Linux环境下终端( 串口)接口应用

概述

1 了解串口应用编程

1.1 认识 struct termios 结构体

1.1.1 认识c_iflag

1.1.2 认识c_oflag

1.1.3 认识 c_cflag 的配置参数

1.1.4 认识c_lflag

1.2 终端相关的函数库

2 编写串口应用接口

2.1 设置baud函数

2.2 设置停止位函数

2.3 设置奇偶校验函数

2.4 设置停止位函数

3 使用usr API接口

3.1 配置参数函数

3.2 初始化串口函数

3.3 关闭串口函数

4 参考资料

源代码下载地址： Linux环境下终端接口应用函数（serialport）资源-CSDN文库

概述

本文介绍linux环境下终端接口的相关知识，并介绍与其相关的数据结构的意义，重要参数的解释。还使用接口编写用户函数，以实现基于serial port的终端功能。

1 了解串口应用编程

在linux环境下，串口是终端的一种形式。对其操作，linux中已经定义了关于termios 的API 。在使用这些API之前，必须对其要有基本的认识。

1.1 认识 struct termios 结构体

其定义如下：

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 */
};

参数定义如下：

参数名称	描述	注释
c_iflag	输入模式参数标志位
c_oflag	输出模式参数标志位
c_cflag	控制模式参数标志位
c_lflag	本地模式参数标志位
c_line	终端的行规程
c_cc[NCCS]	终端的特殊字符
c_ispeed	配置输入波特率参数
c_ospeed	配置输出波特率参数

1.1.1 认识c_iflag

参数定义	描述
IGNBRK	忽略输入终止条件
BRKINT	当检测到输入终止条件时发送 SIGINT 信号
IGNPAR	忽略帧错误和奇偶校验错误
PARMRK	对奇偶校验错误做出标记
INPCK	对接收到的数据执行奇偶校验
ISTRIP	将所有接收到的数据裁剪为 7 比特位、也就是去除第八位
INLCR	将接收到的 NL（换行符）转换为 CR（回车符）
IGNCR	忽略接收到的 CR（回车符）
ICRNL	将接收到的 CR（回车符）转换为 NL（换行符）
IUCLC	将接收到的大写字符映射为小写字符
IXON	启动输出软件流控
IXOFF	启动输入软件流控

1.1.2 认识c_oflag

参数定义	描述
IGNBRK	忽略输入终止条件
OPOST	启用输出处理功能，如果不设置该标志则其他标志都被忽略
OLCUC	将输出字符中的大写字符转换成小写字符
ONLCR	将输出中的换行符（NL '\n'）转换成回车符（CR '\r'）
OCRNL	将输出中的回车符（CR '\r'）转换成换行符（NL '\n'）
ONOCR	在第 0 列不输出回车符（CR）
ONLRET	不输出回车符
OFILL	发送填充字符以提供延时
OFDEL	如果设置该标志，则表示填充字符为 DEL 字符，否则为 NULL 字符

1.1.3 认识 c_cflag

含义：控制模式标志，指定终端硬件控制信息

参数定义	描述
CBAUD	波特率（4+1位）（非POSIX）
CBAUDEX	附加波特率（1位）（非POSIX）
CSIZE	字符长度，取值范围为CS5、CS6、CS7或CS8
CSTOPB	2 个停止位，如果不设置该标志则默认是一个停止位
CREAD	使用接收器
PARENB	使用奇偶校验
PARODD	对输入使用奇偶校验，对输出使用偶校验
HUPCL	关闭设备时挂起
CLOCAL	忽略调制解调器线路状态
CRTSCTS	使用RTS/CTS流控制

CBAUD 参数定义如下

参数定义	描述
CBAUD	波特率的位掩码
B2400	2400 波特率
B9600	9600 波特率
B19200	19200 波特率
B38400	38400波特率
B57600	57600波特率
B115200	115200波特率
....	其他波特率定义参看：termios.h

