嵌入式Linux下串口應用編程

【摘要】本文詳細介紹了嵌入式linux下串口應用編程，詳細介紹了串口設置的步驟，可以更好的理解串口的工作原理。

【關鍵詞】linux操作系統；串口設置；串口使用

一、引言

串口是一種常用的接口，常用的串口有RS-232-C接口。S3C2410X內部具有兩個獨立的UART控制器，每個控制器都可以工作在Interrupt（中斷）模式或者DMA（直接存儲訪問）模式。同時，每個UART均具有16字節的FIFO（先入先出寄存器），支持的最高波特率可達到230.4kb/s。UART的操作主要可分為以下幾個部分：數據發送、數據接收、產生中斷、設置波特率、Loopback模式、紅外模式以及硬軟流控模式。在linux中，所有的設備文件一般都位于“/dev”下，其中串口1和串口2對應的設備名依次為“/dev/ttyS0”和“/dev/ttyS1”，而且USB轉串口的設備名通常為“/dev/ttyUSB0”和“/dev/ttyUSB1”，下面就詳細講解串口應用編程。

二、串口設置詳解

讀寫串口設備時需要設置串口的波特率、校驗碼、停止位等等，對于應用程序開發來說，對于串口設備的設置主要通過如下的結構體完成的：

#include

struct termios

{

unsigned short c_iflag； /*輸入模式標志*/

unsigned short c_oflag； /*輸出模式標志*/

unsigned short c_cflag； /*控制模式標志*/

unsigned short c_lflag； /*本地模式標志*/

unsigned short c_line； /*線路規程*/

unsigned short c_cc[NCC]；/*控制特性*/

speed_t cispeed； /*輸入速度*/

speed_t c_ospeed； /*輸出速度*/

}；

termios是POSIX定義的標準接口，是對虛擬終端、串口等終端類設備的一種抽象。終端有規范模式、非規范模式和原始模式這三種工作模式。上述結構體成員的c_lflag的ICANNON標志位用于定義終端的工作模式類型，如果設置這一位說明終端工作與規范模式下，如果過清除該標志表明終端工作在非規范模式下。默認情況是工作在規范模式下。

在規范模式下，對輸入是通過行的方式進行處理的。在輸入行結束符（包括回車符、EOF等）之前，系統調用read（）函數是讀不到輸入的數據。在非規范模式下，輸入全部都是即時生效的，既不需要額外輸入行結束符，也不需要進行行編輯。在該模式下，用戶可以通過對參數MIN（c_cc[VMIN]）和TIME（c_cc[VTIME]）的設置來決定調用read（）函數的方式。下面是4中不同的設置情況。

（1）MIN 以及TIME全部為0的情況下：read（）函數立即返回。若有可讀的數據時，則讀取數據并返回被讀取的字節數，否則讀取失敗并返回0。

（2）MIN大于0，TIME為0：read（）函數會等待到有MIN個字節可以被讀取 ，否則一直處于阻塞狀態。

（3）MIN為0，而TIME>0：只要滿足兩種情形下：a、存在數據可讀；b、阻塞TIME的十分之一秒，read函數就會返回，其中返回值為讀取到的字節數。如果在有數據可讀前超時，則read（）函數返回值為0。

（4）MIN和TIME全都大于0：只有滿足如下兩種情形之一時，read（）函數才會返回 ：緩存區中有MIN個字節，或者在兩個字符之間超時TIME個十分之一秒。

從嚴格意義上來講，原始模式是一種特殊的非規范模式。在原始模式下，對輸入數據的處理方式是按字節為單位，并且終端是不可回顯的。通過調用cfmakeraw（）函數就可以將把終端的該工作模式設置為原始模式。

三、簡單的串口設置詳解流程

下面以指紋識別系統為例介紹下串口的操作流程。

本系統中，對串口的操作和使用可以分為如下幾個部分：串口的初始化（包括串口設備的打開、串口設備屬性的設置）、串口數據單字節讀取、串口數據的多字節讀取、串口數據的單字節寫入、串口數據的多字節寫入、串口設備的關閉。

