Linux 程序设计学习笔记----终端及串口编程及实例应用

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终端属性详解及设置

属性

为了控制终端正常工作，终端的属性包括输入属性、输出属性、控制属性、本地属性、线路规程属性以及控制字符。

其在系统源代码的termios.h中定义（具体的说明文档http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/7908799/xsh/termios.h.html），其结构体成员主要是

Thetermiosstructure is defined, and includes at least the following members:

tcflag_t  c_iflag     // input modes 输入属性
tcflag_t  c_oflag     // output modes 输出。。
tcflag_t  c_cflag     // control modes 控制。。
tcflag_t  c_lflag     // local modes 本地。。
cc_t      c_cc[NCCS]  // control chars 控制字符

应用层可以通过tcgetattr()函数来获取某个打开终端的属性，通过tcsetattr()函数设置某个终端的属性。

终端控制选项

包括：波特率、数据位长、停止位长度、奇偶校验等与终端通信相关的信息。

1. 波特率
1> 表示每秒传输的比特数，串口通信的双方必须保持一致才能通信。
2> 说明：若波特率为115200，它表示什么呢？
Ø  对于发送断，即每秒钟发送115200bit。
Ø  对于接收端，115200波特率意味着串口通信在数据线上的采样率为115200HZ.
注：波特率和距离之间成反比，距离相隔很近的设备之间可以实现高波特率通信。
2. 数据位
1> 表示通信中实际数据位的参数。在计算机发送的数据包中，实际的数据往往不会是8位。
2> 说明：在串口通信中，可以选择5，6，7，8位。设定数据位时，主要考虑所要传输的数据内容。
3> 事例：如果要传输的是标准的ASCII码。那么又该如何设定数据位呢？
Ø  由于ASCII码的范围是0~127，因此设定数据位为7就OK了。
Ø  若为扩展ASCII码，其范围是0~255，必须使用8位。
注：7位或8位数据中不仅仅是数据，还包括开始/停止位，数据位以及奇偶校验位等。
3. 奇偶校验位
1> 作用：该位用于串口通信中的简单检验错，在通信前，可以约定是否使用以及使用多少位。
2>  类型：主要有偶校验，奇校验，标记，空格的方式
在ARM7(LPC2200)中，只有偶校验，奇校验两种方式。
3> 方法：如何进行校验？
Ø  奇偶校验是通过统计数据中高位或低位的个数来实现校验的。
Ø  标记，空格并不是真正校验错误的，只是通过简单的置位来实现对数据的检测。通过置位方式，可以判断出是否存在噪声干扰数据通信或数据传输，以及是否存在不同步的现象
4. 停止位
1> 作用:停止位用于标志该数据包数据结束，可以取1位，1.5位或2位。
2> 说明：
Ø  停止位不仅仅用于数据包的传输结束标志，还提供了计算机之间校正同步时钟的机会。
Ø  用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程序越大。
Ø  但是由于停止位占用了数据空间，过多的停止位将导致数据传输速度的下降。
5. 数据流控制
1> 通过串口传输数据时，由于计算机之间处理速度或其他因素的影响，会造成丢失数据的现象。
2> 作用：数据流控制用于解决上面的问题，通过控制发送数据的速度，确保数据不会出现丢失。
3> 类型：数据流控制可以分为软件流控制（Xon/Xoff）和硬件流控制，当然你可以选择不使用数据流控制。
Ø  软件流控制使用特殊的字符作为启动或停止的标志
Ø  硬件流控制通过使用硬件信号（CTR/RTS）来实现。
注：使用硬件流控制时，在接收端准备好接收数据后，设为CTS为1，否则CTS为0。同样，如果发送端准备好要发送数据时，则设定RTS为1；如果还未准备好，设置CTS为0.
其他的各个终端选项具体使用的时候搜索相关的信息即可，没有必要再赘述了。

串口编程

串口编程的步骤如下：



1.    打开串口
2.    串口初始化
3.    读串口或写串口
4.    关闭串口

串口终端的基本操作

需要的头文件

#include     <stdio.h>      /*标准输入输出定义*/
#include     <stdlib.h>     /*标准函数库定义*/
#include     <unistd.h>     /*Unix 标准函数定义*/
#include     <sys/types.h>
#include     <sys/stat.h>
#include     <fcntl.h>      /*文件控制定义*/
#include     <termios.h>    /*PPSIX 终端控制定义*/
#include     <errno.h>      /*错误号定义*/

打开一个终端

打开一个串口设备（/dev/ttyS0）可以直接使用open函数

在 Linux 下串口文件是位于 /dev 下的

串口一 为 /dev/ttyS0

串口二 为 /dev/ttyS1

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！");
}

设置串口

最基本的设置串口包括波特率设置，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 */
};

