Linux 下串口USB等设备通信编程入门1
串口简介
串行口是计算机一种常用的接口，具有连接线少，通讯简单，得到广泛的使用。常用的串口是 RS-232-C 接口（又称 EIA RS-232-C）它是在 1970 年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是"数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准"该标准规定采用一个 25 个脚的 DB25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。传输距离在码元畸变小于 4% 的情况下，传输电缆长度应为 50 英尺。
Linux 操作系统从一开始就对串行口提供了很好的支持，本文就 Linux 下的串行口通讯编程进行简单的介绍，如果要非常深入了解，建议看看本文所参考的 《Serial Programming Guide for POSIX Operating Systems》
计算机串口的引脚说明
| 序号 | 信号名称 | 符号 | 流向 | 功能 |
| 3 | 发送数据 | TXD | DTE→DCE | DTE发送串行数据 |
| 2 | 接收数据 | RXD | DTE←DCE | DTE 接收串行数据 |
| 7 | 请求发送 | RTS | DTE→DCE | DTE 请求 DCE 将线路切换到发送方式 |
| 8 | 允许发送 | CTS | DTE←DCE | DCE 告诉 DTE 线路已接通可以发送数据 |
| 6 | 数据设备准备好 | DSR | DTE←DCE | DCE 准备好 |
| 5 | 信号地 | SG | 信号公共地 | |
| 1 | 载波检测 | DCD | DTE←DCE | 表示 DCE 接收到远程载波 |
| 4 | 数据终端准备好 | DTR | DTE→DCE | DTE 准备好 |
| 9 | 振铃指示 | RI | DTE←DCE | 表示 DCE 与线路接通，出现振铃 |
串口操作
串口操作需要的头文件
#include /*标准输入输出定义*/
#include /*标准函数库定义*/
#include /*Unix 标准函数定义*/
#include
#include
#include /*文件控制定义*/
#include /*PPSIX 终端控制定义*/
#include /*错误号定义*/ 打开串口（USB）
在 Linux 下串口文件是位于 /dev 下的
串口一 为 /dev/ttyS0（/dev/ttyUSB0）
串口二 为 /dev/ttyS1(/dev/ttyUSB1)
打开串口是通过使用标准的文件打开函数操作：
int fd;
/*以读写方式打开串口*/
fd = open( "/dev/ttyS0", O_RDWR);
if (-1 == fd){
/* 不能打开串口一*/
perror(" 提示错误！");
}
|
终端设备设置
最基本的设置包括波特率设置，效验位和停止位设置。
串口的设置主要是设置 struct termios 结构体的各成员值。
struct termio
{ 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; /* local mode flags */
unsigned char c_line; /* line discipline */
unsigned char c_cc[NCC]; /* control characters */
};
|
其具体意义如下。
c_iflag：输入模式标志，控制终端输入方式，具体参数如表1所示。
表1 c_iflag参数表
键 值 说 明
IGNBRK 忽略BREAK键输入
BRKINT 如果设置了IGNBRK，BREAK键输入将被忽略
IGNPAR 忽略奇偶校验错误
PARMRK 标识奇偶校验错误
INPCK 允许输入奇偶校验
ISTRIP 去除字符的第8个比特
INLCR 将输入的NL（换行）转换成CR（回车）
IGNCR 忽略输入的回车
ICRNL 将输入的回车转化成换行（如果IGNCR未设置的情况下）
IUCLC 将输入的大写字符转换成小写字符（非POSIX）
IXON 允许输入时对XON/XOFF流进行控制
IXANY 输入任何字符将重启停止的输出
IXOFF 允许输入时对XON/XOFF流进行控制
IMAXBEL 当输入队列满的时候开始响铃
c_oflag：输出模式标志，控制终端输出方式，具体参数如表2所示。
表2 c_oflag参数
键 值 说 明
OPOST 处理后输出
OLCUC 将输入的小写字符转换成大写字符（非POSIX）
ONLCR 将输入的NL（换行）转换成CR（回车）及NL（换行）
OCRNL 将输入的CR（回车）转换成NL（换行）
ONOCR 第一行不输出回车符
ONLRET 不输出回车符
OFILL 发送填充字符以延迟终端输出
OFDEL 以ASCII码的DEL作为填充字符，如果未设置该参数，填充字符为NUL
NLDLY 换行输出延时，可以取NL0（不延迟）或NL1（延迟0.1s）
CRDLY 回车延迟，取值范围为：CR0、CR1、CR2和 CR3
TABDLY 水平制表符输出延迟，取值范围为：TAB0、TAB1、TAB2和TAB3
BSDLY 空格输出延迟，可以取BS0或BS1
VTDLY 垂直制表符输出延迟，可以取VT0或VT1
FFDLY 换页延迟，可以取FF0或FF1
c_cflag：控制模式标志，指定终端硬件控制信息，具体参数如表3所示。
表3 c_cflag参数
键 值 说 明
CBAUD 波特率（4+1位）（非POSIX）
