嵌入式Linux下串口應(yīng)用編程

【摘要】本文詳細(xì)介紹了嵌入式linux下串口應(yīng)用編程，詳細(xì)介紹了串口設(shè)置的步驟，可以更好的理解串口的工作原理。

【關(guān)鍵詞】linux操作系統(tǒng)；串口設(shè)置；串口使用

一、引言

串口是一種常用的接口，常用的串口有RS-232-C接口。S3C2410X內(nèi)部具有兩個(gè)獨(dú)立的UART控制器，每個(gè)控制器都可以工作在Interrupt（中斷）模式或者DMA（直接存儲(chǔ)訪(fǎng)問(wèn)）模式。同時(shí)，每個(gè)UART均具有16字節(jié)的FIFO（先入先出寄存器），支持的最高波特率可達(dá)到230.4kb/s。UART的操作主要可分為以下幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、產(chǎn)生中斷、設(shè)置波特率、Loopback模式、紅外模式以及硬軟流控模式。在linux中，所有的設(shè)備文件一般都位于“/dev”下，其中串口1和串口2對(duì)應(yīng)的設(shè)備名依次為“/dev/ttyS0”和“/dev/ttyS1”，而且USB轉(zhuǎn)串口的設(shè)備名通常為“/dev/ttyUSB0”和“/dev/ttyUSB1”，下面就詳細(xì)講解串口應(yīng)用編程。

二、串口設(shè)置詳解

讀寫(xiě)串口設(shè)備時(shí)需要設(shè)置串口的波特率、校驗(yàn)碼、停止位等等，對(duì)于應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，對(duì)于串口設(shè)備的設(shè)置主要通過(guò)如下的結(jié)構(gòu)體完成的：

#include

struct termios

{

unsigned short c_iflag； /*輸入模式標(biāo)志*/

unsigned short c_oflag； /*輸出模式標(biāo)志*/

unsigned short c_cflag； /*控制模式標(biāo)志*/

unsigned short c_lflag； /*本地模式標(biāo)志*/

unsigned short c_line； /*線(xiàn)路規(guī)程*/

unsigned short c_cc[NCC]；/*控制特性*/

speed_t cispeed； /*輸入速度*/

speed_t c_ospeed； /*輸出速度*/

}；

termios是POSIX定義的標(biāo)準(zhǔn)接口，是對(duì)虛擬終端、串口等終端類(lèi)設(shè)備的一種抽象。終端有規(guī)范模式、非規(guī)范模式和原始模式這三種工作模式。上述結(jié)構(gòu)體成員的c_lflag的ICANNON標(biāo)志位用于定義終端的工作模式類(lèi)型，如果設(shè)置這一位說(shuō)明終端工作與規(guī)范模式下，如果過(guò)清除該標(biāo)志表明終端工作在非規(guī)范模式下。默認(rèn)情況是工作在規(guī)范模式下。

在規(guī)范模式下，對(duì)輸入是通過(guò)行的方式進(jìn)行處理的。在輸入行結(jié)束符（包括回車(chē)符、EOF等）之前，系統(tǒng)調(diào)用read（）函數(shù)是讀不到輸入的數(shù)據(jù)。在非規(guī)范模式下，輸入全部都是即時(shí)生效的，既不需要額外輸入行結(jié)束符，也不需要進(jìn)行行編輯。在該模式下，用戶(hù)可以通過(guò)對(duì)參數(shù)MIN（c_cc[VMIN]）和TIME（c_cc[VTIME]）的設(shè)置來(lái)決定調(diào)用read（）函數(shù)的方式。下面是4中不同的設(shè)置情況。

（1）MIN 以及TIME全部為0的情況下：read（）函數(shù)立即返回。若有可讀的數(shù)據(jù)時(shí)，則讀取數(shù)據(jù)并返回被讀取的字節(jié)數(shù)，否則讀取失敗并返回0。

（2）MIN大于0，TIME為0：read（）函數(shù)會(huì)等待到有MIN個(gè)字節(jié)可以被讀取 ，否則一直處于阻塞狀態(tài)。

（3）MIN為0，而TIME>0：只要滿(mǎn)足兩種情形下：a、存在數(shù)據(jù)可讀；b、阻塞TIME的十分之一秒，read函數(shù)就會(huì)返回，其中返回值為讀取到的字節(jié)數(shù)。如果在有數(shù)據(jù)可讀前超時(shí)，則read（）函數(shù)返回值為0。

（4）MIN和TIME全都大于0：只有滿(mǎn)足如下兩種情形之一時(shí)，read（）函數(shù)才會(huì)返回 ：緩存區(qū)中有MIN個(gè)字節(jié)，或者在兩個(gè)字符之間超時(shí)TIME個(gè)十分之一秒。

從嚴(yán)格意義上來(lái)講，原始模式是一種特殊的非規(guī)范模式。在原始模式下，對(duì)輸入數(shù)據(jù)的處理方式是按字節(jié)為單位，并且終端是不可回顯的。通過(guò)調(diào)用cfmakeraw（）函數(shù)就可以將把終端的該工作模式設(shè)置為原始模式。

三、簡(jiǎn)單的串口設(shè)置詳解流程

下面以指紋識(shí)別系統(tǒng)為例介紹下串口的操作流程。

本系統(tǒng)中，對(duì)串口的操作和使用可以分為如下幾個(gè)部分：串口的初始化（包括串口設(shè)備的打開(kāi)、串口設(shè)備屬性的設(shè)置）、串口數(shù)據(jù)單字節(jié)讀取、串口數(shù)據(jù)的多字節(jié)讀取、串口數(shù)據(jù)的單字節(jié)寫(xiě)入、串口數(shù)據(jù)的多字節(jié)寫(xiě)入、串口設(shè)備的關(guān)閉。