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);
cfsetispeed(&Opt,B19200);     /*设置为19200Bps*/
cfsetospeed(&Opt,B19200);
tcsetattr(fd,TCANOW,&Opt);

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++) {
if  (speed == name_arr[i]) {
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
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*/

读写串口

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

关闭串口就是关闭文件。

close(fd);

实例应用

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。
**********************************************************************/
<pre>#include     <stdio.h>      /*标准输入输出定义*/
#include     <stdlib.h>     /*标准函数库定义*/
#include     <unistd.h>     /*Unix标准函数定义*/
#include     <sys/types.h>  /**/
#include     <sys/stat.h>   /**/
#include     <fcntl.h>      /*文件控制定义*/
#include     <termios.h>    /*PPSIX终端控制定义*/
#include     <errno.h>      /*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)
{
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);
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*
*@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;
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)
{
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);
}

下面是一个简单的对终端属性进行修改的程序，取消了终端本地。

（1）以O_NOCTTY方式打开，不允许Ctrl+C结束当前进程。

（2）设置波特率位B38400，数据位为8bit，忽略奇偶校验。

（3）将CR映射为NL，从而回车表示一次输入结束。

（4）将输入回显功能取消，输出模式设置为原始模式。

完成以上设置后，将从给定的终端读取相应的数据（不回显），遇到CR结束，然后将输入的内容在标准设备输出。整个过程是死循环，只有遇到第一个字符shiE的时候，结束，无法Ctrl+C结束。代码如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
int fd,c, res;
struct termios oldtio,newtio;
char buf[255];
fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NOCTTY ); // O_NOCTTY不能被ctrl+c中止
if (fd <0) {
perror("open"); exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&newtio,'\0', sizeof(newtio));
newtio.c_cflag = B38400  | CS8 | CLOCAL | CREAD;//设置波特率，数据位，使能读
newtio.c_iflag = IGNPAR | ICRNL;//忽略奇偶校验，映射CR
newtio.c_oflag = 0;		//输出模式为RAW模式
newtio.c_lflag = ICANON;//本地模式，不回显
tcflush(fd, TCIFLUSH);	//刷新
tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);	//设置属性

while (1) {
res = read(fd,buf,255); 	//从该终端读数据，如果是/dev/tty，即当前终端，遇到CR结束
buf[res]=0;           //最后一个设置为结束符
printf(":recv %d bytes:%s\n\r", res,buf);	//打印输出字符数
if (buf[0]=='E')		//只有第一个字符为E时，才结束
break;
}
tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);
}

示例控制终端字体颜色、光标位置、固定显示：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
int i=0;
system("clear");
for(i=0;i<argc;i++)
{
printf("\033[2J\033[5;10H%s\n",argv[i]);
sleep(1);
}
}

下面的示例完成闪烁显示内容：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unsitd.h>

int main(void)
{
while (1)
{
fprintf(stderr, "\033[;\033[s"); /*使用stderr是因为其是不带缓存的*/
fprintf(stderr, "\033[47;31mhello world\033[5m");
sleep(1);
fprintf(stderr, "\033[;\033[u");
fprintf(stderr, "\033[;\033[K");
sleep(1);
}
return 0;
}

编译运行后将会闪烁显示。

下一个示例是终端获取信息不回显：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<termios.h>
#define PASSWD_LEN 8
char *getpasswd(char *prompt)
{
FILE *fp=NULL;

if(NULL==(fp=fopen(ctermid(NULL),"r+")))
{
perror("fopen");exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("%s\n",ctermid(NULL));
setvbuf(fp, (char *) NULL, _IONBF, 0);
sigset_t myset,setsave;
sigemptyset(&myset);
sigaddset(&myset,SIGINT);
sigaddset(&myset,SIGTSTP);
sigprocmask(SIG_BLOCK,&myset,&setsave);

struct termios termnew,termsave;
tcgetattr(fileno(fp),&termsave);
termnew=termsave;
termnew.c_lflag=termnew.c_lflag &~(ECHO|ECHOCTL|ECHOE|ECHOK);

tcsetattr(fileno(fp),TCSAFLUSH,&termnew);

fputs(prompt,fp);
static char buf[PASSWD_LEN+1];
int c;
char *ptr=buf;
while((c=getc(fp))!=EOF&&c!='\0'&&c!='\n'&&c!='\r')
{
if(ptr<&buf[PASSWD_LEN])
*ptr++=c;
fflush(fp);
}
*ptr='\0';
putc('\n',fp);
tcsetattr(fileno(fp),TCSAFLUSH,&termsave);
sigprocmask(SIG_BLOCK,&setsave,NULL);
return buf;
}
int main(void)
{
char *ptr=NULL;
ptr=getpasswd("#");
printf("%s\n",ptr);
}

Reference
http://digilander.libero.it/robang/rubrica/serial.htm
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进程及其概念

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