CBAUDEX 附加波特率（1位）（非POSIX）
CSIZE 字符长度，取值范围为CS5、CS6、CS7或CS8
CSTOPB 设置两个停止位
CREAD 使用接收器
PARENB 使用奇偶校验
PARODD 对输入使用奇偶校验，对输出使用偶校验
HUPCL 关闭设备时挂起
CLOCAL 忽略调制解调器线路状态
CRTSCTS 使用RTS/CTS流控制
c_lflag：本地模式标志，控制终端编辑功能，具体参数如表4所示。
表4 c_lflag参数
键 值 说 明
ISIG 当输入INTR、QUIT、SUSP或DSUSP时，产生相应的信号
ICANON 使用标准输入模式
XCASE 在ICANON和XCASE同时设置的情况下，终端只使用大写。
ECHO 显示输入字符
ECHOE 如果ICANON同时设置，ERASE将删除输入的字符
ECHOK 如果ICANON同时设置，KILL将删除当前行
ECHONL 如果ICANON同时设置，即使ECHO没有设置依然显示换行符
ECHOPRT 如果ECHO和ICANON同时设置，将删除打印出的字符（非POSIX）
TOSTOP 向后台输出发送SIGTTOU信号
c_cc[NCCS]：控制字符，用于保存终端驱动程序中的特殊字符，如输入结束符等。c_cc中定义了如表5所示的控制字符。
表5 c_cc支持的控制字符
宏 说 明 宏 说 明
VINTR Interrupt字符 VEOL 附加的End-of-file字符
VQUIT Quit字符 VTIME 非规范模式读取时的超时时间
VERASE Erase字符 VSTOP Stop字符
VKILL Kill字符 VSTART Start字符
VEOF End-of-file字符 VSUSP Suspend字符
VMIN 非规范模式读取时的最小字符数
tcsetattr函数用于设置终端的相关参数。参数fd为打开的终端文件描述符，参数optional_actions用于控制修改起作用的时间，而结构体termios_p中保存了要修改的参数。
optional_actions可以取如下的值：
TCSANOW：不等数据传输完毕就立即改变属性。
TCSADRAIN：等待所有数据传输结束才改变属性。
TCSAFLUSH：清空输入输出缓冲区才改变属性。
错误信息：
EBADF：非法的文件描述符。
EINTR：tcsetattr函数调用被信号中断。
EINVAL：参数optional_actions使用了非法值，或参数termios中使用了非法值。
ENCTTY：非终端的文件描述符。
设置这个结构体很复杂，我这里就只说说常见的一些设置：
波特率设置
下面是修改波特率的代码：
struct termios Opt; tcgetattr(fd, &Opt);//tcgetattr函数用于获取与终端相关的参数。参数fd为终端的文件描述符，返回的结果保存在termios结构体中，该结构体一般包括如下的成员： cfsetispeed(&Opt,B19200); /*设置为19200Bps*/ cfsetospeed(&Opt,B19200); tcsetattr(fd,TCANOW,&Opt); /* tcsetattr函数用于设置终端参数。函数在成功的时候返回0，失败的时候返回-1，并设置errno的值。参数fd为打开的终端文件描述符，参数optional_actions用于控制修改起作用的时间，而结构体termios_p中保存了要修改的参数。optional_actions可以取如下的值。 TCSANOW：不等数据传输完毕就立即改变属性。 TCSADRAIN：等待所有数据传输结束才改变属性。 TCSAFLUSH：清空输入输出缓冲区才改变属性。 */ |
设置波特率的例子函数：
/**
*@brief 设置串口通信速率
*@param fd 类型 int 打开串口的文件句柄
*@param speed 类型 int 串口速度
*@return void
*/
int speed_arr[] = { B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300,
B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300, };
int name_arr[] = {38400, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300, 38400,
19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300, };
void set_speed(int fd, int speed){
int i;
int status;
struct termios Opt;
tcgetattr(fd, &Opt);
for ( i= 0; i < sizeof(speed_arr) / sizeof(int); i++) { //计算数组中的数据个数
if (speed == name_arr[i]) {
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
/*
tcflush() 丢弃要写入引用的对象，但是尚未传输的数据，或者收到但是尚未读取的数据，取决于 queue_selector 的值：
TCIFLUSH 刷新收到的数据但是不读
TCOFLUSH 刷新写入的数据但是不传送
TCIOFLUSH 同时刷新收到的数据但是不读，并且刷新写入的数据但是不传送
通俗地说就是将输出缓冲器清空，把输入缓冲区清空。缓冲区里的数据都废弃。
*/
cfsetispeed(&Opt, speed_arr[i]);