CSIZE参数定义如下

参数定义	描述
CS5	5 个数据位
CS6	6 个数据位
CS7	7 个数据位
CS8	8个数据位

1.1.4 认识c_lflag

参数定义	描述
ISIG	若收到信号字符（INTR、 QUIT 等），则会产生相应的信号
ICANON	启用规范模式
ECHO	启用输入字符的本地回显功能。当我们在终端输入字符的时候，字符会显示出来，这就是回显功能
ECHOE	若设置 ICANON，则允许退格操作
ECHOK	若设置 ICANON，则 KILL 字符会删除当前行
ECHONL	若设置 ICANON，则允许回显换行符
ECHOCTL	若设置 ECHO，则控制字符（制表符、换行符等）会显示成“^X”，其中 X 的 ASCII 码等于给相应控制字符的 ASCII 码加上 0x40。例如，退格字符（0x08）会显示为“^H”（'H'的 ASCII 码为 0x48）
ECHOPRT	若设置 ICANON 和 IECHO，则删除字符（退格符等）和被删除的字符都会被显示
ECHOKE	若设置 ICANON，则允许回显在 ECHOE 和 ECHOPRT 中设定的 KILL 字符
NOFLSH	在通常情况下，当接收到 INTR、 QUIT 和 SUSP 控制字符时，会清空输入和输出队列。如果设置该标志，则所有的队列不会被清空
TOSTOP	若一个后台进程试图向它的控制终端进行写操作，则系统向该后台进程的进程组发送 SIGTTOU 信号。该信号通常终止进程的执行
IEXTEN	启用输入处理功能

1.2 终端相关的函数库

使用串口终端，必须包含下面两个图文件

 #include <termios.h>#include <unistd.h>

其提供的函数接口如下：

函数名	功能介绍
tcgetattr	获取与终端相关的参数	取得终端介质（fd）初始值，并把其值赋给temios_p;函数可以从后台进程中调用；但是，终端属性可能被后来的前台进程所改变。
tcsetattr	配置与终端相关的参数	设置与终端相关的参数 (除非需要底层支持却无法满足)，使用 termios_p 引用的 termios 结构。 optional_actions （tcsetattr函数的第二个参数）指定了什么时候改变会起作用： TCSANOW：改变立即发生 TCSADRAIN：改变在所有写入 fd 的输出都被传输后生效。这个函数应当用于修改影响输出的参数时使用。(当前输出完成时将值改变) TCSAFLUSH ：改变在所有写入 fd 引用的对象的输出都被传输后生效，所有已接受但未读入的输入都在改变发生前丢弃(同TCSADRAIN，但会舍弃当前所有值)。
tcsendbreak	在一个指定的时间区内发送连续的0位流	传送连续的 0 值比特流，持续一段时间，如果终端使用异步串行数据传输的话。如果 duration 是 0，它至少传输 0.25 秒，不会超过 0.5 秒。如果 duration 非零，它发送的时间长度由实现定义
tcdrain	等待所有输出都被发送	等待直到所有写入 fd 引用的对象的输出都被传输
tcflush	清除输入缓冲区或输出缓冲区	ueue_selector 的值： TCIFLUSH ：刷新收到的数据但是不读 TCOFLUSH ：刷新写入的数据但是不传送 TCIOFLUSH ：同时刷新收到的数据但是不读，并且刷新写入的数据但是不传送
tcflow	对输入和输出流控制进行控制	挂起 fd 引用的对象上的数据传输或接收，取决于 action 的值：
cfmakeraw	设置终端设置为原始模式（raw data ）	TCOOFF ：挂起输出 TCOON ：重新开始被挂起的输出 TCIOFF ：发送一个 STOP 字符，停止终端设备向系统传送数据 TCION ：发送一个 START 字符，使终端设备向系统传输数据打开一个终端设备时的默认设置是输入和输出都没有挂起。
cfgetispeed	返回存储在 TermiosPointer 参数指向的 termios 结构中的输入波特率
cfgetospeed	返回存储在 TermiosPointer 参数所指向的 termios 结构中的输出波特率
cfsetispeed	将存储在 TermiosPointer 参数指向的 termios 结构中的输入波特率设置为 Speed 参数指定的值	设置 termios 结构中，输入和输出波特率的值。新值不会马上生效，直到成功调用了 tcsetattr() 函数。
cfsetospeed	存储在 TermiosPointer 参数指向的 termios 结构中的输出波特率设置为 Speed 参数指定的值	设置 termios 结构中，输入和输出波特率的值。新值不会马上生效，直到成功调用了 tcsetattr() 函数。

函数原型声明如下：

int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
int tcsetattr(int fd, int optional_actions,const struct termios *termios_p);
int tcsendbreak(int fd, int duration);
int tcdrain(int fd);
int tcflush(int fd, int queue_selector);
int tcflow(int fd, int action);
void cfmakeraw(struct termios *termios_p);
speed_t cfgetispeed(const struct termios *termios_p);
speed_t cfgetospeed(const struct termios *termios_p);
int cfsetispeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

