linux开发板，系统调用的方式驱动串口收发数据

本次实验先简单的通过一个c脚本来实现串口数据的收发，我们只需要用到open、read、write等系统调用就能轻易实现；

实验代码分析

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <termios.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>

/第一部分代码/
//根据具体的设备修改
const char default_path[] = "/dev/ttymxc2";
// const char default_path[] = "/dev/ttymxc2";


int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
int res;
char *path;
char buf[1024] = "Embedfire tty send test.\n";

/第二部分代码/

//若无输入参数则使用默认终端设备
if (argc > 1)
path = argv[1];
else
path = (char *)default_path;

//获取串口设备描述符
printf("This is tty/usart demo.\n");
fd = open(path, O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("Fail to Open %s device\n", path);
return 0;
}

/第三部分代码/
struct termios opt;

//清空串口接收缓冲区
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
// 获取串口参数opt
tcgetattr(fd, &opt);

//设置串口输出波特率
cfsetospeed(&opt, B9600);
//设置串口输入波特率
cfsetispeed(&opt, B9600);
//设置数据位数
opt.c_cflag &= ~CSIZE;
opt.c_cflag |= CS8;
//校验位
opt.c_cflag &= ~PARENB;
opt.c_iflag &= ~INPCK;
//设置停止位
opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

//更新配置
tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);

printf("Device %s is set to 9600bps,8N1\n",path);

/第四部分代码/

do {
//发送字符串
write(fd, buf, strlen(buf));
//接收字符串
res = read(fd, buf, 1024);
if (res >0 ) {
//给接收到的字符串加结束符
buf[res] = '\0';
printf("Receive res = %d bytes data: %s\n",res, buf);
}
} while (res >= 0);

printf("read error,res = %d",res);

close(fd);
return 0;
}

为了把代码了解透彻，详细的将代码分成四部分

第一部分：定义了默认使用的串口终端设备路径及其它一些变量。
第二部分：根据main是否有输入参数确认使用哪个设备路径，并通过open的O_RDWR读写模式打开该设备。
第三部分：定义了一个结构体termios用于获取、设置终端设备的参数，包括波特率、数据位数、校验位等，这是本文章的重点，在下面详细说明。
第四部分：在while循环中对终端设备使用read和write进行读写，从而控制串口收发数据。代码中在接收到的内容末尾加了’\0’结束符，主要是为了方便使用字符串的方式处理内容。

termios结构体

示例代码中的第三部分，使用了termios结构体，它是在POSIX规范中定义的标准接口。Linux系统利用termios来设置串口的参数，它是在头文件<termios.h>包含的<bits/termios.h>中定义的，该文件中还包含了各个结构体成员可使用的宏值，请自己使用locate命令查找该文件打开来阅读，关于termios结构体的定义摘录如下所示。

struct termios {
tcflag_t c_iflag; /* input mode flags */
tcflag_t c_oflag; /* output mode flags */
tcflag_t c_cflag; /* control mode flags */
tcflag_t c_lflag; /* local mode flags */
cc_t c_line; /* line discipline */
cc_t c_cc[NCCS]; /* control characters */
speed_t c_ispeed; /* input speed */
speed_t c_ospeed; /* output speed */
 #define _HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_ISPEED 1
 #define _HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_OSPEED 1
 };

下面我们介绍一下各个结构体成员，主要是关注c_iflag、c_cflag以及c_ispeed、c_ospeed即可：

c_iflag：输入（input）模式标志，用于控制如何对串口输入的字符进行处理，常用的选项值见下表。

表 c_iflag选项值

选项值	作用
INPCK	启用输入奇偶检测
IGNPAR	忽略帧错误和奇偶检验错误
IGNCR	忽略输入中的回车
IXON	开启XON/XOFF流控制
IXOFF	关闭XON/XOFF流控制

c_oflag：输出（output）模式标志，用于控制串口的输出模式，常用的选项值见下表。

表 c_oflag选项值

选项值	作用
ONLCR	将输出中的换行符NL映射为回车-换行CR
OCRNL	将输出的回车映射为换行符
ONLRET	不输出回车
OFILL	发送填充字符串

c_cflag：控制（control）模式标志，用于控制串口的基本参数，如数据位、停止位等，常

用配置见下表，特别地，c_cflag结构体成员还包含了波特率的参数。

表 c_cflag选项值

选项值	作用
CSIZE	设置数据位长度，可以配置为CS5、CS6、CS7、CS8。
CSTOPB	如果设置 CSTOPB 标志，则使用两位停止位
PARENB	使能奇偶检验
PARODD	设置为奇校验