1.串口設備的初始化過程

（1）打開串口

在Linux系統中，對設備的操作如同普通文件一樣，在本系統中打開串口設備的代碼如下所示：

#define DEVICENAME0\"/dev/s3c2410_serial1\"

fd=open（DEVICENAME0，O_RDWR| O_NONBLOCK）；

DEVICENAME0表示要打開的串口設備名稱，這個和特定的設備相關，在Linux桌面系統上一般為/dev/ttyS*，而在嵌入式系統中，這個根據UART驅動對的板級信息不同而不同，沒有統一的規定，在本系統中是/dev/s3c2410_serial1。

O_RDWR表示以讀寫方式打開串口設備

O_NONBLOCK標志代表將以后的讀寫操作全以非阻塞模式。注意，這里必須選擇非阻塞方式打開，否則會導致程序運行出錯。

為了讀寫串口設備，需要恢復串口讀寫方式為阻塞狀態，以用于等待數據，可用fcntl（）函數實現

if（fcntl（fd，F_SETFL，0）<0）

{

printf（“fcntl F_SETFL＼n”）；

return 1；

}

（2）配置串口設備的屬性

在打開串口設備之后，需要對串口設備的屬性進行配置。主要包括設置波特率、設置字符大小、設置奇偶校驗位、設置停止位以及設置最小字符和等待時間等。

設置串口設備之前，需要先獲取當前串口設備的屬性，這是因為結構體termios的成員都是和特定寄存器對應的，如果不先獲取以前的狀態，可能將寄存器中的值全部覆蓋，從而導致通信失敗，并且在操作完串口設備以后，需要將串口設備的屬性恢復到以前的值。獲取當前串口設備屬性的過程如下：

tcgetattr（fd，new_cfg）；//從fd代表的串口設備中獲取當前的狀態并將其保存在new_cfg中。

接下來是將串口設備設置為原始模式，在本系統中需要使用原始模式進行通信

cfmakeraw（new_cfg）；

將串口通信的字符大小設為8個字符

new_cfg.c_cflag = ～CSIZE；

new_cfg.c_cflag |= CS8；

設置波特率

cfsetispeed（new_cfg，BARDRATE）；//設置輸入波特率

cfsetospeed（new_cfg，BARDRATE）；//設置輸出波特率

設置奇偶校驗位，不適用奇偶校驗

new_cfg.c_cflag = ～PARENB；

new_cfg.c_iflag = ～INPCK；

設置停止位，使用一個byte

new_cfg.c_cflag = ～CSTOPB；

設置讀取字符大小以及等待時間

new_cfg.c_cc[VTIME]=50；//兩個字符之間等待超過5s返回

new_cfg.c_cc[VMIN]=1；//最少讀取一個字符

清除串口緩存

該操作是必不可少的，否則會導致串口通信失敗。

tcflush（fd，TCIOFLUSH）；

其中TCIOFLUSH表示清空串口的緩存。

接下來需要激活配置

if（（tcsetattr（fd，TCSANOW，new_cfg））！=0）

{

// perror（\"tcsetattr\"）；

return 1；

}

串口初始化、串口屬性的設置的流程圖，如圖1所示。

2.串口的讀寫和關閉

利用串口通信的過程就是對串口設備的讀寫過程，只需要利用read（）函數和write（）函數對打開的串口設備的文件描述符操作即可。在操作完串口退出程序時，需要將打開的串口關閉，這個過程和關閉普通的文件一樣，調用close（）函數即可完成。

四、結束語

本文以指紋識別系統的串口編程為例，闡述了Linux系統下，串口編程的具體設置方法，在本文的基礎上再添加上層軟件的設計即可完成一個指紋識別系統。

參考文獻

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[4]韋東山.嵌入式Linux應用開發完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008.4.

[5]鳥哥著，王世江.鳥哥的Linux私房菜基礎學習篇（第三版）[M].北京：人民郵電出版社，2010.

作者簡介：

孫甲凱，中北大學信息與通信工程學院碩士研究生，主要從事嵌入式系統開發。

韓慧蓮，中北大學信息與通信工程學院教授，碩士生導師。

范敏，中北大學信息與通信工程學院碩士研究生，主要從事信號與信息處理。

劉寅，中北大學信息與通信工程學院碩士研究生，主要從事電氣控制與自動測試。