cfsetospeed(&Opt, speed_arr[i]);
status = tcsetattr(fd1, TCSANOW, &Opt);
if (status != 0) {
perror("tcsetattr fd1");
return;
}
tcflush(fd,TCIOFLUSH);
}
}
}
|
效验位和停止位的设置：
| 无效验 | 8位 | Option.c_cflag &= ~PARENB; Option.c_cflag &= ~CSTOPB; Option.c_cflag &= ~CSIZE; Option.c_cflag |= ~CS8; |
| 奇效验(Odd) | 7位 | Option.c_cflag |= ~PARENB; Option.c_cflag &= ~PARODD; Option.c_cflag &= ~CSTOPB; Option.c_cflag &= ~CSIZE; Option.c_cflag |= ~CS7; |
| 偶效验(Even) | 7位 | Option.c_cflag &= ~PARENB; Option.c_cflag |= ~PARODD; Option.c_cflag &= ~CSTOPB; Option.c_cflag &= ~CSIZE; Option.c_cflag |= ~CS7; |
| Space效验 | 7位 | Option.c_cflag &= ~PARENB; Option.c_cflag &= ~CSTOPB; Option.c_cflag &= &~CSIZE; Option.c_cflag |= CS8; |
设置效验的函数：
/**
*@brief 设置串口数据位，停止位和效验位
*@param fd 类型 int 打开的串口文件句柄
*@param databits 类型 int 数据位 取值 为 7 或者8
*@param stopbits 类型 int 停止位 取值为 1 或者2
*@param parity 类型 int 效验类型 取值为N,E,O,,S
*/
int set_Parity(int fd,int databits,int stopbits,int parity)
{
struct termios options;
if ( tcgetattr( fd,&options) != 0) {
perror("SetupSerial 1");
return(FALSE);
}
options.c_cflag &= ~CSIZE;
switch (databits) /*设置数据位数*/
{
case 7:
options.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
options.c_cflag |= CS8;
break;
default:
fprintf(stderr,"Unsupported data size\n"); return (FALSE);
}
switch (parity)
{
case 'n':
case 'N':
options.c_cflag &= ~PARENB; /* Clear parity enable */
options.c_iflag &= ~INPCK; /* Enable parity checking */
break;
case 'o':
case 'O':
options.c_cflag |= (PARODD | PARENB); /* 设置为奇效验*/
options.c_iflag |= INPCK; /* Disnable parity checking */
break;
case 'e':
case 'E':
options.c_cflag |= PARENB; /* Enable parity */
options.c_cflag &= ~PARODD; /* 转换为偶效验*/
options.c_iflag |= INPCK; /* Disnable parity checking */
break;
case 'S':
case 's': /*as no parity*/
options.c_cflag &= ~PARENB;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;break;
default:
fprintf(stderr,"Unsupported parity\n");
return (FALSE);
}
/* 设置停止位*/
switch (stopbits)
{
case 1:
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
break;
case 2:
options.c_cflag |= CSTOPB;
break;
default:
fprintf(stderr,"Unsupported stop bits\n");
return (FALSE);
}
/* Set input parity option */
if (parity != 'n')
options.c_iflag |= INPCK;
tcflush(fd,TCIFLUSH);
options.c_cc[VTIME] = 150; /* 设置超时15 seconds*/
options.c_cc[VMIN] = 0; /* Update the options and do it NOW */
if (tcsetattr(fd,TCSANOW,&options) != 0)
{
perror("SetupSerial 3");
return (FALSE);
}
return (TRUE);
