Linux下串口通信详解（上）打开串口和串口初始化详解
2017-06-17 10:45
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Linux下串口通信主要有下面几个步骤
串口通信流程图
下面我会一一介绍这几个步骤。
[java] view
plain copy
//打开串口
int open_port(void)
{
int fd;
fd=open("/dev/ttyUSB0",O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);//O_NONBLOCK设置为非阻塞模式，在read时不会阻塞住，在读的时候将read放在while循环中，下一节篇文档将详细讲解阻塞和非阻塞
// printf("fd=%d\n",fd);
if(fd==-1)
{
perror("Can't Open SerialPort");
}
return fd;
}
打开串口时也可以多加一些内容，比如判断串口为阻塞状态、测试是否为终端设备等，这些是必要的，所以较上面的基本的打开串口的代码，更加完整健壮一些的代码流程如下所示：
打开串口较完整流程图
代码：
[cpp] view
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/**
* open port
* @param fd
* @param comport 想要打开的串口号
* @return 返回-1为打开失败
*/
int open_port(int fd,int comport)
{
char *dev[]={"/dev/ttyUSB0","/dev/ttyS1","/dev/ttyS2"};
if (comport==1)//串口1
{
fd = open( "/dev/ttyUSB0", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
if (-1 == fd)
{
perror("Can't Open Serial Port");
return(-1);
}
}
else if(comport==2)//串口2
{
fd = open( "/dev/ttyS1", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY); //没有设置<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">O_NONBLOCK非阻塞模式，也可以设置为非阻塞模式，两个模式在下一篇博客中具体说明</span>
if (-1 == fd)
{
perror("Can't Open Serial Port");
return(-1);
}
}
else if (comport==3)//串口3
{
fd = open( "/dev/ttyS2", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
if (-1 == fd)
{
perror("Can't Open Serial Port");
return(-1);
}
}
/*恢复串口为阻塞状态*/
if(fcntl(fd, F_SETFL, 0)<0)
printf("fcntl failed!\n");
else
printf("fcntl=%d\n",fcntl(fd, F_SETFL,0));
/*测试是否为终端设备*/
if(isatty(STDIN_FILENO)==0)
printf("standard input is not a terminal device\n");
else
printf("isatty success!\n");
printf("fd-open=%d\n",fd);
return fd;
}
关键函数解释：
open
功能描述：用于打开或创建文件，成功则返回文件描述符，否则返回-1，open返回的文件描述符一定是最小的未被使用的描述符
[cpp] view
plain copy
#include<fcntl.h>
int open(const char *pathname, int oflag, ... );
参数解释：
pathname：文件路径名，串口在linux中被看做是一个文件
oflag：一些文件模式选择，有如下几个参数可以设置
O_RDONLY只读模式
O_WRONLY只写模式
O_RDWR读写模式
上面三个参数在设置的时候必须选择其中一个！！！下面的是可选的
O_APPEND每次写操作都写入文件的末尾
O_CREAT如果指定文件不存在，则创建这个文件
O_EXCL如果要创建的文件已存在，则返回 -1，并且修改 errno 的值
O_TRUNC如果文件存在，并且以只写/读写方式打开，则清空文件全部内容
O_NOCTTY如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端。
O_NONBLOCK如果路径名指向 FIFO/块文件/字符文件，则把文件的打开和后继 I/O设置为非阻塞模式（nonblocking
mode）
下面三个常量同样是选用的，他们用于同步输入输出
O_DSYNC等待物理 I/O 结束后再 write。在不影响读取新写入的数据的前提下，不等待文件属性更新。
O_RSYNC读(read)等待所有写入同一区域的写操作完成后再进行
O_SYNC等待物理 I/O 结束后再 write，包括更新文件属性的 I/O
对于串口的打开操作，必须使用O_NOCTTY参数，它表示打开的是一个终端设备，程序不会成为该端口的控制终端。如果不使用此标志，任务的一个输入(比如键盘终止信号等)都会影响进程。
O_NDELAY表示不关心DCD信号所处的状态（端口的另一端是否激活或者停止）。
fcntl
功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性，返回-1代表出错
[cpp] view
plain copy
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
int fcntl(int fd,int cmd);
int fcntl(int fd,int cmd,long arg);
int fcntl(int fd,int cmd,struct flock *lock);
参数说明：
fd：文件描述符
cmd：命令参数
fcntl函数有5种功能：
1. 复制一个现有的描述符(cmd=F_DUPFD).
