Linux 环境下串口通信的编程

 

Linux 环境下串口通信的编程

 

整理：Ackarlix

 

串口设备无论是在工控领域，还是在嵌入式设备领域，应用都非常广泛。而串口编程也就显得必不可少。偶然的一次机会，需要使用串口，而且操作系统还要求是Linux，因此，趁着这次机会，综合别人的代码，进行了一次整理和封装。
    具体的封装格式为C代码，这样做是为了很好的移植性，使它可以在C和C++环境下，都可以编译和使用。代码的头文件如下：

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//filename:stty.h
#ifndef __STTY_H__
#define __STTY_H__

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
//
// 串口设备信息结构
typedef struct tty_info_t
{
    int fd;                // 串口设备ID
    pthread_mutex_t mt;    // 线程同步互斥对象
    char name[24];        // 串口设备名称，例："/dev/ttyS0"
    struct termios ntm;    // 新的串口设备选项
    struct termios otm;    // 旧的串口设备选项
} TTY_INFO;
//
// 串口操作函数
TTY_INFO *readyTTY(int id);
int setTTYSpeed(TTY_INFO *ptty, int speed);
int setTTYParity(TTY_INFO *ptty,int databits,int parity,int stopbits);
int cleanTTY(TTY_INFO *ptty);
int sendnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size);
int recvnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size);
int lockTTY(TTY_INFO *ptty);
int unlockTTY(TTY_INFO *ptty);

#endif

    从头文件中的函数定义不难看出，函数的功能，使用过程如下：
（1） 打开串口设备，调用函数setTTYSpeed（）；
（2） 设置串口读写的波特率，调用函数setTTYSpeed（）；
（3） 设置串口的属性，包括停止位、校验位、数据位等，调用函数setTTYParity（）；
（4） 向串口写入数据，调用函数sendnTTY（）；
（5） 从串口读出数据，调用函数recvnTTY（）；
（6） 操作完成后，需要调用函数cleanTTY（）来释放申请的串口信息接口；
其中，lockTTY（）和unlockTTY（）是为了能够在多线程中使用。在读写操作的前后，需要锁定和释放串口资源。
    具体的使用方法，在代码实现的原文件中，main（）函数中进行了演示。下面就是源代码文件：

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//stty.c

#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "stty.h"

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 初始化串口设备并进行原有设置的保存
TTY_INFO *readyTTY(int id)
{
    TTY_INFO *ptty;

    ptty = (TTY_INFO *)malloc(sizeof(TTY_INFO));
    if(ptty == NULL)
        return NULL;
    memset(ptty,0,sizeof(TTY_INFO));
    pthread_mutex_init(&ptty->mt,NULL);
    sprintf(ptty->name,"/dev/ttyS%d",id);
    //
    // 打开并且设置串口
    ptty->fd = open(ptty->name, O_RDWR | O_NOCTTY |O_NDELAY);
    if (ptty->fd <0)
    {
        free(ptty);
        return NULL;
    }
    //
    // 取得并且保存原来的设置
    tcgetattr(ptty->fd,&ptty->otm);
    return ptty;
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 清理串口设备资源
int cleanTTY(TTY_INFO *ptty)
{
    //
    // 关闭打开的串口设备
    if(ptty->fd>0)
    {
        tcsetattr(ptty->fd,TCSANOW,&ptty->otm);
        close(ptty->fd);
        ptty->fd = -1;
        free(ptty);
        ptty = NULL;
    }

    return 0;
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 设置串口通信速率
// ptty 参数类型(TTY_INFO *),已经初始化的串口设备信息结构指针
// speed 参数类型(int),用来设置串口的波特率
// return 返回值类型(int),函数执行成功返回零值，否则返回大于零的值
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int setTTYSpeed(TTY_INFO *ptty, int speed)
{
    int i;
    //
    // 进行新的串口设置,数据位为8位
    bzero(&ptty->ntm, sizeof(ptty->ntm));
    tcgetattr(ptty->fd,&ptty->ntm);
    ptty->ntm.c_cflag = /*CS8 |*/ CLOCAL | CREAD;

    switch(speed)
    {
    case 300:
        ptty->ntm.c_cflag |= B300;
        break;
    case 1200:
        ptty->ntm.c_cflag |= B1200;
        break;
    case 2400:
        ptty->ntm.c_cflag |= B2400;
        break;
    case 4800:
        ptty->ntm.c_cflag |= B4800;
        break;
    case 9600:
        ptty->ntm.c_cflag |= B9600;
        break;
    case 19200:
        ptty->ntm.c_cflag |= B19200;
        break;
    case 38400:
        ptty->ntm.c_cflag |= B38400;
        break;
    case 115200:
        ptty->ntm.c_cflag |= B115200;
        break;
    }
    ptty->ntm.c_iflag = IGNPAR;
    ptty->ntm.c_oflag = 0;
    //
    //
    tcflush(ptty->fd, TCIFLUSH);
    tcsetattr(ptty->fd,TCSANOW,&ptty->ntm);
    //
    //
    return 0;
}

 

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 设置串口数据位，停止位和效验位
// ptty 参数类型(TTY_INFO *),已经初始化的串口设备信息结构指针
// databits 参数类型(int), 数据位,取值为7或者8

