Linux下应用层操作UART的四种方式 |
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Linux下应用层操作UART的四种方式
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串口文件
在linux中，针对所有的周边设备都提供了设备文件供用户访问，所以如果要访问串口，只要打开相关的设备文件即可。 在LInux下串口文件是位于/dev下的 COM1串口一为/dev/ttyS0 COM2串口2为/dev/ttyS1 或者 COM1串口一为/dev/ttyUSB0 COM2串口2为/dev/ttyUSB1 命令查询串口： ~$ ls /dev/ttyS* /dev/ttyS0 /dev/ttyS12 /dev/ttyS16 /dev/ttyS2 /dev/ttyS23 /dev/ttyS27 /dev/ttyS30 /dev/ttyS6 /dev/ttyS1 /dev/ttyS13 /dev/ttyS17 /dev/ttyS20 /dev/ttyS24 /dev/ttyS28 /dev/ttyS31 /dev/ttyS7 /dev/ttyS10 /dev/ttyS14 /dev/ttyS18 /dev/ttyS21 /dev/ttyS25 /dev/ttyS29 /dev/ttyS4 /dev/ttyS8 /dev/ttyS11 /dev/ttyS15 /dev/ttyS19 /dev/ttyS22 /dev/ttyS26 /dev/ttyS3 /dev/ttyS5 /dev/ttyS9
1. 打开串口 fd = open(port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY); if (fd == -1) { perror("open_port: Unable to open serial port"); return -1; }2. 配置串口 tcgetattr(fd, &options); cfsetispeed(&options, B115200); cfsetospeed(&options, B115200); options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); options.c_cflag &= ~PARENB; options.c_cflag &= ~CSTOPB; options.c_cflag &= ~CSIZE; options.c_cflag |= CS8; options.c_cflag &= ~CRTSCTS; tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);其中，tcgetattr 和 tcsetattr 函数用于获取和设置串口参数。cfsetispeed 和 cfsetospeed 函数用于设置串口的输入和输出波特率，这里设置为 115200。options.c_cflag 表示控制标志位，用于配置串口控制参数，具体含义如下： CLOCAL：忽略调制解调器的状态线，只允许本地使用串口。 CREAD：允许从串口读取数据。 PARENB：启用奇偶校验。&= ~PARENB则为禁用校验。 CSTOPB：使用两个停止位而不是一个。&= ~CSTOPB停止位为1。 CSIZE：表示字符长度的位掩码。在这里设置为 0，表示使用默认的 8 位数据位。 CS8：表示使用 8 位数据位。 CRTSCTS：启用硬件流控制，即使用 RTS 和 CTS 状态线进行流控制。 在示例程序中，我们将 CLOCAL 和 CREAD 标志位置为 1，表示允许本地使用串口，并允许从串口读取数据。我们将 PARENB、CSTOPB 和 CRTSCTS 标志位都设置为 0，表示不启用奇偶校验、使用一个停止位和禁用硬件流控制。最后，我们将 CSIZE 标志位设置为 0，然后将 CS8 标志位设置为 1，以表示使用 8 位数据位。 3. 读写 read(fd, buf, sizeof(buf)); // 返回接收个数 write(fd, buf, strlen(buf)); // 返回发送长度,负值表示发送失败4. 关闭串口 close(fd);
完整示例 int open_port(const char *port) { int fd; struct termios options; // 打开串口设备 fd = open(port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY); if (fd == -1) { perror("open_port: Unable to open serial port"); return -1; } // 配置串口参数 tcgetattr(fd, &options); cfsetispeed(&options, B115200); cfsetospeed(&options, B115200); options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); options.c_cflag &= ~PARENB; options.c_cflag &= ~CSTOPB; options.c_cflag &= ~CSIZE; options.c_cflag |= CS8; options.c_cflag &= ~CRTSCTS; tcsetattr(fd, TCSANOW, &options); return fd; } int main() { int fd; char buf[255]; int n; // 打开串口设备 fd = open_port("/dev/ttyUSB0"); if (fd == -1) { printf("open err\n"); exit(1); } while (1) { // 读取串口数据 n = read(fd, buf, sizeof(buf)); if (n > 0) { printf("Received: %.*s\n", n, buf); } // 发送串口数据 strcpy(buf, "Hello, world!\n"); n = write(fd, buf, strlen(buf)); if (n < 0) { perror("write failed\n"); } usleep(10 * 1000); } // 关闭串口设备 close(fd); printf("close uart\n"); return 0; } 方法2：中断读取示例上面给出的串口示例是使用轮询的方式读取串口数据，这种方式在某些场景下可能会占用大量 CPU 资源。实际上，对于 Linux 系统来说，还可以使用中断方式接收串口数据，这样可以大大减少 CPU 的占用率，并且能够更快地响应串口数据。 要使用中断方式接收串口数据，可以使用 select 函数来监听串口文件描述符的可读事件。当串口数据可读时，select 函数将返回，并且可以调用 read 函数来读取串口数据。这种方式可以避免轮询操作，只有在串口数据可读时才会执行读取操作，因此能够减少 CPU 的占用率。 以下是一个简单的使用中断方式接收串口数据的示例程序： #include #include #include #include #include #include int main() { int fd; struct termios options; fd_set rfds; // 打开串口设备 fd = open("/dev/ttyUSB0", O_RDWR | O_NOCTTY); if (fd < 0) { perror("open"); return -1; } // 配置串口参数 tcgetattr(fd, &options); options.