Linux 外设驱动 应用 3 串口

3 串口

3.1 串口原理

串行口是计算机一种常用的接口，具有连接线少，通讯简单，得到广泛的使用。常用的串口是 RS- 232-C接口(又称 EIA RS-232-C)它是在 1970 年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。串口通讯指的是计算机依次以位（bit）为单位来传送数据，串行通讯使用的范围很广，在嵌入式系统开发过程中串口通讯也经常用到通讯方式之一。

异步串行 I /O 方式是将传输数据的每个字符一位接一位(例如先低位、后高位)地传送。数据的各不同位可以分时使用同一传输通道，因此串行 I／O 可以减少信号连线，最少用一对线即可进行。接收方对于同一根线上一连串的数字信号，首先要分割成位，再按位组成字符。为了恢复发送的信息，双方必须协调工作。在微型计算机中大量使用异步串行 I／O 方式，双方使用各自的时钟信号，而且允许时钟频率有一定误差，因此实现较容易。但是由于每个字符都要独立确定起始和结束(即每个字符都要重新同步)，字符和字符间还可能有长度不定的空闲时间，因此效率较低。

给出异步串行通信中一个字符的传送格式。开始前，线路处于空闲状态，送出连续“1”。传送开始时首先发一个“０”作为起始位，然后出现在通信线上的是字符的二进制编码数据。每个字符的数据位长可以约定为 5 位、6 位、7 位或 8 位，一般采用 ASCII 编码。后面是奇偶校验位，根据约定，用奇偶校验位将所传字符中为“1”的位数凑成奇数个或偶数个。也可以约定不要奇偶校验，这样就取消奇偶校验位。
最后是表示停止位的“1”信号，这个停止位可以约定持续 1 位、1.5 位或 2 位的时间宽度。至此一个字符传送完毕，线路又进入空闲，持续为“1”。经过一段随机的时间后，下一个字符开始传送才又发出起始位。每一个数据位的宽度等于传送波特率的倒数。微机异步串行通信中，常用的波特率为 50，95，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600 等。

接收方按约定的格式接收数据，并进行检查，可以查出以下三种错误：
奇偶错：在约定奇偶检查的情况下，接收到的字符奇偶状态和约定不符。
帧格式错：一个字符从起始位到停止位的总位数不对。
溢出错：若先接收的字符尚未被微机读取，后面的字符又传送过来，则产生溢出错。
每一种错误都会给出相应的出错信息，提示用户处理。一般串口调试都使用空的 MODEM 连接电缆，

3.2 接口介绍

在 linux 系统下面，每一个串口设备都有设备文件与其关联，设备文件位于系统的/dev 目录下面。如 linux 下的/dev/ttymxc0，/dev/ttymxc3 分别表示的是串口 0 和串口 1。
Linux 系统下，用户应用程序很容易对串行端口设备进行属性设置，这些属性定义在结构体 struct termios 中。为在程序中使用该结构体，需要包含文件<termios.h>，该头文件定义了结构体 struct termios。termios 函数族提供了一个常规的终端接口，用于控制非同步通信端口。

struct termio {
unsigned short c_iflag; /* input mode flags */
unsigned short c_oflag; /* output mode flags */
unsigned short c_cflag; /* control mode flags */
unsigned short c_lflag; /* local mode flags */
unsigned char c_line; /* line discipline */
unsigned char c_cc[NCC]; /* control characters */
};

c_iflag：输入模式标志，控制终端输入方式

c_oflag：输出模式标志，控制终端输出方式

c_cflag：控制模式标志，指定终端硬件控制信息

c_lflag：本地模式标志，控制终端编辑功能

c_cc[NCCS]：控制字符，用于保存终端驱动程序中的特殊字符，如输入结束符等

为了便于通过程序来获得和修改终端参数，Linux 还提供了 tcgetattr 函数和 tcsetattr 函数。tcgetattr 用于获取终端的相关参数，而 tcsetattr 函数用于设置终端参数。

int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);

该函数用来获取终端控制属性，它把串口的默认设置赋给了 termios 数据结构，其参数说明如下：
fd：待操作的文件描述符
termios_p：指向 termios 结构的指针
函数返回值：成功返回 0，失败返回－1。

int tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p);

该函数用来设置终端控制属性，其参数说明如下：
optional_actions：选项值，有三个选项以供选择：
TCSANOW： 不等数据传输完毕就立即改变属性
TCSADRAIN：等待所有数据传输结束才改变属性
TCSAFLUSH：清空输入输出缓冲区才改变属性
termios_p：指向 termios 结构的指针
函数返回值：成功返回 0，失败返回－1。

3.3 参考代码

用到头文件

#include <termios.h>
#include <stdio.h>
#include <termios.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <sys/signal.h>
#include <pthread.h>
#define BAUDRATE B115200
#define COM "/dev/ttymxc1" //串口 1 设备
#define FALSE 0
#define TRUE 1

串口初始化

static int fd;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void com_init(speed_t speed)
{
	truct termios options;
	fd = open(COM, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);// | O_NONBLOCK
	if(fd < 0)
	{
		printf("open com device failure");
	}
	tcgetattr(fd,&options);
	cfsetispeed(&options,speed);//波特率
	cfsetospeed(&options,speed);
	options.c_cflag |= (CLOCAL|CREAD);
	options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
	options.c_oflag &= ~OPOST;
	options.c_iflag &= ~(BRKINT | ICRNL | INPCK | ISTRIP | IXON);
	tcsetattr(fd,TCSANOW,&options);
}

接收函数

/* modem input handler */
void* receive(void * data)
{
	char ch[1024];
	int ret;
	printf("read modem\r\n");
	while (1)
	{
		ret = read(fd,ch,sizeof(ch)); //读串口 0 数据
		if(ret > 0)
		{
			ch[ret] = 0;
			pthread_mutex_lock(&mutex);
			write(fd,ch,strlen(ch)); //将读到的数据输出到串口 0 上
			pthread_mutex_unlock(&mutex);
		}
	}
	printf("\r\n");
	printf("exit from reading modem\n");
	return NULL;
}

发送代码

void* send(void * data)
{
	int c = '0';
	printf("send data\r\n");
	while (1) {
		c++;
		if(c > '9'){
			c = '0';
		}
		pthread_mutex_lock(&mutex);
		write(fd,&c,1); //循环发送字符 0~9 到串口 0 上
		pthread_mutex_unlock(&mutex);
		sleep(1);
	}
	printf("\r\n");
	return NULL; /* wait for child to die or it will become a zombie */
}

主函数

int main(int argc,char** argv)
{
	pthread_t th_a, th_b;
	void * retval;
	pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
	com_init(BAUDRATE);
	pthread_create(&th_a, NULL, receive, 0);
	pthread_create(&th_b, NULL, send, 0);
	//等待子线程结束
	pthread_join(th_a, &retval);
	pthread_join(th_b, &retval);
	close(fd);
	exit(0);
}

3.4 运行代码

```bash
root@imx8mmevk:/mnt/SRC/exp/01_basic/12_tty# ./term
read modem
send data
1234567

超级终端上会打印 0~9 的字符，因为该串口自发自收，一直被占用，所以只能重启开发板。
注意：远程工具在拔掉串口和插入串口界面会断开连接，但显示是连接状态，需要刷新重新连接。