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storysnail的Linux串口编程笔记

前言:

这半个月因肺部感染而不得不暂时终止那令人生厌的中石油巡检工作，闭门在家安静的
修养。整月的工钱自然是泡汤了，可却得来了极其珍贵的个人闲暇时光，让我能淋漓尽致的
做软件方面的研究,虽是粗茶淡饭，针剂苦药，但可静心埋头于书房，却比天堂还甜美！

恍惚已至月末，工作单位来了音讯，让我一下子从甜美的梦中惊醒，从哪里来，回哪里
去，这种如"主体思想"一样可怕的思维是我挥之不去的梦魇，无奈、不知所措、病弱的身体
却不由自主的向那发声的地方靠去！

好了，还是不再发牢骚了，只是个人觉得这种臃肿低效的国企能够存在，本身就是对“
国富论”绝佳的嘲讽，我只能用世界是多元的来啊Q一下了！

切入正题，这段时间做GSM/GPRS和GPS的小东西，需要通过串口发送AT指令来控制，以前
调试一直在用串口助手和minicom之类的现成软件，可是一点都不爽，为什么不自己写个操作
串口的软件，就像在ARM和stm32上一样！

这文章其实只是我的一个笔记，分为两篇，一篇是《storysnail的Windows串口编程笔记》，
另一姊妹篇是《storysnail的Linux串口编程笔记》，由于网上已经有非常多的类似文章，有些长篇
大论，有些短小精悍,连我自己都思考过是否有必要再写一篇,但在Ling的鼓动下还是写了！

本篇是Linux串口编程笔记,详细介绍了串口通信会用到的api函数,并提供了一个示例程序,
这个示例程序是在EEEPC701的debian系统上编写测试的。

一：写串口程序用到的函数

1:Linux与windows串口设备文件名对照

2:写串口程序用到的函数
串行通讯函数定义在termios.h头文件中,所以需要包含该文件。下面是要介绍的函数列表

2.1 open

用途：打开串口

原型：int open( const char * pathname,int flags);

参数说明：

• pathname: 指向欲打开的文件路径字符串

• flags 所能使用的标志位：

举例：

#include<stdio.h>

#include<string.h>

#include<unistd.h>

#include<fcntl.h>

#include<errno.h>

#include<termios.h>

intCom_Open(void)

{

intfd=-1;

fd=open("/dev/ttyUSB0",O_RDWR|O_NOCTTY|O_NONBLOCK);

if(fd==-1){

perror("open_port: Unable to open /dev/ttyUSB0");

}

if(Com_SetIOBlockFlag(fd,BLOCK_IO)==-1)

printf("IO set error\n");

return(fd);

}

2.2 close

用途：关闭串口

原型：int close( int fd);

参数说明:

• fd: 文件描述符,关闭串口后计算机会将DTR信号线设置成低电位,这会告诉另一端的设备你的计算机状态。

举例：

intCom_Close(intfd)

{

if(fd<0)

return-1;

if(close(fd)==-1)

return-1;

printf("close uart\n\n");

return0;

}

2.3 read

用途：接收数据

原型：ssize_t read(int fd, void *buf, ssize_t nbyte);

参数说明:

• fd: 文件描述符

• buffer：读取缓冲区

• number：要读多少个字节，不能大于buf指向的缓冲区大小

举例：

n = read(fd,buf,sizeof(buf));

2.4 write

用途：发送数据

原型：ssize_t write (int fd,const void * buf,size_t count);

参数说明:

• fd: 文件描述符

• buffer：写入缓冲区

• count：要写多少个字节

函数返回:

write函数也会返回发送数据的字节数或者在发生错误的时候返回-1。通常，发送数据最常见的错误就是EIO，当调制解调器或者数据链路将Data Carrier Detect(DCD) 信号线弄掉了，就会发生这个错误。而且，直至关闭端口这个情况会一直持续。

举例：

n=write(fd,"AT\r",3);

if(n<0)

perror("write() of 4 bytes failed!\n",stderr);

2.5 fcntl

用途：设置IO为阻塞或非阻塞

原型：int fcntl(int fd,int cmd,...);