// stopbits 参数类型(int),停止位,取值为1或者2
// parity 参数类型(int),效验类型 取值为N,E,O,,S
// return 返回值类型(int),函数执行成功返回零值，否则返回大于零的值
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int setTTYParity(TTY_INFO *ptty,int databits,int parity,int stopbits)
{
    //
    // 取得串口设置
    if( tcgetattr(ptty->fd,&ptty->ntm) != 0)
    {
        printf("SetupSerial [%s]/n",ptty->name);
        return 1;
    }

    bzero(&ptty->ntm, sizeof(ptty->ntm));
    ptty->ntm.c_cflag = CS8 | CLOCAL | CREAD;
    ptty->ntm.c_iflag = IGNPAR;
    ptty->ntm.c_oflag = 0;
    //
    // 设置串口的各种参数
    ptty->ntm.c_cflag &= ~CSIZE;
    switch (databits)
    {  //设置数据位数
    case 7:
        ptty->ntm.c_cflag |= CS7;
        break;
    case 8:
        ptty->ntm.c_cflag |= CS8;
        break;
    default:
        printf("Unsupported data size/n");
        return 5;
    }
    //
    //
    switch (parity)
    { // 设置奇偶校验位数
    case 'n':
    case 'N':
        ptty->ntm.c_cflag &= ~PARENB; /* Clear parity enable */
        ptty->ntm.c_iflag &= ~INPCK; /* Enable parity checking */
        break;
    case 'o':
    case 'O':
        ptty->ntm.c_cflag |= (PARODD|PARENB); /* 设置为奇效验*/
        ptty->ntm.c_iflag |= INPCK; /* Disnable parity checking */
        break;
    case 'e':
    case 'E':
        ptty->ntm.c_cflag |= PARENB; /* Enable parity */
        ptty->ntm.c_cflag &= ~PARODD; /* 转换为偶效验*/
        ptty->ntm.c_iflag |= INPCK; /* Disnable parity checking */
        break;
    case 'S':
    case 's': /*as no parity*/
        ptty->ntm.c_cflag &= ~PARENB;
        ptty->ntm.c_cflag &= ~CSTOPB;
        break;
    default:
        printf("Unsupported parity/n");
        return 2;
    }
    //
    // 设置停止位
    switch (stopbits)
    {
    case 1:
        ptty->ntm.c_cflag &= ~CSTOPB;
        break;
    case 2:
        ptty->ntm.c_cflag |= CSTOPB;
        break;
    default:
        printf("Unsupported stop bits/n");
        return 3;
    }
    //
    //
    ptty->ntm.c_lflag = 0;
    ptty->ntm.c_cc[VTIME] = 0;  // inter-character timer unused
    ptty->ntm.c_cc[VMIN] = 1;  // blocking read until 1 chars received
    tcflush(ptty->fd, TCIFLUSH);
    if (tcsetattr(ptty->fd,TCSANOW,&ptty->ntm) != 0)
    {
        printf("SetupSerial /n");
        return 4;
    }

    return 0;
}

int recvnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size)
{
    int ret,left,bytes;

    left = size;

    while(left>0)
    {
        ret = 0;
        bytes = 0;

        pthread_mutex_lock(&ptty->mt);
        ioctl(ptty->fd, FIONREAD, &bytes);
        if(bytes>0)
        {
            ret = read(ptty->fd,pbuf,left);
        }
        pthread_mutex_unlock(&ptty->mt);
        if(ret >0)
        {
            left -= ret;
            pbuf += ret;
        }
        usleep(100);
    }

    return size - left;
}

int sendnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size)
{
    int ret,nleft;
    char *ptmp;

    ret = 0;
    nleft = size;
    ptmp = pbuf;

    while(nleft>0)
    {
        pthread_mutex_lock(&ptty->mt);
        ret = write(ptty->fd,ptmp,nleft);
        pthread_mutex_unlock(&ptty->mt);

        if(ret >0)
        {
            nleft -= ret;
            ptmp += ret;
        }
        //usleep(100);
    }

    return size - nleft;
}

 

int lockTTY(TTY_INFO *ptty)
{
    if(ptty->fd < 0)
    {
        return 1;
    }

    return flock(ptty->fd,LOCK_EX);
}

int unlockTTY(TTY_INFO *ptty)
{
    if(ptty->fd < 0)
    {
        return 1;
    }

    return flock(ptty->fd,LOCK_UN);
}

#ifdef LEAF_TTY_TEST
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 接口测试
int main(int argc,char **argv)
{
    TTY_INFO *ptty;
    int nbyte,idx;
    unsigned char cc[16];
   
    ptty = readyTTY(0);
    if(ptty == NULL)
    {
        printf("readyTTY(0) error/n");
        return 1;
    }
    //
    //
    lockTTY(ptty);
    if(setTTYSpeed(ptty,9600)>0)
    {
        printf("setTTYSpeed() error/n");
        return -1;
    }
    if(setTTYParity(ptty,8,'N',1)>0)
    {
        printf("setTTYParity() error/n");
        return -1;
    }
    //
    idx = 0;
    while(1)
    {
        cc[0] = 0xFA;
        sendnTTY(ptty,&cc[0],1);
        nbyte = recvnTTY(ptty,cc,1);
        printf("%d:%02X/n",idx++,cc[0]);
    }

    cleanTTY(ptty);

}
#endif

 

 

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