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD; options.c_iflag = IGNPAR; options.c_oflag = 0; options.c_lflag = 0; options.c_cc[VTIME] = 0; options.c_cc[VMIN] = 1; tcsetattr(fd, TCSANOW, &options); while (1) { // 使用 select 函数监听串口文件描述符的可读事件 FD_ZERO(&rfds); FD_SET(fd, &rfds); select(fd + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL); // 读取串口数据 char buf[256]; int n = read(fd, buf, sizeof(buf)); if (n > 0) { printf("Received data: %.*s\n", n, buf); } } // 关闭串口设备 close(fd); return 0; }需要注意的是，在使用中断方式接收串口数据时，需要对串口文件描述符设置为非阻塞模式，以便在 select 函数返回时立即读取串口数据。可以使用 fcntl 函数来设置文件描述符的标志位，如下所示： // 设置串口文件描述符为非阻塞模式 int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0); fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); 方法3：信号的方式接收数据 #include #include #include #include #include #include int fd; void sigio_handler(int sig) { char buf[256]; int n = read(fd, buf, sizeof(buf)); if (n > 0) { printf("Received data: %.*s\n", n, buf); } } int main() { struct termios options; struct sigaction sa; // 打开串口设备 fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY); if (fd < 0) { perror("open"); return -1; } // 配置串口参数 tcgetattr(fd, &options); options.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD; options.c_iflag = IGNPAR; options.c_oflag = 0; options.c_lflag = 0; options.c_cc[VTIME] = 0; options.c_cc[VMIN] = 1; tcsetattr(fd, TCSANOW, &options); // 设置串口文件描述符为异步通知模式 /* 将串口文件描述符设置为当前进程的拥有者，从而接收该文件描述符相关的信号。*/ fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0); // 先获取当前配置, 下面只更改O_ASYNC标志 /* 将串口文件描述符设置为非阻塞模式，从而允许该文件描述符异步地接收数据和信号。*/ fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_ASYNC); // 设置 SIGIO 信号的处理函数 sa.sa_handler = sigio_handler; sigemptyset(&sa.sa_mask); sa.sa_flags = 0; /* 设置了 SIGIO 信号的处理函数为 sigio_handler，从而在该信号被触发时读取串口数据并进行处理。*/ sigaction(SIGIO, &sa, NULL); while (1) { // 等待 SIGIO 信号 sleep(1); } // 关闭串口设备 close(fd); return 0; }上述代码中，使用了 fcntl 函数将串口文件描述符设置为异步通知模式，并使用 SIGIO 信号来通知程序串口数据已经可读。当程序接收到 SIGIO 信号时，会调用 sigio_handler 函数来读取并处理串口数据。 在这段代码中，sigemptyset(&sa.sa_mask);的作用是将信号处理函数在执行时要屏蔽的信号集合清空，即将其设置为空集。 每个进程都有一个信号屏蔽字，它表示了当前被阻塞的信号集合。当一个信号被阻塞时，它将被加入到信号屏蔽字中，而当信号被解除阻塞时，它将被从信号屏蔽字中移除。如果信号处理函数在执行时需要屏蔽其他的信号，则可以使用sigaddset等函数将需要屏蔽的信号添加到信号屏蔽字中。但是，在本例中，我们需要处理的信号是SIGIO，它通常不需要被屏蔽，因此我们使用sigemptyset函数将信号屏蔽字清空，以确保在处理SIGIO信号时不会屏蔽任何其他信号。 在Linux系统中，使用sigaction函数注册信号处理函数时，可以设置一些标志来指定信号处理的行为。例如，可以使用SA_RESTART标志来指定当系统调用被信号中断时自动重启该系统调用。在本例中，由于我们并不需要设置任何标志，因此将sa.sa_flags字段设置为0即可。这表示信号处理函数不需要任何特殊的行为，只需要按照默认的方式处理信号即可。 方法4：使用线程接收串口数据： #include #include #include #include #include #include void *read_thread(void *arg) { int fd = *(int *)arg; char buf[256]; int n; while (1) { // 读取串口数据 n = read(fd, buf, sizeof(buf)); if (n > 0) { printf("Received data: %.*s\n", n, buf); } } return NULL; } int main() { int fd; struct termios options; pthread_t tid; // 打开串口设备 fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY); if (fd < 0) { perror("open"); return -1; } // 配置串口参数 tcgetattr(fd, &options); options.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD; options.c_iflag = IGNPAR; options.c_oflag = 0; options.c_lflag = 0; options.c_cc[VTIME] = 0; options.c_cc[VMIN] = 1; tcsetattr(fd, TCSANOW, &options); // 创建读取线程 if (pthread_create(&tid, NULL, read_thread, &fd) != 0) { perror("pthread_create"); return -1; } while (1) { // 主线程的其他处理逻辑 sleep(1); } // 关闭串口设备 close(fd); return 0; }上述代码中，创建了一个读取线程，不断读取串口数据并进行处理。主线程可以在读取线程运行的同时进行其他处理逻辑。 |
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