c_lflag：本地（local）模式标志，主要用于控制驱动程序与用户的交互，在串口通信中，实际上用不到该成员变量。

选项值	作用
ISIG	如果设置 ISIG 标志，当接收到字符INTR、QUIT等字符，系统会产生相应的信号。
ECHO	是否需要回显字符
ICANON	若设置了 ICANON 标志，则表示终端处于规范式输入状态，允许使用特殊字符EOF、KILL等
ECHONL	若该标志位和ICANON标志位同时被设置，则回显换行符NL

c_cc[NCCS]：该数组包含了终端的所有特殊字符，可以修改特殊字符对应

的键值（Ctrl+C产生的^C，ASCII码为0x03），部分内容如下表。

表 c_cc中各成员对应的下标值

数组的下标值	作用
VINTR	中断字符，若接收到该字符时，会发送SIGINT信号。当设置了c_lflag的ISIG标志位时，该字母不再作为输入传递。
VERASE	删除字符，删除上一个字符。
VIM	设置非标准模式读取的最小字节数
VTIM	设置非标准模式读取时的延时值，单位为十分之一秒。

c_ispeed和c_ospeed：记录串口的输入和输出波特率（input speed和output speed），部分可取值如下代码所示，宏定义中的数字以“0”开头，在C语言中这是表示8进制数字的方式。

//注意以0开头的数字在是C语言的8进制数字形式
#define B1200 0000011
#define B1800 0000012
#define B2400 0000013
#define B4800 0000014
#define B9600 0000015
#define B19200 0000016
#define B38400 0000017

宏定义：termios结构体内部有_HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_ISPEED和_HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_OSPEED两个宏定义，它们的宏值都为1，表示它支持c_ispeed和c_ospeed表示方式，部分标准中不支持使用这两个结构体成员表示波特率，而只使用c_cflag来表示。

直接看结构体的定义比较抽象，下面我们以修改串口波特率、数据位、校验位和停止位的示例代码进行讲解。接下来代码，是我们从上面文件截取的，该文件以比较完善的方式封装了串口的配置，而提取出了代码中的重点进行分析。

配置串口波特率

修改终端串口波特率的示例代码如下所示

//定义termios型变量opt
struct termios opt;
//fd是使用open打开设备文件得到的文件句柄
// 获取串口参数opt
tcgetattr(fd, &opt);
//设置串口输出波特率
cfsetospeed(&opt, B9600);
//设置串口输入波特率
 cfsetispeed(&opt, B9600);
 //更新配置
 tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);

代码中使用到了头文件termios.h的库函数tcgetattr、cfsetispeed、cfsetospeed和tcsetattr。

其中tcgetattr和tcsetattr函数分别用于读取和设置串口的参数，原型如下：

#include <termios.h>

#include <unistd.h>

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

int tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p);

形参fd：指定串口设备文件的文件描述符。
形参termios_p：指向串口参数的结构体termios，tcgetattr读取到的参数会保存在该结构体中，而tcsetattr则根据该结构体配置设备参数。
形参optional_actions：仅tcsetattr函数有这个参数，它用于指示配置什么时候生效，它支持的配置参数如下：
TCSANOW表示立即生效。
TCSADRAIN表示待所有数据传输结束后配置生效。
TCSAFLUSH表示输入输出缓冲区为空时配置有效。

跟示例代码中的一样，通常都使用选项TCSANOW，让写入的参数配置立马生效。

代码中的cfsetispeed和cfsetospeed函数分别用于设置termios结构体的输入和输出波特率，另外还有cfsetspeed函数可以同时设置输入和输出波特率参数为相同的值，原型如下：

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

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

int cfsetspeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

使用这些函数要注意两点：

speed参数需要使用类似前面代码定义的宏值。
这三个函数只是修改了termios的opt变量的内容，并没有写入到设备文件，因此在修改完它的内容后，还需要调用tcsetattr函数，把opt变量中的配置写入到设备，使它生效。

这就是修改终端设备参数的过程，读取原配置、修改termios参数、写入termios参数。

配置串口停止位

c_cflag中的标志位CSTOPB，用于设置串口通信停止位的长度。若该值为0，则停止位的长度为1位；若设置该位为1，则停止位的长度为两位，具体实现如下所示。

//在bits/termios.h文件中关于CSTOPB的定义
//注意以0开头的数字在是C语言的8进制数字形式
#define CSTOPB 0000100
//
//设置停止位示例
//定义termios型变量opt
struct termios opt;
// 获取串口参数opt
 tcgetattr(fd, &opt);

 /* 设置停止位*/
 switch (stopbits)
 {
 //设置停止位为1位
 case 1:
 opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
 break;
 //设置停止位为2位
 case 2:
 opt.c_cflag |= CSTOPB;
 break;
 }