参数说明:略

举例：

#defineBLOCK_IO0

#defineNONBLOCK_IO1

intCom_SetIOBlockFlag(intfd,intvalue)

{

intoldflags;

if(fd==-1)

return-1;

oldflags=fcntl(fd,F_GETFL,0);

if(oldflags==-1){

printf("get IO flags error\n");

return-1;

}

if(value==BLOCK_IO)

oldflags&=~O_NONBLOCK;//设置成阻塞IO

else

oldflags|=O_NONBLOCK;//设置成非阻塞IO

returnfcntl(fd,F_GETFL,oldflags);

}

2.6 ioctl

用途：

实现POSIX.1 GTI控制界面所有函数功能,配置串口不仅仅可以使用上面说的方法，在Linux环境下，还可以使用ioctl系统调用来实现,写过驱动程序的人都知道，ioctl是个大口袋，任何IO操作都可以交给它。

原型：int ioctl(int fd, int request, ...);

参数说明:

• fd: 串口设备文件的文件描述符。

• request: 参数在asm-generic/ioctl.h头文件中定义

串口设置

TCGETS 读取当前的串口属性

同功能函数:tcgetattr

TCSETS 设置串口属性并立即生效

同功能函数:tcsetattr(fd, TCSANOW, &options)

TCSETSF 设置串口属性，等到输入输出队列都清空了再生效

同功能函数:tcsetattr(fd, TCSAFLUSH, &options)

TCSETSW 设置串口属性，等到输入输出队列都清空或传输完成了再生效

同功能函数:tcsetattr(fd, TCSADRAIN, &options)

TCSBRK 在指定时间后发送break

同功能函数:tcsendbreak

TCXONC 控制软件流控制

同功能函数:tcflow

TCFLSH 丢弃输入输出队列中尚未传送或读取的数据！

同功能函数:tcflush

注意：tcflush这个函数的命名就是个灾难，因为"flush"在linux中用于

描述“等待直至所有输入输出全部传送完毕”，例如:fflush

FIONREAD 返回输入队列中的字节数

这4个IO控制命令用于获取和设置MODEM握手，如RTS、CTS、DTR、DSR、RI、CD等，不过有些嵌入式设备的uart

并不包括完整的MODEM控制信号线

TIOCMGET 获取MODEM状态位

TIOCMSET 设置MODEM状态位

TIOCMBIC 清除指示MODEM的位

TIOCMBIS 设置指示MODEM的位

获得串口控制信号

TIOCM_LE DSR (data set ready/line enable)

TIOCM_DTR DTR (data terminal ready)

TIOCM_RTS RTS (request to send)

TIOCM_ST Secondary TXD (transmit)

TIOCM_SR Secondary RXD (receive)

TIOCM_CTS CTS (clear to send)

TIOCM_CAR DCD (data carrier detect)

TIOCM_CD Synonym for TIOCM_CAR

TIOCM_RNG RNG (ring)

TIOCM_RI Synonym for TIOCM_RNG

TIOCM_DSR DSR (data set ready)

举例：

//获取MODEM状态位

intfd;

intstatus;

ioctl(fd,TIOCMGET,&status);

//设置MODEM状态位,将DTR信号线设成掉线状态。

intfd;

intstatus;

ioctl(fd,TIOCMGET,&status);

status&=~TIOCM_DTR;

ioctl(fd,TIOCMSET,&status);

//得到串口输入队列中的字节数

intfd;

intbytes;

ioctl(fd,FIONREAD,&bytes);

2.7 tcgetattr()

用途：读取串口设备的当前属性,保存在termios_p所指向的结构中

原型：int tcgetattr (int fd, struct termios *termios_p);

参数说明：

• fd: 串口设备描述符

• termios_p: termios结构体指针

2.8 tcsetattr()

用途：设置串口设备的当前属性

原型：int tcsetattr (int fd, int action,const struct termios *termios_p);