2. 获得／设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD).
3. 获得／设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL).
4. 获得／设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN).
5. 获得／设置记录锁(cmd=F_GETLK , F_SETLK或F_SETLKW).
具体使用见http://www.cnblogs.com/lonelycatcher/archive/2011/12/22/2297349.html
isatty
函数功能，实现只使用了一个终端专用的函数tcgetattr(如果成功之星，它不改变任何东西)，并取其返回值。若为终端设备返回1，否则返回0。详情见http://blog.csdn.net/wangjingyu00711/article/details/41693155
设置波特率
设置数据流控制
设置帧的格式(即数据位个数，停止位，校验位)
串口初始化
代码：
[cpp] view
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int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
{
struct termios newtio,oldtio;
/*保存测试现有串口参数设置，在这里如果串口号等出错，会有相关的出错信息*/
if ( tcgetattr( fd,&oldtio) != 0) {
perror("SetupSerial 1");
printf("tcgetattr( fd,&oldtio) -> %d\n",tcgetattr( fd,&oldtio));
return -1;
}
bzero( &newtio, sizeof( newtio ) );
/*步骤一，设置字符大小*/
newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
/*设置停止位*/
switch( nBits )
{
case 7:
newtio.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
newtio.c_cflag |= CS8;
break;
}
/*设置奇偶校验位*/
switch( nEvent )
{
case 'o':
case 'O': //奇数
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag |= PARODD;
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
break;
case 'e':
case 'E': //偶数
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
break;
case 'n':
case 'N': //无奇偶校验位
newtio.c_cflag &= ~PARENB;
break;
default:
break;
}
/*设置波特率*/
switch( nSpeed )
{
case 2400:
cfsetispeed(&newtio, B2400);
cfsetospeed(&newtio, B2400);
break;
case 4800:
cfsetispeed(&newtio, B4800);
cfsetospeed(&newtio, B4800);
break;
case 9600:
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
case 115200:
cfsetispeed(&newtio, B115200);
cfsetospeed(&newtio, B115200);
break;
case 460800:
cfsetispeed(&newtio, B460800);
cfsetospeed(&newtio, B460800);
break;
default:
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
}
/*设置停止位*/
if( nStop == 1 )
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
else if ( nStop == 2 )
newtio.c_cflag |= CSTOPB;
/*设置等待时间和最小接收字符*/
newtio.c_cc[VTIME] = 0;
newtio.c_cc[VMIN] = 0;
/*处理未接收字符*/
tcflush(fd,TCIFLUSH);
/*激活新配置*/
if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)
{
perror("com set error");
return -1;
}
printf("set done!\n");
return 0;
}
讲解这片代码之前，我们要先研究一下termios的数据结构。最小的termios结构的典型定义如下：
[cpp] view
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struct termios
{
tcflag_t c_iflag;
tcflag_t c_oflag;
tcflag_t c_cflag;
tcflag_t c_lflag;
cc_t c_cc[NCCS];
};
上面五个结构成员名称分别代表：
c_iflag：输入模式
c_oflag：输出模式
c_cflag：控制模式
c_lflag：本地模式
c_cc[NCCS]：特殊控制模式
五种模式的参数说明见博客http://blog.csdn.net/querdaizhi/article/details/7436722
tcgetattr可以初始化一个终端对应的termios结构，tcgetattr函数原型如下：
[cpp] view
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#include<termios.h>
int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
这个函数调用把低昂前终端接口变量的值写入termios_p参数指向的结构。如果这些值其后被修改了，可以通过调用函数tcsetattr来重新配置。
tcsetattr函数原型如下：
[cpp] view
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#include<termios.h>
