| ECHONL | 若设置ICANON，则允许回显换行符 |
| ECHOCTL | 若设置ECHO，则控制字符（制表符、换行符等）会显示成“^X”，其中X的ASCII码等于给相应控制字符的ASCII码加上0x40。例如，退格字符（0x08）会显示为“^H”（'H'的ASCII码为0x48） |
| ECHOPRT | 若设置ICANON和IECHO，则删除字符（退格符等）和被删除的字符都会被显示 |
| ECHOKE | 若设置ICANON，则允许回显在ECHOE和ECHOPRT中设定的KILL字符 |
| NOFLSH | 在通常情况下，当接收到INTR、QUIT和SUSP控制字符时，会清空输入和输出队列。如果设置该标志，则所有的队列不会被清空 |
| TOSTOP | 若一个后台进程试图向它的控制终端进行写操作，则系统向该后台进程的进程组发送SIGTTOU信号。该信号通常终止进程的执行 |
| IEXTEN | 启用输入处理功能 |
c_cc定义特殊控制特性，c_cc所支持的常量名称如表2.15所示。
表2.15 c_cc支持的常量名称
| VINTR | 中断控制字符，对应键为Ctrl+C |
| VQUIT | 退出操作符，对应键为Ctrl+Z |
| VERASE | 删除操作符，对应键为Backspace（BS） |
| VKILL | 删除行符，对应键为Ctrl+U |
| VEOF | 文件结尾符，对应键为Ctrl+D |
| VEOL | 附加行结尾符，对应键为Carriage return（CR） |
| VEOL2 | 第二行结尾符，对应键为Line feed（LF） |
| VMIN | 指定最少读取的字符数 |
| VTIME | 指定读取的每个字符之间的超时时间 |
下面就详细讲解设置串口属性的基本流程。
1．保存原先串口配置
首先，为了安全起见和以后调试程序方便，可以先保存原先串口的配置，在这里可以使用函数tcgetattr(fd, &old_cfg)。该函数得到由fd指向的终端的配置参数，并将它们保存于termios结构变量old_cfg中。该函数还可以测试配置是否正确、该串口是否可用等。若调用成功，函数返回值为0，若调用失败，函数返回值为-1，其使用如下所示：
if (tcgetattr(fd, &old_cfg) != 0)
{
perror("tcgetattr");
return -1;
}
2．激活选项
CLOCAL和CREAD分别用于本地连接和接收使能，因此，首先要通过位掩码的方式激活这两个选项。
newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
调用cfmakeraw()函数可以将终端设置为原始模式，在后面的实例中，采用原始模式进行串口数据通信。
cfmakeraw(&new_cfg);
3．设置波特率
设置波特率有专门的函数，用户不能直接通过位掩码来操作。设置波特率的主要函数有cfsetispeed()和cfsetospeed()。这两个函数的使用很简单，如下所示：
cfsetispeed(&\&new_cfg, B115200);
cfsetospeed(&new_cfg, B115200);
cfsetispeed()函数在termios结构中设置数据输入波特率，而cfsetospeed()函数在termios结构中设置数据输入波特率。一般来说，用户需将终端的输入和输出波特率设置成一样的。这几个函数在成功时返回0，失败时返回-1。
4．设置字符大小
与设置波特率不同，设置字符大小并没有现成可用的函数，需要用位掩码。一般首先去除数据位中的位掩码，再重新按要求设置，如下所示：
new_cfg.c_cflag &= ~CSIZE; /* 用数据位掩码清空数据位设置 */
new_cfg.c_cflag |= CS8;
5．设置奇偶校验位
设置奇偶校验位需要用到termios中的两个成员：c_cflag和c_iflag。首先要激活c_cflag中的校验位使能标志PARENB和确认是否要进行校验，这样会对输出数据产生校验位，而对输入数据进行校验检查。同时还要激活c_iflag中的对于输入数据的奇偶校验使能（INPCK）。如使能奇校验时，代码如下所示：
new_cfg.c_cflag |= (PARODD | PARENB);
new_cfg.c_iflag |= INPCK;
而使能偶校验时，代码如下所示：
new_cfg.c_cflag |= PARENB;
new_cfg.c_cflag &= ~PARODD; /* 清除偶奇校验标志，则配置为偶校验 */
new_cfg.c_iflag |= INPCK;
6．设置停止位
设置停止位是通过激活c_cflag中的CSTOPB而实现的。若停止位为一个比特，则清除CSTOPB；若停止位为两个，则激活CSTOPB。以下分别是停止位为一个和两个比特时的代码：
new_cfg.c_cflag &= ~CSTOPB; /* 将停止位设置为一个比特 */
new_cfg.c_cflag |= CSTOPB; /* 将停止位设置为两个比特 */
7．设置最少字符和等待时间
在对接收字符和等待时间没有特别要求的情况下，可以将其设置为0，则在任何情况下read()函数立即返回，此时串口操作会设置为非阻塞方式，如下所示：
new_cfg.c_cc[VTIME] = 0;
new_cfg.c_cc[VMIN] = 0;
8．清除串口缓冲
由于串口在重新设置后，需要对当前的串口设备进行适当的处理，这时就可调用在
int tcdrain(int fd); /* 使程序阻塞，直到输出缓冲区的数据全部发送完毕 */
