Linux下串口通信学习
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。串口通讯指的是计算机依次以位（bit）为单位来传送数据，串行通讯使用的范围很广，在嵌入式系统开发过程中串口通讯也经常用到通讯方式之一。
Linux对所有设备的访问是通过设备文件来进行的，串口也是这样，为了访问串口，只需打开其设备文件即可操作串口设备。在linux系统下面，每一个串口设备都有设备文件与其关联，设备文件位于系统的/dev目录下面。如linux下的/ttyS0，/ttyS1分别表示的是串口1和串口2。下面来详细介绍linux下是如何使用串口的：
1. 打开串口
与其他的关于设备编程的方法一样，在Linux下，操作、控制串口也是通过操作起设备文件进行的。在Linux下，串口的设备文件是/dev/ttyS0或/dev/ttyS1等。因此要读写串口，我们首先要打开串口：
char *dev = "/dev/ttyS0"; //串口1
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 open（“DE_name”，int open_Status）
参数说明：
（1）.DE_name：要打开的设备文件名
比如要打开串口1，即为/dev/ttyS0。
（2）.open_Status：文件打开方式，可采用下面的文件打开模式：
l O_RDONLY：以只读方式打开文件
l O_WRONLY：以只写方式打开文件
l O_RDWR：以读写方式打开文件
l O_APPEND：写入数据时添加到文件末尾
l O_CREATE：如果文件不存在则产生该文件，使用该标志需要设置访问权限位mode_t
l O_EXCL：指定该标志，并且指定了O_CREATE标志，如果打开的文件存在则会产生一个错误
l O_TRUNC：如果文件存在并且成功以写或者只写方式打开，则清除文件所有内容，使得文件长度变为0
l O_NOCTTY：如果打开的是一个终端设备，这个程序不会成为对应这个端口的控制终端，如果没有该标志，任何一个输入，例如键盘中止信号等，都将影响进程。
l O_NONBLOCK：该标志与早期使用的O_NDELAY标志作用差不多。程序不关心DCD信号线的状态，如果指定该标志，进程将一直在休眠状态，直到DCD信号线为0。
函数返回值：
成功返回文件描述符，如果失败返回-1
2. 设置串口速度
打开串口成功后，我们就可以对其进行读写了。首先要设置串口的波特率：
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++) {
if (speed == name_arr[i]) {
tcflush(fd, TCIOFLUSH); //清空串口的缓冲区
cfsetispeed(&Opt, speed_arr[i]);
cfsetospeed(&Opt, speed_arr[i]);
status = tcsetattr(fd, TCSANOW, &Opt);
if (status != 0) {
perror("tcsetattr fd");
return;
}
tcflush(fd,TCIOFLUSH);
}
}
}
在程序中，很容易配置串口的属性，这些属性定义在结构体struct termios中。为在程序中使用该结构体，需要包含文件，该头文件定义了结构体struct termios。该结构体定义如下：
#define NCCS 19
struct termios {
tcflag_t c_iflag; /* 输入参数 */
tcflag_t c_oflag; /* 输出参数 */
tcflag_t c_cflag; /* 控制参数*/
tcflag_t c_ispeed; /* 输入波特率 */
tcflag_t c_ospeed; /* 输出波特率 */
cc_t c_line; /* 线控制 */
cc_t c_cc[NCCS]; /* 控制字符*/
};
其中成员c_line在POSIX(Portable Operating System Interface for UNIX)系统中不使用。对于支持POSIX终端接口的系统中，对于端口属性的设置和获取要用到两个重要的函数是：
（1）.int tcsetattr（int fd，int opt_DE，*ptr）
该函数用来设置终端控制属性，其参数说明如下：
l fd：待操作的文件描述符
l opt_DE：选项值，有三个选项以供选择：
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
l *ptr：指向termios结构的指针
函数返回值：成功返回0，失败返回－1。
（2）.int tcgetattr（int fd，*ptr）
该函数用来获取终端控制属性，它把串口的默认设置赋给了termios数据数据结构，其参数说明如下：
l fd：待操作的文件描述符
l *ptr：指向termios结构的指针
函数返回值：成功返回0，失败返回－1。
3. 设置串口信息
这主要包括：数据位、停止位、奇偶校验位这些主要的信息。
/*
*@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;
