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1 MYD-YF13X串口简介MYD-YF13X平台支持多路串口,在开发板中对应设备名称分别为/dev/ttySTMn(n=0,1,2,3.......)。其中 ttySTM2为RS232, ttySTM1为RS485。笔者这里将测试RS232接口。 2 串口概述随着嵌入式系统应用的发展,Linux操作系统的应用也越来越广泛。Linux作为一款免费的并且开放源代码的操作系统,与Windows操作系统相比有许多独特的优势。Linux可以进行定制内核;Linux的GUI图形界面能够任意选择;Linux可以更方便、更安全地进行远程操作。随着Linux操作系统的不断发展和完善,基于Linux操作系统的软件开发也得到了长足的发展和应用。如果在工控领域引入Linux,不可避免的会遇到在嵌入式Linux下如何实现串行通信的问题。 在Linux操作系统下,对设备和文件的操作都等同于文件的操作,这样大大简化了系统对不同设备的操作,提高了效率。在程序中,设备和文件都是通过文件描述符来操作的。文件描述符是一个非负数的索引值,指向内核中每个进程打开的文件记录表。当打开一个现存的文件或者创建一个新文件时,内核就向进程返回一个文件描述符。当需要对设备进行读写操作时,也需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。 Linux的设备文件都存放在“/dev”目录下,串口资源对应的设备名是“/dev/ttys+编号”,因此串口对应的设备文件的路径是“/dev/ttys*”。而且USB转串口的设备名通常为“/dev/ttyUSB0”,在Linux下对设备的操作方法与对文件的操作方法一样。 3 串口设置详解串口的设置主要是设置struct termios结构体的各成员值,如下所示:
termios是在Posix规范中定义的标准接口,表示终端设备(包括虚拟终端、串口等)。因为串口是一种终端设备,所以通过终端编程接口对其进行配置和控制。因此在具体讨论串口相关编程之前,需要先了解一下终端的相关知识。 终端是指用户与计算机进行对话的接口,如键盘、显示器和串口设备等物理设备,Windows上的虚拟终端。类UNIX操作系统都有文本式虚拟终端,使用【Ctrl+Alt】+F1~F6键可以进入文本式虚拟终端,在X Window上可以打开几十个以上的图形式虚拟终端。类UNIX操作系统的虚拟终端有xterm、rxvt、zterm、eterm等,而Windows上有crt、putty等虚拟终端。 终端有三种工作模式,分别为规范模式(canonical mode)、非规范模式(non-canonical mode)和原始模式(raw mode)。 通过在termios结构的c_lflag中设置ICANNON标志来定义终端是以规范模式(设置ICANNON标志)还是以非规范模式(清除ICANNON标志)工作,默认情况为规范模式。 在规范模式下,所有的输入是基于行进行处理的。在用户输入一个行结束符(回车符、EOF等)之前,系统调用read()函数是读不到用户输入的任何字符的。除了EOF之外的行结束符(回车符等)与普通字符一样会被read()函数读取到缓冲区中。在规范模式中,行编辑是可行的,而且一次调用read()函数最多只能读取一行数据。如果在read()函数中被请求读取的数据字节数小于当前行可读取的字节数,则read()函数只会读取被请求的字节数,剩下的字节下次再被读取。 在非规范模式下,所有的输入是即时有效的,不需要用户另外输入行结束符,而且不可进行行编辑。在非规范模式下,对参数MIN(c_cc[VMIN])和TIME(c_cc[VTIME])的设置决定read()函数的调用方式。设置可以有4种不同的情况。 ●MIN = 0和TIME = 0:read()函数立即返回。若有可读数据,则读取数据并返回被读取的字节数,否则读取失败并返回0。 ●MIN > 0和TIME = 0:read()函数会被阻塞,直到MIN个字节数据可被读取。 ●MIN = 0和TIME > 0:只要有数据可读或者经过TIME个十分之一秒的时间,read()函数则立即返回,返回值为被读取的字节数。