嵌入式Linux应用开发笔记：串口

目的

串口（UART）是嵌入式设备中比较常用的功能。这篇文章将记录下应用程序中串口操作相关内容。

这篇文章中内容均在下面的开发板上进行测试：
《新唐NUC980使用记录：自制开发板（基于NUC980DK61YC）》

这篇文章是在下面文章基础上进行的：
《新唐NUC980使用记录（5.10.y内核）：在用户应用中使用GPIO》

基础说明

Linux中应用程序对于串口的使用可以参考下面文章： https://digilander.libero.it/robang/rubrica/serial.htm
https://blog.csdn.net/qq_37932504/article/details/121125906

这里简单介绍下相关内容。Linux中应用程序对于串口的使用基本上也就是文件操作，使用 open / write / read 等方法。此外通常使用前需要通过 ioctl 方法来获取与设置串口的波特率、数据位、停止位、流控制等。对于串口而言部分设置在 ioctl 方法之上封装了一些函数，可以方便的进行操作。

串口的设置都集中在下面的结构体中：

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; /*本地模式标志 */
	unsigned char c_line; /* 行规程标志 */
	unsigned char c_cc[NCC]; /* 控制字符标志 */
};

结构体中具体内容与设置可以参考上面文章。

开发准备

设备树

首先需要调整设备树来启用串口：

# cd ~/nuc980-sdk/NUC980-linux-5.10.y/
gedit arch/arm/boot/dts/nuc980-dev-v1.0.dts

这里启用了 uart1 ：

uart1: serial@b0071000 {
	status = "okay";
};

根据 nuc980.dtsi 文件的中的定义 uart1 默认使用引脚为 PA0 - RXD 和 PA1 - TXD 。

# 设置编译工具链
export ARCH=arm; export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabi-
export PATH=$PATH:/home/nx/nuc980-sdk/buildroot-2023.02/output/host/bin

# 编译生成设备树文件
make dtbs

# 编译完成后拷贝到电脑上再拷贝到SD卡中
# sudo cp arch/arm/boot/dts/nuc980-dev-v1.0.dtb /media/sf_common/

# 我这里开发环境和开发板在同一局域网中，所以可以直接通过网络将dtb文件拷贝到开发板上
# 在开发板中挂载boot分区
# mount /dev/mmcblk0p1 /mnt/
# 在ubuntu中使用scp命令拷贝dtb文件到开发板上
# scp arch/arm/boot/dts/nuc980-dev-v1.0.dtb [email protected]:/mnt/
# 拷贝完成后重启开发板即可测试
# reboot

加载新的设备树之后就可以测试新串口的功能了，使用外部的串口模块连接开发板和电脑：

可以看到使用默认波特率发送数据其实很简单，但是实际的使用过程中往往还需要修改串口设置以及接收数据等，所以就需要编写应用程序来处理。

应用程序

cd ~

# 创建目应用程序录并进入
mkdir -p ~/nuc980-sdk/apps/uart
cd ~/nuc980-sdk/apps/uart

# 创建应用程序文件
gedit uart_test.c

# 应用程序代码见下面章节

# 设置编译工具链
export ARCH=arm; export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabi-
export PATH=$PATH:/home/nx/nuc980-sdk/buildroot-2023.02/output/host/bin

# 编译生成目标应用程序
arm-linux-gcc -o uart_test uart_test.c

# 编译完成后拷贝到电脑上再拷贝到SD卡中
# sudo cp uart_test /media/sf_common/

# 我这里开发环境和开发板在同一局域网中，所以可以直接通过网络将文件拷贝到开发板上
# 在ubuntu中使用scp命令拷贝文件到开发板上
# scp uart_test [email protected]:/root/

应用程序与演示

代码

#include    /* Standard input/output definitions */
#include   /* String function definitions */
#include   /* UNIX standard function definitions */
#include    /* File control definitions */
#include    /* Error number definitions */
#include  /* POSIX terminal control definitions */

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd, ret;
    struct termios opt;
    char c;

	if (argc != 2)
	{
		printf("Usage: uart_test \n");
		return -1;
	}

    /* 打开串口 */
    fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (fd == -1)
    {
        printf("NX applog: can not open %s\n", argv[1]);
        return -1;
    }
    fcntl(fd, F_SETFL, 0); // 读取使用阻塞方式

    /* 设置串口属性 */
    // tcgetattr(fd, &opt); // 获取现有串口属性
    bzero(&opt, sizeof(opt)); // 以0填充结构体

    cfsetspeed(&opt, B115200); // 设置串口波特率

    opt.c_cflag |= CS8; // 8位数据位
    // opt.c_cflag &= ~PARENB; // 没有校验位
    // opt.c_cflag &= ~CSTOPB; // 1位停止位

    opt.c_cflag |= CREAD | CLOCAL;

	opt.c_cc[VMIN] = 1;	// 每次读取至少读到一个字节
	opt.c_cc[VTIME] = 0; // 读取操作不会超时

    tcflush(fd, TCIOFLUSH); // 清空当前输入/输出缓冲区数据

    ret = tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt); // 使能串口设置
    if (ret != 0)
	{
		printf("NX applog: port set error\n");
		return -1;
	}

