基于嵌入式Linux下串口應(yīng)用編程的研究

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(nèi)部具有兩個(gè)獨(dú)立的UART控制器，每個(gè)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(shí)，每個(gè)UART均具有16字節(jié)的FIFO(先入先出寄存器)，支持的最高波特率可達(dá)到230.4kb/s.

UART的操作主要可分為以下幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、產(chǎn)生中斷、設(shè)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(shè)備文件一般都位于“/dev”下，其中串口1和串口2對應(yīng)的設(shè)備名依次為“/dev/ttyS0”和“/dev/ttyS1”,而且USB轉(zhuǎn)串口的設(shè)備名通常為“/dev/ttyUSB0”

和“/dev/ttyUSB1”,下面就詳細(xì)講解串口應(yīng)用編程。

二、串口設(shè)置詳解

讀寫串口設(shè)備時(shí)需要設(shè)置串口的波特率、校驗(yàn)碼、停止位等等，對于應(yīng)用程序開發(fā)來說，對于串口設(shè)備的設(shè)置主要通過如下的結(jié)構(gòu)體完成的：

termios是POSIX定義的標(biāo)準(zhǔn)接口，是對虛擬終端、串口等終端類設(shè)備的一種抽象。終端有規(guī)范模式、非規(guī)范模式和原始模式這三種工作模式。上述結(jié)構(gòu)體成員的c_lflag的ICANNON標(biāo)志位用于定義終端的工作模式類型，如果設(shè)置這一位說明終端工作與規(guī)范模式下，如果過清除該標(biāo)志表明終端工作在非規(guī)范模式下。默認(rèn)情況是工作在規(guī)范模式下。

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

(1)MIN 以及TIME全部為0的情況下：

read()函數(shù)立即返回。若有可讀的數(shù)據(jù)時(shí)，則讀取數(shù)據(jù)并返回被讀取的字節(jié)數(shù)，否則讀取失敗并返回0.

(2)MIN大于0,TIME為0:read()函數(shù)會等待到有MIN個(gè)字節(jié)可以被讀取 ,否則一直處于阻塞狀態(tài)。

(3)MIN為0,而TIME>0:只要滿足兩種情形下：a、存在數(shù)據(jù)可讀;b、阻塞TIME的十分之一秒，read函數(shù)就會返回，其中返回值為讀取到的字節(jié)數(shù)。如果在有數(shù)據(jù)可讀前超時(shí)，則read()函數(shù)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(shí)，read()函數(shù)才會返回 :緩存區(qū)中有MIN個(gè)字節(jié)，或者在兩個(gè)字符之間超時(shí)TIME個(gè)十分之一秒。

從嚴(yán)格意義上來講，原始模式是一種特殊的非規(guī)范模式。在原始模式下，對輸入數(shù)據(jù)的處理方式是按字節(jié)為單位，并且終端是不可回顯的。通過調(diào)用cfmakeraw()函數(shù)就可以將把終端的該工作模式設(shè)置為原始模式。

三、簡單的串口設(shè)置詳解流程

下面以指紋識別系統(tǒng)為例介紹下串口的操作流程。

本系統(tǒng)中，對串口的操作和使用可以分為如下幾個(gè)部分：串口的初始化(包括串口設(shè)備的打開、串口設(shè)備屬性的設(shè)置)、串口數(shù)據(jù)單字節(jié)讀取、串口數(shù)據(jù)的多字節(jié)讀取、串口數(shù)據(jù)的單字節(jié)寫入、串口數(shù)據(jù)的多字節(jié)寫入、串口設(shè)備的關(guān)閉。

1.串口設(shè)備的初始化過程

(1)打開串口

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

#define DEVICENAME0 “/dev/s3c2410_serial1″f d = o p e n ( D E V I C E N A M E 0 , O _ R D W R | O _NONBLOCK);

DEVICENAME0表示要打開的串口設(shè)備名稱，這個(gè)和特定的設(shè)備相關(guān)，在Linux桌面系統(tǒng)上一般為/dev/ttyS*,而在嵌入式系統(tǒng)中，這個(gè)根據(jù)UART驅(qū)動對的板級信息不同而不同，沒有統(tǒng)一的規(guī)定，在本系統(tǒng)中是/dev/s3c2410_serial1.

O_RDWR表示以讀寫方式打開串口設(shè)備O_NONBLOCK標(biāo)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(dǎo)致程序運(yùn)行出錯。

為了讀寫串口設(shè)備，需要恢復(fù)串口讀寫方式為阻塞狀態(tài)，以用于等待數(shù)據(jù)，可用fcntl()函數(shù)實(shí)現(xiàn)：

(2)配置串口設(shè)備的屬性

在打開串口設(shè)備之后，需要對串口設(shè)備的屬性進(jìn)行配置。主要包括設(shè)置波特率、設(shè)置字符大小、設(shè)置奇偶校驗(yàn)位、設(shè)置停止位以及設(shè)置最小字符和等待時(shí)間等。

設(shè)置串口設(shè)備之前，需要先獲取當(dāng)前串口設(shè)備的屬性，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體termios的成員都是和特定寄存器對應(yīng)的，如果不先獲取以前的狀態(tài)，可能將寄存器中的值全部覆蓋，從而導(dǎo)致通信失敗，并且在操作完串口設(shè)備以后，需要將串口設(shè)備的屬性恢復(fù)到以前的值。獲取當(dāng)前串口設(shè)備屬性的過程如下：

tcgetattr(fd,&new_cfg); / /從f d代表的串口設(shè)備中獲取當(dāng)前的狀態(tài)并將其保存在new_cfg中。

接下來是將串口設(shè)備設(shè)置為原始模式，在本系統(tǒng)中需要使用原始模式進(jìn)行通信。

cfmakeraw(&new_cfg);

將串口通信的字符大小設(shè)為8個(gè)字符new_cfg.c_cflag &= ~CSIZE;

new_cfg.c_cflag |= CS8;

設(shè)置波特率

cfsetispeed(&new_cfg,BARDRATE); / / 設(shè)

置輸入波特率

cfsetospeed(&new_cfg,BARDRATE); / / 設(shè)

置輸出波特率

設(shè)置奇偶校驗(yàn)位，不適用奇偶校驗(yàn)

new_cfg.c_cflag &= ~PARENB;

new_cfg.c_iflag &= ~INPCK;

設(shè)置停止位，使用一個(gè)byte

new_cfg.c_cflag &= ~CSTOPB;

設(shè)置讀取字符大小以及等待時(shí)間

new_cfg.c_cc[VTIME]=50; //兩個(gè)字符之間

等待超過5s返回

new_cfg.c_cc[VMIN]=1; //最少讀取一個(gè)

字符

清除串口緩存

該操作是必不可少的，否則會導(dǎo)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(shè)置的流程圖，如圖1所示。

2.串口的讀寫和關(guān)閉

利用串口通信的過程就是對串口設(shè)備的讀寫過程，只需要利用read()函數(shù)和write()函數(shù)對打開的串口設(shè)備的文件描述符操作即可。

在操作完串口退出程序時(shí)，需要將打開的串口關(guān)閉，這個(gè)過程和關(guān)閉普通的文件一樣，調(diào)用close()函數(shù)即可完成。

四、結(jié)束語

本文以指紋識別系統(tǒng)的串口編程為例，闡述了Linux系統(tǒng)下，串口編程的具體設(shè)置方法，在本文的基礎(chǔ)上再添加上層軟件的設(shè)計(jì)即可完成一個(gè)指紋識別系統(tǒng)。