options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); /*Input*/
options.c_oflag &= ~OPOST; /*Output*/
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) /*设置校验类型*/
{
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] = 0; /* 设置超时0 seconds*/
options.c_cc[VMIN] = 13; /* define the minimum bytes data to be readed*/
if (tcsetattr(fd,TCSANOW,&options) != 0)
{
perror("SetupSerial 3");
return (FALSE);
}
return (TRUE);
}
在上述代码中，有两句话特别重要：
options.c_cc[VTIME] = 0; /* 设置超时0 seconds*/
options.c_cc[VMIN] = 13; /* define the minimum bytes data to be readed*/
这两句话决定了对串口读取的函数read()的一些功能。我将着重介绍一下他们对read()函数的影响。
对串口操作的结构体是
Struct{
tcflag_t c_iflag; /*输入模式标记*/
tcflag_t c_oflag; /*输出模式标记*/
tcflag_t c_cflag; /*控制模式标记*/
tcflag_t c_lflag; /*本地模式标记*/
cc_t c_line; /*线路规程*/
cc_t c_cc[NCCS]; /*控制符号*/
}；
其中cc_t c_line只有在一些特殊的系统程序(比如，设置通过tty设备来通信的网络协议)中才会用。在数组c_cc中有两个下标(VTIME和VMIN)对应的元素不是控制符，并且只是在原始模式下有效。只有在原始模式下，他们决定了read()函数在什么时候返回。在标准模式下，除非设置了O_NONBLOCK选项，否则只有当遇到文件结束符或各行的字符都已经编辑完毕后才返回。
控制符VTIME和VMIN之间有着复杂的关系。VTIME定义要求等待的零到几百毫秒的时间量(通常是一个8位的unsigned char变量，取值不能大于cc_t)。VMIN定义了要求等待的最小字节数(不是要求读的字节数——read()的第三个参数才是指定要求读的最大字节数)，这个字节数可能是0。
l 如果VTIME取0，VMIN定义了要求等待读取的最小字节数。函数read()只有在读取了VMIN个字节的数据或者收到一个信号的时候才返回。
l 如果VMIN取0，VTIME定义了即使没有数据可以读取，read()函数返回前也要等待几百毫秒的时间量。这时，read()函数不需要像其通常情况那样要遇到一个文件结束标志才返回0。
l 如果VTIME和VMIN都不取0，VTIME定义的是当接收到第一个字节的数据后开始计算等待的时间量。如果当调用read函数时可以得到数据，计时器马上开始计时。如果当调用read函数时还没有任何数据可读，则等接收到第一个字节的数据后，计时器开始计时。函数read可能会在读取到VMIN个字节的数据后返回，也可能在计时完毕后返回，这主要取决于哪个条件首先实现。不过函数至少会读取到一个字节的数据，因为计时器是在读取到第一个数据时开始计时的。
l 如果VTIME和VMIN都取0，即使读取不到任何数据，函数read也会立即返回。同时，返回值0表示read函数不需要等待文件结束标志就返回了。
这就是这两个变量对read函数的影响。我使用的读卡器每次传送的数据是13个字节，一开始，我把它们设置成
options.c_cc[VTIME] = 150
options.c_cc[VMIN] = 0;
结果，每次读取的信息只有8个字节，剩下的5个字节要等到下一次打卡时才能收到。就是由于这个原因造成的。根据上面规则的第一条，我把VTIME取0，VMIN=13，也就是正好等于一次需要接收的字节数。这样就实现了一次读取13个字节值。同时，得出这样的结论，如果读卡器送出的数据为n个字节，那么就把VMIN=n，这样一次读取的信息正好为读卡器送出的信息，并且读取的时候不需要进行循环读取。
tcflush函数刷清（扔掉）输入缓存（终端驱动法度已接管到，但用户法度尚未读）或输出缓存（用户法度已经写，但尚未发送）.
int tcflush（int filedes，int quene）
quene数该当是下列三个常数之一:
*TCIFLUSH 刷清输入队列
*TCOFLUSH 刷清输出队列
*TCIOFLUSH 刷清输入、输出队列
例如：tcflush（fd，TCIFLUSH）;
在打开串口后，串口其实已经可以开始读取数据了，这段时间用户如果没有读取，将保存在缓冲区里，如果用户不想要开始的一段数据，或者发现缓冲区数据有误，可以使用这个函数清空缓冲
tcflush(fdcom, TCIFLUSH);
sleep(2);
RecvLen = PortRecv(fdcom, RecvBuf, 10, portinfo.baudrate);
这样，在sleep之前发的数据都被清空了。