如果超时并且未读到数据,则read()函数返回0。 ●MIN > 0和TIME > 0:当有MIN个字节可读或者两个输入字符之间的时间间隔超过TIME个十分之一秒时,read()函数才返回。因为在输入第一个字符后系统才会启动定时器,所以,在这种情况下,read()函数至少读取一个字节后才返回。 按照严格意义来讲,原始模式是一种特殊的非规范模式。在原始模式下,所有的输入数据以字节为单位被处理。在这个模式下,终端是不可回显的,而且所有特定的终端输入/输出控制处理不可用。通过调用cfmakeraw()函数可以将终端设置为原始模式,而且该函数通过以下代码可以得到实现:
现在讲解设置串口的基本方法。如上所述,串口设置最基本的操作包括波特率设置,校验位和停止位设置。在这个结构中最为重要的是c_cflag,通过对它的赋值,用户可以设置波特率、字符大小、数据位、停止位、奇偶校验位和硬软流控等。另外,c_iflag和c_cc也是比较常用的标志。在此主要对这3个成员进行详细说明。c_cflag支持的常量名称如表1所示。其中设置波特率宏名为相应的波特率数值前加上B,由于数值较多,本表没有全部列出。 Table ‑ c_cflag支持的常量名称
在这里,对于c_cflag成员不能直接对其初始化,而要将其通过“与”、“或”操作使用其中的某些选项。 输入模式标志c_iflag用于控制端口接收端的字符输入处理。c_iflag支持的常量名称,如下表所示。 Table ‑ c_iflag支持的常量名称
c_oflag用于控制终端端口发送出去的字符处理,c_oflag支持的常量名称如表3所示。因为现在终端的速度比以前快得多,所以大部分延时掩码几乎没什么用途。 Table ‑ c_oflag支持的常量名称
c_lflag用于控制终端的本地数据处理和工作模式,c_lflag所支持的常量名称如下表所示。 Table ‑ c_lflag支持的常量名称
c_cc定义特殊控制特性,c_cc所支持的常量名称如下表所示。 Table ‑ c_cc支持的常量名称
下面就详细讲解设置串口属性的基本流程。 1.保存原先串口配置 首先,为了安全起见和以后调试程序方便,可以先保存原先串口的配置,在这里可以使用函数tcgetattr(fd, &old_cfg)。该函数得到由fd指向的终端的配置参数,并将它们保存于termios结构变量old_cfg中。该函数还可以测试配置是否正确、该串口是否可用等。若调用成功,函数返回值为0,若调用失败,函数返回值为-1,其使用如下所示:
2.激活选项 CLOCAL和CREAD分别用于本地连接和接收使能,因此,首先要通过位掩码的方式激活这两个选项。
调用cfmakeraw()函数可以将终端设置为原始模式,在后面的实例中,采用原始模式进行串口数据通信。
3.设置波特率 设置波特率有专门的函数,用户不能直接通过位掩码来操作。设置波特率的主要函数有cfsetispeed()和cfsetospeed()。这两个函数的使用很简单,如下所示:
cfsetispeed()函数在termios结构中设置数据输入波特率,而cfsetospeed()函数在termios结构中设置数据输入波特率。一般来说,用户需将终端的输入和输出波特率设置成一样的。这几个函数在成功时返回0,失败时返回-1。 4.设置字符大小 与设置波特率不同,设置字符大小并没有现成可用的函数,需要用位掩码。一般首先去除数据位中的位掩码,再重新按要求设置,如下所示:
5.设置奇偶校验位 设置奇偶校验位需要用到termios中的两个成员:c_cflag和c_iflag。首先要激活c_cflag中的校验位使能标志PARENB和确认是否要进行校验,这样会对输出数据产生校验位,而对输入数据进行校验检查。同时还要激活c_iflag中的对于输入数据的奇偶校验使能(INPCK)。如使能奇校验时,代码如下所示:
而使能偶校验时,代码如下所示:
6.设置停止位 设置停止位是通过激活c_cflag中的CSTOPB而实现的。若停止位为一个比特,则清除CSTOPB;若停止位为两个,则激活CSTOPB。以下分别是停止位为一个和两个比特时的代码:
7.设置最少字符和等待时间 在对接收字符和等待时间没有特别要求的情况下,可以将其设置为0,则在任何情况下read()函数立即返回,此时串口操作会设置为非阻塞方式,如下所示:
8.清除串口缓冲 由于串口在重新设置后,需要对当前的串口设备进行适当的处理,这时就可调用在<termios.h>中声明的tcdrain()、tcflow()、tcflush()等函数来处理目前串口缓冲中的数据,它们的格式如下所示: int tcdrain(int fd); /* 使程序阻塞,直到输出缓冲区的数据全部发送完毕 */ int tcflow(int fd, int action); /* 用于暂停或重新开始输出 */ int tcflush(int fd, int queue_selector); /* 用于清空输入/输出缓冲区 */ 在本实例中使用tcflush()函数,对于在缓冲区中尚未传输的数据,或者收到的但是尚未读取的数据,其处理方法取决于queue_selector的值,它可能的取值有以下几种。 ●TCIFLUSH:对接收到而未被读取的数据进行清空处理。 ●TCOFLUSH:对尚未传送成功的输出数据进行清空处理。 ●TCIOFLUSH:包括前两种功能,即对尚未处理的输入/输出数据进行清空处理。 如在本例中所采用的是第一种方法,当然可以使用TCIOFLUSH参数: tcflush(fd, TCIFLUSH); 9.激活配置 在完成全部串口配置后,要激活刚才的配置并使配置生效。这里用到的函数是tcsetattr(),它的函数原型是: tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p); 其中,参数termios_p是termios类型的新配置变量。 参数optional_actions可能的取值有以下3种。 ●TCSANOW:配置的修改立即生效。 ●TCSADRAIN:配置的修改在所有写入fd的输出都传输完毕之后生效。 ●TCSAFLUSH:所有已接收但未读入的输入都将在修改生效之前被丢弃。 该函数若调用成功则返回0,若失败则返回-1,代码如下所示:
下面给出了串口配置的完整函数。为了函数的通用性,通常将常用的选项都在函数中列出,这样可以大大方便以后用户的调试使用。该设置函数如下所示:
4 串口使用详解在配置完串口的相关属性后,就可以对串口进行打开和读写操作了。它所使用的函数和普通文件的读写函数一样,都是open()、write()和 read()。它们之间的区别的只是串口是一个终端设备,因此在选择函数的具体参数时会有一些区别。另外,这里会用到一些附加的函数,用于测试终端设备的 连接情况等。下面将对其进行具体讲解。 4.1 打开串口打开串口和打开普通文件一样,都是使用open()函数,如下所示:
可以看到,这里除了普通的读写参数外,还有两个参数O_NOCTTY和O_NDELAY。 O_NOCTTY标志用于通知Linux系统,该参数不会使打开的文件成为这个进程的控制终端。如果没有指定这个标志,那么任何一个输入(诸如键盘中止信号等)都将会影响用户的进程。 O_NDELAY标志通知Linux系统,这个程序不关心DCD信号线所处的状态(端口的另一端是否激活或者停止)。如果用户指定了这个标志,则进程将会一直处在睡眠状态,直到DCD信号线被激活。 接下来可恢复串口的状态为阻塞状态,用于等待串口数据的读入,可用fcntl()函数实现,如下所示:
再接着可以测试打开文件描述符是否连接到一个终端设备,以进一步确认串口是否正确打开,如下所示:
该函数调用成功则返回0,若失败则返回-1。 这时,一个串口就已经成功打开了。接下来就可以对这个串口进行读和写操作。 4.1 读写串口读写串口操作和读写普通文件一样,使用read()和write()函数即可,如下所示:
下面两个实例给出了串口读和写的两个程序,其中用到前面所讲述的open_port()和set_com_config ()函数。写串口的程序将在宿主机上运行,读串口的程序将在目标板上运行。 写串口的程序如下所示。
读串口的程序如下所示:
在开发板上运行写串口的程序,而在目标板上运行读串口的程序,运行结果如下所示。 串口写数据: 串口收数据: |
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