2 编写串口应用接口

2.1 设置baud函数

static void set_baudrate (unsigned int baudrate)
{speed_t speed;speed = baudrate_to_Bxx (baudrate);  /* set baudrate */cfsetispeed(&termios_new, speed);    // set input speedcfsetospeed(&termios_new, speed);    // set output speed
}

使用cfsetispeed()设置波特率时，必须要要把其转换为 termios.h定义的类型，本例中使用baudrate_to_Bxx()函数实现这个功能。在 termios.h中定义的baud类型：

static speed_t baudrate_to_Bxx (unsigned int baudrate)
{switch (baudrate) {case 1200:return (B1200);case 2400:return (B2400);case 9600:return (B9600);case 19200:return (B19200);case 38400:return (B38400);case 57600:return (B57600);case 115200:return (B115200);default:return (B9600);}
}

2.2 设置停止位函数

static void set_stopbit (const char *stopbit)
{if (0 == strcmp (stopbit, "1")) {termios_new.c_cflag &= ~CSTOPB;    /* 1 stop bit */}else if (0 == strcmp (stopbit, "1.5")) {termios_new.c_cflag &= ~CSTOPB;     /* 1.5 stop bits */}else if (0 == strcmp (stopbit, "2")) {termios_new.c_cflag |= CSTOPB;       /* 2 stop bits */}else {termios_new.c_cflag &= ~CSTOPB;     /* 1 stop bit */}
}

2.3 设置奇偶校验函数

static void set_parity (char parity)
{switch (parity) {case 'N':                  /* no parity check */termios_new.c_cflag &= ~PARENB;break;case 'E':                  /* even */termios_new.c_cflag |= PARENB;termios_new.c_cflag &= ~PARODD;break;case 'O':                  /* odd */termios_new.c_cflag |= PARENB;termios_new.c_cflag |= ~PARODD;break;default:                   /* no parity check */termios_new.c_cflag &= ~PARENB;break;}
}

2.4 设置停止位函数

static void set_data_bit (unsigned int databit)
{termios_new.c_cflag &= ~CSIZE;switch (databit) {default:case 8:termios_new.c_cflag |= CS8;break;case 7:termios_new.c_cflag |= CS7;break;case 6:termios_new.c_cflag |= CS6;break;case 5:termios_new.c_cflag |= CS5;break;}
}

3 使用usr API接口

3.1 配置参数函数

编写一个函数，初始化串口参数，详细代码如下，其操作步骤：

step-1: 清空termios_new

step-2: 初始化termios_new数据结构

step-3: 填充用户参数

step-4: 调用tcsetattr使参数生效

static unsigned int set_portattr ( unsigned int baudrate,  // 2400 4800 9600 .. 115200unsigned int databit,   // 5, 6, 7, 8const char *stopbit,    //  "1", "1.5", "2"char parity)            // N(o), O(dd), E(ven)
{bzero(&termios_new, sizeof (termios_new));cfmakeraw (&termios_new);set_baudrate (baudrate);termios_new.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;   /* | CRTSCTS */set_data_bit (databit);set_parity (parity);set_stopbit (stopbit);termios_new.c_cc[VTIME] = 1;            /* unit: 1/10 second. */termios_new.c_cc[VMIN]  = 255;          /* minimal characters for reading */return (tcsetattr (fd, TCSANOW, &termios_new));
}

3.2 初始化串口函数

在初始化函数中，其操作步骤如下：

step-1: 打开串口设备

step-2: 获取旧的终端参数，并将其保存在termios_old中

step-3: 调用set_portattr配置参数

int usr_serial_open( char *port, unsigned int baudrate, unsigned int databit, const char *stopbit, char parity)
{int err;fd = open (port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);if (-1 == fd) {fprintf(stderr, "cannot open port %s\n", port);return (-1);}tcgetattr (fd, &termios_old);       /* save the form termios value */err = set_portattr (baudrate, databit, stopbit, parity);if ( err ) {fprintf ( stderr, "\nport %s cannot set baudrate at %d\n",port, baudrate);}return fd;
}

3.3 关闭串口函数

关闭串口函数，主要做如下事情：

step-1: 恢复termios_old参数

step-2: 关闭fd对应的端口

void usr_serial_close( void )
{/* flush output data before close and restore old attribute */tcsetattr(fd, TCSADRAIN, &termios_old);close(fd);
}

4 参考资料

《Linux/Unix系统编程手册（下册）》