int tcsetattr(int fd , int actions , const struct termios *termios_h);
参数actions控制修改方式，共有三种修改方式，如下所示：
TCSANOW：立刻对值进行修改
TCSADRAIN：等当前的输出完成后再对值进行修改
TCSAFLUSH：等当前的输出完成之后，再对值进行修改，但丢弃还未从read调用返回的当前的可用的任何输入。
在我们的代码中，我们设置为NOW立即对值进行修改。
tcflush用于清空中端为完成的输入/输出请求及数据，它的函数原型如下：
[cpp] view
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int tcflush(int fd, int queue_selector);
其中queue_selector时控制tcflush的操作，取值可以为如下参数中的一个：TCIFLUSH清楚正收到的数据，且不会读出来；TCOFLUSH清楚正写入的数据，且不会发送至终端；TCIOFLUSH清除所有正在发送的I/O数据。
再看我们的代码，我们修改字符大小的代码为
[cpp] view
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newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
c_cflag代表控制模式
CLOCAL含义为忽略所有调制解调器的状态行，这个目的是为了保证程序不会占用串口。
CREAD代表启用字符接收器，目的是是的能够从串口中读取输入的数据。
CS5/6/7/8表示发送或接收字符时使用5/6/7/8比特。
CSTOPB表示每个字符使用两位停止位。
HUPCL表示关闭时挂断调制解调器。
PARENB：启用奇偶校验码的生成和检测功能。
PARODD：只使用奇校验而不使用偶校验。
c_iflag代表输入模式
BRKINT：当在输入行中检测到一个终止状态时，产生一个中断。
TGNBRK：忽略输入行中的终止状态。
TCRNL：将接受到的回车符转换为新行符。
TGNCR：忽略接受到的新行符。
INLCR：将接受到的新行符转换为回车符。
IGNPAR：忽略奇偶校检错误的字符。
INPCK：对接收到的字符执行奇偶校检。
PARMRK：对奇偶校检错误作出标记。
ISTRIP：将所有接收的字符裁减为7比特。
IXOFF：对输入启用软件流控。
IXON：对输出启用软件流控。
c_cc特殊的控制字符
标准模式和非标准模式下,c_cc数组的下标有不同的值:
标准模式：
VEOF:EOF字符
VEOL:EOF字符
VERASE:ERASE字符
VINTR:INTR字符
VKILL:KILL字符
VQUIT:QUIT字符
VSTART:START字符
VSTOP:STOP字符
非标准模式:
VINTR:INTR字符
VMIN:MIN值
VQUIT:QUIT字符
VSUSP:SUSP字符
VTIME:TIME值
VSTART:START字符
VSTOP:STOP字符
cfsetispeed和cfsetospeed用来设置输入输出的波特率，函数模型如下：
[cpp] view
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int cfsetispeed(struct termios *termptr, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termptr, speed_t speed);
参数说明：
struct termios *termptr：指向termios结构的指针
speed_t speed：需要设置的波特率
返回值：成功返回0，否则返回-1
这样，所有的初始化操作我们就完成了。
串口通信流程图
下面我会一一介绍这几个步骤。
1.打开串口
代码（串口为ttyUSB0）[java] view
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//打开串口
int open_port(void)
{
int fd;
fd=open("/dev/ttyUSB0",O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);//O_NONBLOCK设置为非阻塞模式，在read时不会阻塞住，在读的时候将read放在while循环中，下一节篇文档将详细讲解阻塞和非阻塞
// printf("fd=%d\n",fd);
if(fd==-1)
{
perror("Can't Open SerialPort");
}
return fd;
}
打开串口时也可以多加一些内容，比如判断串口为阻塞状态、测试是否为终端设备等，这些是必要的，所以较上面的基本的打开串口的代码，更加完整健壮一些的代码流程如下所示：
打开串口较完整流程图
代码：
[cpp] view
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/**
* open port
* @param fd
* @param comport 想要打开的串口号
* @return 返回-1为打开失败
*/
int open_port(int fd,int comport)
{
char *dev[]={"/dev/ttyUSB0","/dev/ttyS1","/dev/ttyS2"};
if (comport==1)//串口1
{
fd = open( "/dev/ttyUSB0", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
if (-1 == fd)
{
perror("Can't Open Serial Port");
return(-1);
}
}
else if(comport==2)//串口2
{
fd = open( "/dev/ttyS1", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY); //没有设置<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">O_NONBLOCK非阻塞模式，也可以设置为非阻塞模式，两个模式在下一篇博客中具体说明</span>
if (-1 == fd)
{
perror("Can't Open Serial Port");
return(-1);
}
}
else if (comport==3)//串口3
{
fd = open( "/dev/ttyS2", O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
if (-1 == fd)