}
|
需要注意的是:
如果不是开发终端之类的，只是串口传输数据，而不需要串口来处理，那么使用原始模式(Raw Mode)方式来通讯，设置方式如下：
options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); /*Input*/ options.c_oflag &= ~OPOST; /*Output*/ |
设置好串口之后，读写串口就很容易了，把串口当作文件读写就是。
- 发送数据
char buffer[1024];int Length;int nByte;nByte = write(fd, buffer ,Length)
- 读取串口数据
使用文件操作read函数读取，如果设置为原始模式(Raw Mode)传输数据，那么read函数返回的字符数是实际串口收到的字符数。
可以使用操作文件的函数来实现异步读取，如fcntl，或者select等来操作。
char buff[1024];int Len;int readByte = read(fd,buff,Len);
关闭串口就是关闭文件。
close(fd); |
下面是一个简单的读取串口数据的例子，使用了上面定义的一些函数和头文件
/**********************************************************************
代码说明：使用串口二测试的，发送的数据是字符，
但是没有发送字符串结束符号，所以接收到后，后面加上了结束符号。
我测试使用的是单片机发送数据到第二个串口，测试通过。
**********************************************************************/
#define FALSE -1
#define TRUE 0
/*********************************************************************/
int OpenDev(char *Dev) //dev 可以是USB 也可以是串口
{
int fd = open( Dev, O_RDWR ); //| O_NOCTTY | O_NDELAY
if (-1 == fd)
{
perror("Can't Open Serial Port");
return -1;
}
else
return fd;
}
int main(int argc, char **argv){
int fd;
int nread;
char buff[512];
char *dev = "/dev/ttyS1"; //串口二
fd = OpenDev(dev);
set_speed(fd,19200);
if (set_Parity(fd,8,1,'N') == FALSE) {
printf("Set Parity Error\n");
exit (0);
}
while (1) //循环读取数据
{
while((nread = read(fd, buff, 512))>0)
{
printf("\nLen %d\n",nread);
buff[nread+1] = '\0';
printf( "\n%s", buff);
}
}
//close(fd);
// exit (0);
}
总代码
#include /*标准输入输出定义*/
#include /*标准函数库定义*/
#include /*Unix标准函数定义*/
#include /**/
#include /**/
#include /*文件控制定义*/
#include /*PPSIX终端控制定义*/
#include /*错误号定义*/
/***@brief 设置串口通信速率
*@param fd 类型 int 打开串口的文件句柄
*@param speed 类型 int 串口速度
*@return void*/
int speed_arr[] = { B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300,
B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300, };
int name_arr[] = {38400, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300,
38400, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300, };
void set_speed(int fd, int speed) //Linux 下串口USB等设备通信编程入门2中有终端属性的获取设置函数
{
int i;
int status;
struct termios Opt;
tcgetattr(fd, &Opt);
for ( i= 0; i < sizeof(speed_arr) / sizeof(int); i++)
{
if (speed == name_arr[i])
{
tcflush(fd, TCIOFLUSH);//Update the options and do it NOW
cfsetispeed(&Opt, speed_arr[i]);
cfsetospeed(&Opt, speed_arr[i]);
status = tcsetattr(fd, TCSANOW, &Opt);
if (status != 0)
perror("tcsetattr fd1");
return;
}
tcflush(fd,TCIOFLUSH);
}
}
/**