1.串口設(shè)備的初始化過(guò)程

（1）打開(kāi)串口

在Linux系統(tǒng)中，對(duì)設(shè)備的操作如同普通文件一樣，在本系統(tǒng)中打開(kāi)串口設(shè)備的代碼如下所示：

#define DEVICENAME0\"/dev/s3c2410_serial1\"

fd=open（DEVICENAME0，O_RDWR| O_NONBLOCK）；

DEVICENAME0表示要打開(kāi)的串口設(shè)備名稱(chēng)，這個(gè)和特定的設(shè)備相關(guān)，在Linux桌面系統(tǒng)上一般為/dev/ttyS*，而在嵌入式系統(tǒng)中，這個(gè)根據(jù)UART驅(qū)動(dòng)對(duì)的板級(jí)信息不同而不同，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定，在本系統(tǒng)中是/dev/s3c2410_serial1。

O_RDWR表示以讀寫(xiě)方式打開(kāi)串口設(shè)備

O_NONBLOCK標(biāo)志代表將以后的讀寫(xiě)操作全以非阻塞模式。注意，這里必須選擇非阻塞方式打開(kāi)，否則會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行出錯(cuò)。

為了讀寫(xiě)串口設(shè)備，需要恢復(fù)串口讀寫(xiě)方式為阻塞狀態(tài)，以用于等待數(shù)據(jù)，可用fcntl（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)

if（fcntl（fd，F(xiàn)_SETFL，0）<0）

{

printf（“fcntl F_SETFL＼n”）；

return 1；

}

（2）配置串口設(shè)備的屬性

在打開(kāi)串口設(shè)備之后，需要對(duì)串口設(shè)備的屬性進(jìn)行配置。主要包括設(shè)置波特率、設(shè)置字符大小、設(shè)置奇偶校驗(yàn)位、設(shè)置停止位以及設(shè)置最小字符和等待時(shí)間等。

設(shè)置串口設(shè)備之前，需要先獲取當(dāng)前串口設(shè)備的屬性，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體termios的成員都是和特定寄存器對(duì)應(yīng)的，如果不先獲取以前的狀態(tài)，可能將寄存器中的值全部覆蓋，從而導(dǎo)致通信失敗，并且在操作完串口設(shè)備以后，需要將串口設(shè)備的屬性恢復(fù)到以前的值。獲取當(dāng)前串口設(shè)備屬性的過(guò)程如下：

tcgetattr（fd，new_cfg）；//從fd代表的串口設(shè)備中獲取當(dāng)前的狀態(tài)并將其保存在new_cfg中。

接下來(lái)是將串口設(shè)備設(shè)置為原始模式，在本系統(tǒng)中需要使用原始模式進(jìn)行通信

cfmakeraw（new_cfg）；

將串口通信的字符大小設(shè)為8個(gè)字符

new_cfg.c_cflag = ～CSIZE；

new_cfg.c_cflag |= CS8；

設(shè)置波特率

cfsetispeed（new_cfg，BARDRATE）；//設(shè)置輸入波特率

cfsetospeed（new_cfg，BARDRATE）；//設(shè)置輸出波特率

設(shè)置奇偶校驗(yàn)位，不適用奇偶校驗(yàn)

new_cfg.c_cflag = ～PARENB；

new_cfg.c_iflag = ～I(xiàn)NPCK；

設(shè)置停止位，使用一個(gè)byte

new_cfg.c_cflag = ～CSTOPB；

設(shè)置讀取字符大小以及等待時(shí)間

new_cfg.c_cc[VTIME]=50；//兩個(gè)字符之間等待超過(guò)5s返回

new_cfg.c_cc[VMIN]=1；//最少讀取一個(gè)字符

清除串口緩存

該操作是必不可少的，否則會(huì)導(dǎo)致串口通信失敗。

tcflush（fd，TCIOFLUSH）；

其中TCIOFLUSH表示清空串口的緩存。

接下來(lái)需要激活配置

if（（tcsetattr（fd，TCSANOW，new_cfg））！=0）

{

// perror（\"tcsetattr\"）；

return 1；

}

串口初始化、串口屬性的設(shè)置的流程圖，如圖1所示。

2.串口的讀寫(xiě)和關(guān)閉

利用串口通信的過(guò)程就是對(duì)串口設(shè)備的讀寫(xiě)過(guò)程，只需要利用read（）函數(shù)和write（）函數(shù)對(duì)打開(kāi)的串口設(shè)備的文件描述符操作即可。在操作完串口退出程序時(shí)，需要將打開(kāi)的串口關(guān)閉，這個(gè)過(guò)程和關(guān)閉普通的文件一樣，調(diào)用close（）函數(shù)即可完成。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文以指紋識(shí)別系統(tǒng)的串口編程為例，闡述了Linux系統(tǒng)下，串口編程的具體設(shè)置方法，在本文的基礎(chǔ)上再添加上層軟件的設(shè)計(jì)即可完成一個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

孫甲凱，中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院碩士研究生，主要從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

韓慧蓮，中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師。

范敏，中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院碩士研究生，主要從事信號(hào)與信息處理。

劉寅，中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院碩士研究生，主要從事電氣控制與自動(dòng)測(cè)試。