{
perror("Can't Open Serial Port");
return(-1);
}
}
/*恢复串口为阻塞状态*/
if(fcntl(fd, F_SETFL, 0)<0)
printf("fcntl failed!\n");
else
printf("fcntl=%d\n",fcntl(fd, F_SETFL,0));
/*测试是否为终端设备*/
if(isatty(STDIN_FILENO)==0)
printf("standard input is not a terminal device\n");
else
printf("isatty success!\n");
printf("fd-open=%d\n",fd);
return fd;
}
关键函数解释：
open
功能描述：用于打开或创建文件，成功则返回文件描述符，否则返回-1，open返回的文件描述符一定是最小的未被使用的描述符
[cpp] view
plain copy
#include<fcntl.h>
int open(const char *pathname, int oflag, ... );
参数解释：
pathname：文件路径名，串口在linux中被看做是一个文件
oflag：一些文件模式选择，有如下几个参数可以设置
O_RDONLY只读模式
O_WRONLY只写模式
O_RDWR读写模式
上面三个参数在设置的时候必须选择其中一个！！！下面的是可选的
O_APPEND每次写操作都写入文件的末尾
O_CREAT如果指定文件不存在，则创建这个文件
O_EXCL如果要创建的文件已存在，则返回 -1，并且修改 errno 的值
O_TRUNC如果文件存在，并且以只写/读写方式打开，则清空文件全部内容
O_NOCTTY如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端。
O_NONBLOCK如果路径名指向 FIFO/块文件/字符文件，则把文件的打开和后继 I/O设置为非阻塞模式（nonblocking
mode）
下面三个常量同样是选用的，他们用于同步输入输出
O_DSYNC等待物理 I/O 结束后再 write。在不影响读取新写入的数据的前提下，不等待文件属性更新。
O_RSYNC读(read)等待所有写入同一区域的写操作完成后再进行
O_SYNC等待物理 I/O 结束后再 write，包括更新文件属性的 I/O
对于串口的打开操作，必须使用O_NOCTTY参数，它表示打开的是一个终端设备，程序不会成为该端口的控制终端。如果不使用此标志，任务的一个输入(比如键盘终止信号等)都会影响进程。
O_NDELAY表示不关心DCD信号所处的状态（端口的另一端是否激活或者停止）。
fcntl
功能描述：根据文件描述词来操作文件的特性，返回-1代表出错
[cpp] view
plain copy
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
int fcntl(int fd,int cmd);
int fcntl(int fd,int cmd,long arg);
int fcntl(int fd,int cmd,struct flock *lock);
参数说明：
fd：文件描述符
cmd：命令参数
fcntl函数有5种功能：
1. 复制一个现有的描述符(cmd=F_DUPFD).
2. 获得／设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD).
3. 获得／设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL).
4. 获得／设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN).
5. 获得／设置记录锁(cmd=F_GETLK , F_SETLK或F_SETLKW).
具体使用见http://www.cnblogs.com/lonelycatcher/archive/2011/12/22/2297349.html
isatty
函数功能，实现只使用了一个终端专用的函数tcgetattr(如果成功之星，它不改变任何东西)，并取其返回值。若为终端设备返回1，否则返回0。详情见http://blog.csdn.net/wangjingyu00711/article/details/41693155
2.串口的初始化
串口初始化工作需要做以下工作：设置波特率
设置数据流控制
设置帧的格式(即数据位个数，停止位，校验位)
串口初始化
代码：
[cpp] view
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int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
{
struct termios newtio,oldtio;
/*保存测试现有串口参数设置，在这里如果串口号等出错，会有相关的出错信息*/
if ( tcgetattr( fd,&oldtio) != 0) {
perror("SetupSerial 1");
printf("tcgetattr( fd,&oldtio) -> %d\n",tcgetattr( fd,&oldtio));
return -1;
}
bzero( &newtio, sizeof( newtio ) );
/*步骤一，设置字符大小*/
newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
/*设置停止位*/
switch( nBits )
{
case 7:
newtio.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
newtio.c_cflag |= CS8;
break;
}
/*设置奇偶校验位*/
switch( nEvent )
{
case 'o':
case 'O': //奇数
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag |= PARODD;
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
break;
case 'e':
case 'E': //偶数
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
break;
case 'n':
case 'N': //无奇偶校验位
newtio.c_cflag &= ~PARENB;
break;
default:
break;
}
/*设置波特率*/
switch( nSpeed )
{
case 2400:
cfsetispeed(&newtio, B2400);