 //更新配置
 tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);

示例代码依然是采取了获取当前参数、修改配置、更新配置的套路。

修改配置的代码中使用了“&=~”、“|=”这种位操作方法，主要是为了避免影响到变量中的其它位，因为在c_cflag的其它位还包含了校验位、数据位和波特率相关的配置，如果直接使用“=”赋值，那其它配置都会受到影响，而且操作不方便。在后面学习裸机开发，对寄存器操作时会经常用到这种方式。若没接触过这些位操作方式，可参考本书附录中《第65章位操作方法》的说明。

简单来说，示例中的“&=~”把c_cflag变量中CSTOPB对应的数据位清0，而“|=”则把c_cflag变量中CSTOPB对应的数据位置1，达到在不影响其它配置的情况下把停止位配置为1位或两位。

配置串口校验位

配置串口的校验位涉及到termios成员c_cflag的标志位PARENB、PARODD 以及c_iflag的标志位INPCK，其中PARENB和INPCK共同决定是否使能奇偶校验，而PARODD 决定使用奇校验还是偶校验，配置的示例代码如下所示。

//bits/termios.h的位定义
//注意以0开头的数字在是C语言的8进制数字形式
/* c_cflag bit meaning */
#define PARENB 0000400
#define PARODD 0001000
/* c_iflag bits */
#define INPCK 0000020
//
 //定义termios型变量opt
 struct termios opt;
 // 获取串口参数opt
 tcgetattr(fd, &opt);

 switch (parity)
 {
 case 'n':
 case 'N':
 options.c_cflag &= ~PARENB; /* 不使用奇偶校验 */
 options.c_iflag &= ~INPCK; /* 禁止输入奇偶检测 */
 break;
 case 'o':
 case 'O':
 options.c_cflag |= PARENB; /* 启用奇偶效验 */
 options.c_iflag |= INPCK; /* 启用输入奇偶检测 */
 options.c_cflag |= PARODD ; /* 设置为奇效验 */
 break;
 case 'e':
 case 'E':
 options.c_cflag |= PARENB; /* 启用奇偶效验 */
 options.c_iflag |= INPCK; /* 启用输入奇偶检测 */
 options.c_cflag &= ~PARODD; /* 设置为偶效验*/
 break;
 }

 //更新配置
 tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);

配置非常简单，不校验时同时把PARENB和INPCK位清零，启用校验时把PARENB和INPCK同时置1，而PARODD为1时指定为奇校验，为0时是偶校验。

配置串口数据位

串口的数据位是由c_cflag中的CSIZE配置的，由于串口支持5、6、7、8位的配置，一共有四种，所以在c_cflag中使用了两个数据位进行配置，在配置前我们需要先对CSIZE数据位清零，然后再赋予5、6、7、8的宏配置值，具体代码如下所示。

//bits/termios.h的位定义
//注意以0开头的数字在是C语言的8进制数字形式
#define CSIZE 0000060
#define CS5 0000000
#define CS6 0000020
#define CS7 0000040
#define CS8 0000060
//
 //定义termios型变量opt
 struct termios opt;
 // 获取串口参数opt
 tcgetattr(fd, &opt);

 //先清除CSIZE数据位的内容
 opt.c_cflag &= ~CSIZE;

 switch (databits) /*设置数据位数*/
 {
 case 5:
 opt.c_cflag |= CS5;
 break;
 case 6:
 opt.c_cflag |= CS6;
 break;
 case 7:
 opt.c_cflag |= CS7;
 break;
 case 8:
 opt.c_cflag |= CS8;
 break;
 }
 //更新配置
 tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);

学习了使用termios结构体配置串口参数的各种方式后，请再回过头看看前面的main.c示例文件代码，相信已经不用再介绍了。

编译及测试

本实验使用的Makefile相对于前面的章节仅修改了最终的可执行文件名为tty_demo。

对于ARM架构的程序，可使用如下步骤进行编译：

#在主机的实验代码Makefile目录下编译
#编译arm平台的程序
make ARCH=arm
编译后生成的ARM平台程序为build_arm/tty_demo，使用网络文件系统
共享至开发板，程序默认使用ttyS1通讯，也可以自行指定输入设备路径。

#以下命令在Ubuntu主机执行
#根据自己主机的设备配置minicom，注意波特率要匹配
#关于minicom的配置请参考前面小节的内容
sudo minicom /dev/ttyS1
#配置完毕打开minicom终端

#以下命令在开发板上的终端执行
#在NFS共享的工程目录路径执行
#使用默认的ttymxc2设备通讯
./build_arm/tty_demo
#程序会通过串口发送内容至主机
#主机使用minicom可发送内容至开发板

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