    /* 数据收发测试 */
    while (1) 
    {
        read(fd, &c, 1); // 
        printf("NX applog: read 0x%02x %c\n", c, c);
        write(fd, &c, 1);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

演示

上面代码的作用是接收数据并回传，演示如下：

总结

串口操作总体来说并不复杂。另外虽然串口有很多可以设置的属性，但是目前很多属性已经不怎使用了，最常见需要修改的也就波特率了。

设备树文件

/*
 * Device Tree Source for NUC980 DEV board
 *
 * Copyright (C) 2018 Nuvoton Technology Corp.
 *
 * The code contained herein is licensed under the GNU General Public
 * License. You may obtain a copy of the GNU General Public License
 * Version 2 or later at the following locations:
 *
 * http://www.opensource.org/licenses/gpl-license.html
 * http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html
 */
/dts-v1/;

#include "nuc980.dtsi"

/ {
	model = "Nuvoton NUC980 DEV V1.0";
	compatible = "nuvoton,nuc980-dev-v1.0", "nuvoton,nuc980";

	chosen {
		bootargs = "console=ttyS0,115200n8 noinitrd rootfstype=ext4 root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait mem=64M";
	};

	apb {
		uart1: serial@b0071000 {
			status = "okay";
		};

		uart2: serial@b0072000 {
			status = "disabled";
		};

		uart3: serial@b0073000 {
			status = "disabled";
		};

		uart4: serial@b0074000 {
			status = "disabled";
		};

		uart5: serial@b0075000 {
			status = "disabled";
		};

		uart6: serial@b0076000 {
			status = "disabled";
		};

		uart7: serial@b0077000 {
			status = "disabled";
		};

		uart8: serial@b0078000 {
			status = "disabled";
		};

		uart9: serial@b0079000 {
			status = "disabled";
		};

		can0: can@b00a0000 {
			status = "disabled";
		};

		can1: can@b00a1000 {
			status = "disabled";
		};

		rtc: rtc@b0041000 {
			status = "disabled";
		};

		gpio: gpio@b0004000 {
			pinctrl-0 = <>;
			eint2-config = <0 0 0>;
			eint3-config = <0 0 0>;
		};

		nadc: nadc@b0043000 {
			status = "disabled";
		};

		pwm0: pwm@b0058000 {
			status = "disabled";
		};

		pwm1: pwm@b0059000 {
			status = "disabled";
		};


		etimer0: etimer0@b0050000 {
			status = "disabled";
		};

		etimer1: etimer1@b0050100 {
			status = "disabled";
		};

		etimer2: etimer2@b0051000 {
			status = "disabled";
		};

		etimer3: etimer3@b0051100 {
			status = "disabled";
		};

		i2c0: i2c0@b0080000 {
			status = "disabled";
		};

		i2c1: i2c1@b0081000 {
			status = "disabled";
			pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1_PB>;
		};


		i2c2: i2c2@b0082000 {
			status = "disabled";
			pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c2_PB>;
		};

	};

	ahb {

		usbh_ehci@b0015000 {
			pinctrl-0 = <>; /*disable PWREN and OVC*/
			ov_active = <1>;/*disable PWREN and OVC*/
			status = "okay";
		};
		usbh_ohci@b0017000{
			status = "okay";
		};

		usbdev@b0016000 {
			status = "okay";
		};

		fmi@b0019000 {
			status = "disabled";
		};

		sdh@b0018000 {
			status = "okay";
		};

		emac0@b0012000 {
			status = "okay";
		};
		emac1@b0022000 {
			status = "disabled";
		};
		ccap0@b0024000 {
			status = "disabled";
		};
		i2c_gpio0: i2c-gpio-0 {
			status = "disabled";
		};
		ccap1@b0014000 {
			status = "disabled";
		};
		i2c_gpio1: i2c-gpio-1 {
			status = "disabled";
		};
		dma@b0008000 {
			status = "okay";
		};

		i2s: i2s@b0020000 {
			status = "disabled";
		};

		i2s_pcm: i2s_pcm {
			status = "disabled";
		};

		sound {
			compatible = "nuvoton,nuc980-audio";
			i2s-controller = <&i2s>;
			i2s-platform = <&i2s_pcm>;
			status = "disabled";
		};
		ebi: ebi@b0010000 {
			status = "disabled";
		};
	};

	nx_node@0 {
		compatible = "nx_dts_node";
		str = "Naisu 233!";
		num = <0x00000000 0x00000020>;
	};
	
	nx_node@1 {
		compatible = "nx_dts_node";
		str = "Hello Naisu!";
		num = <0x000000 0x00000040>;
	};
};