*@brief 设置串口数据位，停止位和效验位
*@param fd 类型 int 打开的串口文件句柄*
*@param databits 类型 int 数据位 取值 为 7 或者8 数据位为7位或8位
*@param stopbits 类型 int 停止位 取值为 1 或者2* 停止位为1或2位
*@param parity 类型 int 效验类型 取值为N,E,O,,S N->无奇偶校验，O->奇校验 E->为偶校验，
*/
int set_Parity(int fd,int databits,int stopbits,int parity)
{
struct termios options;
if ( tcgetattr( fd,&options) != 0)
{
perror("SetupSerial 1");
return(FALSE);
}
options.c_cflag &= ~CSIZE;
switch (databits) /*设置数据位数*/
{
case 7:
options.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
options.c_cflag |= CS8;
break;
default:
fprintf(stderr,"Unsupported data size\n");
return (FALSE);
}
switch (parity)
{
case 'n':
case 'N':
options.c_cflag &= ~PARENB; /* Clear parity enable */
options.c_iflag &= ~INPCK; /* Enable parity checking */
break;
case 'o':
case 'O':
options.c_cflag |= (PARODD | PARENB); /* 设置为奇效验*/
options.c_iflag |= INPCK; /* Disnable parity checking */
break;
case 'e':
case 'E':
options.c_cflag |= PARENB; /* Enable parity */
options.c_cflag &= ~PARODD; /* 转换为偶效验*/
options.c_iflag |= INPCK; /* Disnable parity checking */
break;
case 'S':
case 's': /*as no parity*/
options.c_cflag &= ~PARENB;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
break;
default:
fprintf(stderr,"Unsupported parity\n");
return (FALSE);
}
/* 设置停止位*/
switch (stopbits)
{
case 1:
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
break;
case 2:
options.c_cflag |= CSTOPB;
break;
default:
fprintf(stderr,"Unsupported stop bits\n");
return (FALSE);
}
/* Set input parity option */
if (parity != 'n')
options.c_iflag |= INPCK;
options.c_cc[VTIME] = 150; // 15 seconds
options.c_cc[VMIN] = 0;
tcflush(fd,TCIFLUSH); /* Update the options and do it NOW */
if (tcsetattr(fd,TCSANOW,&options) != 0)
{
perror("SetupSerial 3");
return (FALSE);
}
return (TRUE);
}
/**
*@breif 打开串口
*/
int OpenDev(char *Dev)
{
int fd = open( Dev, O_RDWR ); //| O_NOCTTY | O_NDELAY
if (-1 == fd)
{ /*设置数据位数*/
perror("Can't Open Serial Port");
return -1;
}
else
return fd;
}
/**
*@breif main()
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int nread;
char buff[512];
char *dev ="/dev/ttyS1";
fd = OpenDev(dev);
if (fd>0)
set_speed(fd,19200);
else
{
printf("Can't Open Serial Port!\n");
exit(0);
}
if (set_Parity(fd,8,1,'N')== FALSE) // 8位数据，非两位的停止位，不使用奇偶校验 ，不允许输入奇偶校验
{
printf("Set Parity Error\n");
exit(1);
}
while(1)
{
while((nread = read(fd,buff,512))>0)
{
printf("\nLen %d\n",nread);
buff[nread+1]='\0';
printf("\n%s",buff);
}
}
//close(fd);
//exit(0);
}