cfsetospeed(&newtio, B2400);
break;
case 4800:
cfsetispeed(&newtio, B4800);
cfsetospeed(&newtio, B4800);
break;
case 9600:
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
case 115200:
cfsetispeed(&newtio, B115200);
cfsetospeed(&newtio, B115200);
break;
case 460800:
cfsetispeed(&newtio, B460800);
cfsetospeed(&newtio, B460800);
break;
default:
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
}
/*设置停止位*/
if( nStop == 1 )
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
else if ( nStop == 2 )
newtio.c_cflag |= CSTOPB;
/*设置等待时间和最小接收字符*/
newtio.c_cc[VTIME] = 0;
newtio.c_cc[VMIN] = 0;
/*处理未接收字符*/
tcflush(fd,TCIFLUSH);
/*激活新配置*/
if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)
{
perror("com set error");
return -1;
}
printf("set done!\n");
return 0;
}
讲解这片代码之前，我们要先研究一下termios的数据结构。最小的termios结构的典型定义如下：
[cpp] view
plain copy
struct termios
{
tcflag_t c_iflag;
tcflag_t c_oflag;
tcflag_t c_cflag;
tcflag_t c_lflag;
cc_t c_cc[NCCS];
};
上面五个结构成员名称分别代表：
c_iflag：输入模式
c_oflag：输出模式
c_cflag：控制模式
c_lflag：本地模式
c_cc[NCCS]：特殊控制模式
五种模式的参数说明见博客http://blog.csdn.net/querdaizhi/article/details/7436722
tcgetattr可以初始化一个终端对应的termios结构，tcgetattr函数原型如下：
[cpp] view
plain copy
#include<termios.h>
int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
这个函数调用把低昂前终端接口变量的值写入termios_p参数指向的结构。如果这些值其后被修改了，可以通过调用函数tcsetattr来重新配置。
tcsetattr函数原型如下：
[cpp] view
plain copy
#include<termios.h>
int tcsetattr(int fd , int actions , const struct termios *termios_h);
参数actions控制修改方式，共有三种修改方式，如下所示：
TCSANOW：立刻对值进行修改
TCSADRAIN：等当前的输出完成后再对值进行修改
TCSAFLUSH：等当前的输出完成之后，再对值进行修改，但丢弃还未从read调用返回的当前的可用的任何输入。
在我们的代码中，我们设置为NOW立即对值进行修改。
tcflush用于清空中端为完成的输入/输出请求及数据，它的函数原型如下：
[cpp] view
plain copy
int tcflush(int fd, int queue_selector);
其中queue_selector时控制tcflush的操作，取值可以为如下参数中的一个：TCIFLUSH清楚正收到的数据，且不会读出来；TCOFLUSH清楚正写入的数据，且不会发送至终端；TCIOFLUSH清除所有正在发送的I/O数据。
再看我们的代码，我们修改字符大小的代码为
[cpp] view
plain copy
newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
c_cflag代表控制模式
CLOCAL含义为忽略所有调制解调器的状态行，这个目的是为了保证程序不会占用串口。
CREAD代表启用字符接收器，目的是是的能够从串口中读取输入的数据。
CS5/6/7/8表示发送或接收字符时使用5/6/7/8比特。
CSTOPB表示每个字符使用两位停止位。
HUPCL表示关闭时挂断调制解调器。
PARENB：启用奇偶校验码的生成和检测功能。
PARODD：只使用奇校验而不使用偶校验。
c_iflag代表输入模式
BRKINT：当在输入行中检测到一个终止状态时，产生一个中断。
TGNBRK：忽略输入行中的终止状态。
TCRNL：将接受到的回车符转换为新行符。
TGNCR：忽略接受到的新行符。
INLCR：将接受到的新行符转换为回车符。
IGNPAR：忽略奇偶校检错误的字符。
INPCK：对接收到的字符执行奇偶校检。
PARMRK：对奇偶校检错误作出标记。
ISTRIP：将所有接收的字符裁减为7比特。
IXOFF：对输入启用软件流控。
IXON：对输出启用软件流控。
c_cc特殊的控制字符
标准模式和非标准模式下,c_cc数组的下标有不同的值:
标准模式：
VEOF:EOF字符
VEOL:EOF字符
VERASE:ERASE字符
VINTR:INTR字符
VKILL:KILL字符
VQUIT:QUIT字符
VSTART:START字符
VSTOP:STOP字符
非标准模式:
VINTR:INTR字符
VMIN:MIN值
VQUIT:QUIT字符
VSUSP:SUSP字符
VTIME:TIME值
VSTART:START字符
VSTOP:STOP字符
cfsetispeed和cfsetospeed用来设置输入输出的波特率，函数模型如下：
[cpp] view
plain copy
int cfsetispeed(struct termios *termptr, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termptr, speed_t speed);
参数说明：
struct termios *termptr：指向termios结构的指针
speed_t speed：需要设置的波特率
返回值：成功返回0，否则返回-1
这样，所有的初始化操作我们就完成了。
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