参数说明：

• fd: 串口设备描述符

• action: TCSANOW 立即做出改变

TCSADRAIN 等到输入输出队列都清空了再生效

TCSAFLUSH 等到输入输出队列都清空或传输完成了再生效

• termios_p: termios结构体指针

2.9 cfgetospeed()

用途：返回输出波特率

原型：speed_t cfgetospeed (const struct termios *termios_p);

参数说明：

• termios_p: termios结构体指针

2.10 cfgetispeed()

用途：返回输入波特率

原型：speed_t cfgetispeed (const struct termios *termios_p);

参数说明：

• termios_p: termios结构体指针

2.11 cfsetispeed()

用途：设定输入波特率

原型：int cfsetispeed (struct termios *termios_p, speed_t speed);

参数说明：

• termios_p: termios结构体指针

• speed: 见cfsetispeed()函数

2.12 cfsetospeed()

用途：设定输出波特率

原型：int cfsetospeed (struct termios *termios_p, speed_t speed);

参数说明：

• termios_p: termios结构体指针

• speed: 详见bits/termios.h头文件，这里只列出几个常用值

#define B1200 0000011

#define B1800 0000012

#define B2400 0000013

#define B4800 0000014

#define B9600 0000015

#define B19200 0000016

#define B38400 0000017

#define B57600 0010001

#define B115200 0010002

举例：

structtermiosoptions;

speed_tInSpeed,OutSpeed;

tcgetattr(fd,&options);

InSpeed=cfgetispeed(&options);

OutSpeed=cfgetospeed(&options);

//设置输入和输出波特率为115200

cfsetispeed(&options,B115200);

cfsetospeed(&options,B115200);

tcsetattr(fd,TCSANOW,&options);

二 配置串口 -- POSIX.1 GTI控制界面

POSIX.1 GTI定义在termios.h和bits/termios.h头文件中,由一个termios结构体和12个函数构成,这里只介绍了部分内容,更多内容可参考本文结尾提到的书籍!

1：termios结构

typedefunsignedcharcc_t;

typedefunsignedintspeed_t;

typedefunsignedinttcflag_t;

#defineNCCS32

structtermios

{

tcflag_tc_iflag;/*输入方式标志 */

tcflag_tc_oflag;/*输出方式标志 */

tcflag_tc_cflag;/*控制方式标志 */

tcflag_tc_lflag;/*局部方式标志 */

cc_tc_line;/* line discipline */

cc_tc_cc[NCCS];/*控制字符数组 */

speed_tc_ispeed;/*输入波特率 */

speed_tc_ospeed;/*输出波特率 */

};

2：termios结构体的c_cflag成员

termios结构体的c_cflag描述基本的串口硬件控制，像波特率、是否激活奇偶校验检查、校验方式、一个字节的数据位个数、停止位个数和硬件流控制等。所有的都是位操作,需要使用位运算的与或非组合来设置或者清除相关标志。

#defineCSIZE0000060//一个字节的数据位个数

#defineCS50000000//一个字节的数据位个数为5

#defineCS60000020//一个字节的数据位个数为6

#defineCS70000040//一个字节的数据位个数为7

#defineCS80000060//一个字节的数据位个数为8

#defineCSTOPB0000100//停止位个数2,否则为1 不理解的参见下面的代码

#defineCREAD0000200//启用接收器

#definePARENB0000400//激活奇偶校验检查

#definePARODD0001000//校验方式为奇效验,否则为偶效验

#defineHUPCL0002000//最后一次关闭时挂断,即将DTR信号线设置成低电位

#defineCLOCAL0004000//忽略状态线,没有流控制

#defineCRTSCTS020000000000//启用硬件流控制,注意软件流控是在c_iflag中设置的

设置一个字节的数据位个数

options.c_flag&=~CSIZE;/*Mask the character size bits */

options.c_flag|=CS8;/*Select 8 data bits */

设置奇偶校验

// 无奇偶校验 (8N1)

options.c_cflag&=~PARENB

options.c_cflag&=~CSTOPB

options.c_cflag&=~CSIZE;

options.c_cflag|=CS8;