int tcflow(int fd, int action); /* 用于暂停或重新开始输出 */
int tcflush(int fd, int queue_selector); /* 用于清空输入/输出缓冲区 */
在本实例中使用tcflush()函数，对于在缓冲区中尚未传输的数据，或者收到的但是尚未读取的数据，其处理方法取决于queue_selector的值，它可能的取值有以下几种。
● TCIFLUSH：对接收到而未被读取的数据进行清空处理。
● TCOFLUSH：对尚未传送成功的输出数据进行清空处理。
● TCIOFLUSH：包括前两种功能，即对尚未处理的输入/输出数据进行清空处理。
如在本例中所采用的是第一种方法，当然可以使用TCIOFLUSH参数：
tcflush(fd, TCIFLUSH);
9．激活配置
在完成全部串口配置后，要激活刚才的配置并使配置生效。这里用到的函数是tcsetattr()，它的函数原型是：
tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p);
其中，参数termios_p是termios类型的新配置变量。
参数optional_actions可能的取值有以下3种。
● TCSANOW：配置的修改立即生效。
● TCSADRAIN：配置的修改在所有写入fd的输出都传输完毕之后生效。
● TCSAFLUSH：所有已接收但未读入的输入都将在修改生效之前被丢弃。
该函数若调用成功则返回0，若失败则返回-1，代码如下所示：
if ((tcsetattr(fd, TCSANOW, &new_cfg)) != 0)
{
perror("tcsetattr");
return -1;
}
下面给出了串口配置的完整函数。为了函数的通用性，通常将常用的选项都在函数中列出，这样可以大大方便以后用户的调试使用。该设置函数如下所示：
int set_com_config(int fd,int baud_rate,
int data_bits, char parity, int stop_bits)
{
struct termios new_cfg,old_cfg;
int speed;
/* 保存并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, &old_cfg) != 0)
{
perror("tcgetattr");
return -1;
}
new_cfg = old_cfg;
cfmakeraw(&new_cfg); /* 配置为原始模式 */
new_cfg.c_cflag &= ~CSIZE;
/* 设置波特率 */
switch (baud_rate)
{
case 2400:
{
speed = B2400;
}
break;
case 4800:
{
speed = B4800;
}
break;
case 9600:
{
speed = B9600;
}
break;
case 19200:
{
speed = B19200;
}
break;
case 38400:
{
speed = B38400;
}
break;
default:
case 115200:
{
speed = B115200;
}
break;
}
cfsetispeed(&new_cfg, speed);
cfsetospeed(&new_cfg, speed);
switch (data_bits) /* 设置数据位 */
{
case 7:
{
new_cfg.c_cflag |= CS7;
}
break;
default:
case 8:
{
new_cfg.c_cflag |= CS8
; }
break;
}
switch (parity) /* 设置奇偶校验位 */
{
default:
case 'n':
case 'N':
{
new_cfg.c_cflag &= ~PARENB;
new_cfg.c_iflag &= ~INPCK;
}
break;
case 'o':
case 'O':
{
new_cfg.c_cflag |= (PARODD | PARENB);
new_cfg.c_iflag |= INPCK;
}
break;
case 'e':
case 'E':
{
new_cfg.c_cflag |= PARENB;
new_cfg.c_cflag &= ~PARODD;
new_cfg.c_iflag |= INPCK;
}
break;
case 's': /* as no parity */
case 'S':
{
new_cfg.c_cflag &= ~PARENB;
new_cfg.c_cflag &= ~CSTOPB;
}
break;
}
switch (stop_bits) /* 设置停止位 */
{
default:
case 1:
{
new_cfg.c_cflag &= ~CSTOPB;
}
break;
case 2:
{
new_cfg.c_cflag |= CSTOPB;
}
}
/* 设置等待时间和最小接收字符 */
new_cfg.c_cc[VTIME] = 0;
new_cfg.c_cc[VMIN] = 1;
tcflush(fd, TCIFLUSH); /* 处理未接收字符 */
if ((tcsetattr(fd, TCSANOW, &new_cfg)) != 0) /* 激活新配置 */
{
perror("tcsetattr");
return -1;
}
return 0;
}