// 偶校验(7E1)

options.c_cflag|=PARENB

options.c_cflag&=~PARODD

options.c_cflag&=~CSTOPB

options.c_cflag&=~CSIZE;

options.c_cflag|=CS7;

// 奇校验(7O1)

options.c_cflag|=PARENB

options.c_cflag|=PARODD

options.c_cflag&=~CSTOPB

options.c_cflag&=~CSIZE;

options.c_cflag|=CS7;

// Mark校验,通过2位停止位来模拟(7M1)

options.c_cflag&=~PARENB

options.c_cflag|=CSTOPB

options.c_cflag&=~CSIZE;

options.c_cflag|=CS7;

// Space校验 ,这与无奇偶校验相同(7S1)

options.c_cflag&=~PARENB

options.c_cflag&=~CSTOPB

options.c_cflag&=~CSIZE;

options.c_cflag|=CS8;

设置硬件流控制

// 启用硬件流控制

options.c_cflag|=CRTSCTS;/*Also called CRTSCTS

// 停用硬件流控制

options.c_cflag&=~CRTSCTS;

3：termios结构体的c_lflag成员

termios结构体的c_lflag用来设置串口驱动与用户之间的界面，例如打开还是关闭回显，是否显示ERASE字符，使用加工方式输入还是使用非加工方式输入。由于我只需要得到原始数据，所以只需要将termios结构体的c_lflag置0即可。

设置非加工方式输入,在非加工方式下，原始输入根本不会被处理。输入字符只是被原封不动的接收。

options.c_lflag&=~(ICANON|ECHO|ECHOE|ISIG);

设置加工方式输入

options.c_lflag|=(ICANON|ECHO|ECHOE);

注意：当发送数据给调制解调器或其它计算机时，如果它们对发送的数据启用回显，则发送端千万不要启用回显，那样会导致两个连接的串口之间生成信息反馈循环。

4：termios结构体的c_oflag成员

termios结构体的c_oflag用来控制串口的数据输出例如转换换行符CR/LF等，或选择使用加工方式输出还是使用非加工方式输出。和上面一样，我只需要得到原始数据，所以只需要将termios结构体的c_oflag置0即可。

设置成使用非加工方式输出,当然c_oflag中其它选项都会失效

options.c_oflag&=~OPOST;

5：termios结构体的c_iflag成员

termios结构体的c_iflag用来控制串口的数据输入,例如剥离输入字符为8位，使奇偶效验生效等

c_iflag成员可以使用的常量

启用奇偶效验检查并从接收字符串中脱去奇偶校验位：

options.c_iflag|=(INPCK|ISTRIP);

启用IGNPAR会忽略奇偶效验错误并给数据放行。如果你使用8N1模式，可以考虑开启该功能。

当启用INPCK后，启用PARMRK会标识奇偶效验出错的数据。设该数据为‘X‘,如果启用IGNPAR，那么一个NUL(‘\0‘)字符会被加入到发生奇偶校验错误的字符前面,即‘\0‘‘X‘。否则，DEL(‘\377‘,注意这是8进制)和NUL(‘\0‘)字符会和出错的字符一起送出,即‘\377‘‘\0‘‘X‘。

启用软件流控制

options.c_iflag|=(IXON|IXOFF|IXANY);

禁用软件流控制

options.c_iflag&=~(IXON|IXOFF|IXANY);

6：termios结构体的c_cc成员

termios结构体的c_cc里面包括了控制字符的定义和超时参数。

c_cc数组在加工方式和非加工方式下的作用不同，作为c_cc数组索引的宏常量也分为两种情况使用，

并且索引值在两种加工方式下有部分重叠，所以一定要区分对待。

#defineVINTR0

#defineVQUIT1

#defineVERASE2

#defineVKILL3

#defineVEOF4

#defineVTIME5

#define VMIN 6

#define VSWTC 7

#define VSTART 8

#define VSTOP 9

#define VSUSP 10

#define VEOL 11

#define VREPRINT 12

#define VDISCARD 13

#define VWERASE 14

#define VLNEXT 15

#define VEOL2 16

c_cc的另一个功能就是设置超时参数,MIN和TIME存储在c_cc数组中，通过VMIN和VTIME引用. .MIN和TIME只在非加工方式下才有实际意义，它们分别用来控制等待多少字节的输入数据到达以及等待多长时间,单位为0.1秒。超时设置在下列两种情况下会失效:

• 在加工方式:使用O_NUNBLOCK参数调用open和fcntl函数,使IO变为非阻塞

• 对于非加工输入方式，典型的设置如下:

options.c_cc[VMIN]=1;

options.c_cc[VTIME]=0;

下面是MIN和TIME的功能组合表:

三：示例程序

上面介绍了大部分的串口通信会用到的函数和数据结构，Linux上写串口通讯程序时可以选择

采用多进程，当然也可以使用Pthread的多线程,不过我的示例程序并没有使用这些，和windows

上的示例程序类似，我还是认为这样可以更清晰的展现如何操作串口。

/**************************************************************************************************

* ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ *

main.c

Develop Team : ls

Programmer : He YiJun (storysnail<at>gmail.com)

Program comments : Ling Ying

License : GPLv3

Last Update : 2013-03-25

* ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ *

功能说明:

* ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ *

更 新:

* ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ *

已知问题:

* ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ *

**************************************************************************************************/

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<string.h>

#include<unistd.h>

#include"uart-linux.h"

#defineCMD_MAX_LEN255

/**************************************************************************************************

函数名称：ME_Init()

函数功能：设备初始化，其实这个函数只是聋子的耳朵--摆设

函数说明：无

入口参数：fd:串口设备文件描述符

出口参数：成功返回0，失败返回-1

调用实例：无

**************************************************************************************************/

int ME_Init(int fd)

{

unsigned char ReadBuffer[COM_MAX_BUFFER+1];

unsigned char WriteBuffer[COM_MAX_BUFFER+1];

ssize_t rCount = 0;

ssize_t wCount = 0;

while (1) {

sleep(1);

memset(ReadBuffer,‘\0‘,COM_MAX_BUFFER+1);

rCount = Com_Read(fd,ReadBuffer,COM_MAX_BUFFER);

if(rCount > 0) {

printf("Read com: %s\n",ReadBuffer);

printf("Read com char num: %d\n",(int)rCount);

if((strstr((char *)ReadBuffer,"AT") != NULL) && (strstr((char *)ReadBuffer,"OK") != NULL)) {

break;

}

}

sleep(1);

memset(WriteBuffer,‘\0‘,COM_MAX_BUFFER+1);

WriteBuffer[0] = ‘A‘;

WriteBuffer[1] = ‘T‘;

WriteBuffer[2] = 0x0d;

WriteBuffer[3] = ‘\0‘;

wCount = Com_Write(fd,WriteBuffer,strlen((char *)WriteBuffer));

if(wCount > 0) {

printf("Wrote com: %s\n",WriteBuffer);

printf("Wrote com char num: %d\n",(int)wCount);

}

}

return 0;

}

/**************************************************************************************************

函数名称： main()

函数功能：main()

函数说明：main()

入口参数：无

出口参数：0

调用实例：无

**************************************************************************************************/

int main()

{

unsigned char ReadBuffer[COM_MAX_BUFFER+1];

unsigned char WriteBuffer[COM_MAX_BUFFER+1];

char cmd[CMD_MAX_LEN+1];

ssize_t rCount = 0;

ssize_t wCount = 0;

int fd = -1;

if((fd = Com_Open()) == -1) {

return 0;

}

if(Com_Setup(fd,115200, 8, 1, 0, 0) == -1) {

Com_Close(fd);

return 0;

}

if(ME_Init(fd) == -1) {

Com_Close(fd);

return 0;

}

while (1) {

memset(cmd,‘\0‘,CMD_MAX_LEN+1);

printf ("\nEnter Command: ");

if (!fgets (cmd, CMD_MAX_LEN,stdin)) {

perror ("fget error");

exit(1);

}

/* Get rid of the new line at the end */

/* Messages use 8-bit characters */

cmd[strlen(cmd)-1] = ‘\0‘;