termios库来配置和控制串口。通过设置波特率、字符大小、停止位等参数，可以实现与外部设备的串行通信。Linux串口源码详解
Linux操作系统中的串口通信功能通过设备文件（如/dev/ttyS0、/dev/ttyUSB0等）提供，用户程序可以通过这些设备文件对串口进行读写操作，从而实现数据的输入和输出，本文将详细介绍如何在Linux下使用C语言编写串口通信的源代码，并解释其中的关键步骤和函数调用。
串口编程基础
在Linux中，串口通信通常涉及以下几个关键步骤：
1、打开串口设备：使用open()系统调用打开指定的串口设备文件。
2、配置串口参数：通过termios结构体设置波特率、数据位、停止位、校验位等参数。
3、读写数据：使用read()和write()系统调用对串口进行数据读写操作。
4、关闭串口设备：使用close()系统调用关闭串口设备文件。
示例代码解析
以下是一个简单的C语言示例代码，展示了如何在Linux下实现串口通信：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <termios.h>
#include <sys/ioctl.h>
// 定义串口设备路径
const char *SERIAL_PORT = "/dev/ttyS0";
// 打开串口设备
int open_serial_port() {
int fd = open(SERIAL_PORT, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1) {
perror("open serial port");
return -1;
}
return fd;
}
// 配置串口参数
int configure_serial_port(int fd) {
struct termios options;
// 获取当前串口配置
if (tcgetattr(fd, &options) != 0) {
perror("tcgetattr");
return -1;
}
// 设置波特率为9600
cfsetispeed(&options, B9600);
cfsetospeed(&options, B9600);
// 设置数据位为8位，停止位为1位，无校验位
options.c_cflag &= ~PARENB; // 无奇偶校验位
options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 1个停止位
options.c_cflag &= ~CSIZE; // 数据位掩码
options.c_cflag |= CS8; // 8位数据位
// 应用配置
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) != 0) {
perror("tcsetattr");
return -1;
}
return 0;
}
// 读取串口数据
ssize_t read_from_serial(int fd, void *buf, size_t count) {
return read(fd, buf, count);
}
// 写入串口数据
ssize_t write_to_serial(int fd, const void *buf, size_t count) {
return write(fd, buf, count);
}
// 关闭串口设备
void close_serial_port(int fd) {
close(fd);
}
int main() {
int fd = open_serial_port();
if (fd == -1) {
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (configure_serial_port(fd) != 0) {
close_serial_port(fd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 示例：发送一个字符串到串口
const char *msg = "Hello, Serial Port!";
write_to_serial(fd, msg, strlen(msg));
// 示例：从串口读取数据
char read_buf[256];
ssize_t bytes_read = read_from_serial(fd, read_buf, sizeof(read_buf));
if (bytes_read > 0) {
printf("Read %zd bytes: %.*s
", bytes_read, (int)bytes_read, read_buf);
}
close_serial_port(fd);
return 0;
}详细步骤说明
3.1. 打开串口设备
使用open()系统调用打开指定的串口设备文件：
int open_serial_port() {
int fd = open(SERIAL_PORT, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1) {
perror("open serial port");
return -1;
}
return fd;
}O_RDWR：以读写模式打开。
O_NOCTTY：不将此设备分配为控制终端。
O_NDELAY：设置为非阻塞模式。
3.2. 配置串口参数
通过termios结构体配置串口参数：
int configure_serial_port(int fd) {
struct termios options;
if (tcgetattr(fd, &options) != 0) {
perror("tcgetattr");
return -1;
}
cfsetispeed(&options, B9600);
cfsetospeed(&options, B9600);
options.c_cflag &= ~PARENB; // 无奇偶校验位
options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 1个停止位
options.c_cflag &= ~CSIZE; // 数据位掩码
options.c_cflag |= CS8; // 8位数据位
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) != 0) {
perror("tcsetattr");
return -1;
}
return 0;
}tcgetattr()：获取当前串口配置。
cfsetispeed()和cfsetospeed()：设置输入和输出波特率。
options.c_cflag：配置控制模式标志，如数据位、停止位和校验位。
tcsetattr()：应用新的配置。
3.3. 读写数据
使用read()和write()系统调用对串口进行读写操作：
ssize_t read_from_serial(int fd, void *buf, size_t count) {
return read(fd, buf, count);
}
ssize_t write_to_serial(int fd, const void *buf, size_t count) {
return write(fd, buf, count);
}3.4. 关闭串口设备
使用close()系统调用关闭串口设备文件：
void close_serial_port(int fd) {
close(fd);
}常见问题与解决方法
4.1. 无法打开串口设备
可能的原因包括：
设备文件路径错误。
没有访问权限，需要以root用户运行或使用sudo提升权限。
串口设备被其他进程占用。
4.2. 配置参数无效
确保在调用tcsetattr()之前，正确设置了所有必要的参数，并且没有遗漏任何步骤，如果未设置波特率，数据传输可能会失败。
4.3. 读写操作阻塞或超时
阻塞模式：默认情况下，read()和write()是阻塞的，可以设置非阻塞模式或使用select()来监控多个文件描述符的状态。
超时设置：使用fcntl()设置读写操作的超时时间，以防止长时间等待。
错误处理：始终检查每个系统调用的返回值，并进行适当的错误处理。
资源管理：确保在程序结束前正确关闭所有打开的文件描述符，避免资源泄漏。
可移植性：尽量使用POSIX标准接口，确保代码在不同平台上的兼容性。
安全性：避免使用硬编码的设备路径，使用配置文件或命令行参数指定设备路径，提高程序的灵活性和安全性。
FAQs相关问题与解答
Q1: 如何更改串口的波特率？
A1: 使用cfsetispeed()和cfsetospeed()函数设置输入和输出波特率。
cfsetispeed(&options, B9600); cfsetospeed(&options, B9600);
可以根据需要更改波特率的值，如B115200表示115200波特率。
Q2: 如何处理串口通信中的乱码问题？
A2: 乱码通常是由于双方的串口参数不匹配导致的，确保通信双方的波特率、数据位、停止位和校验位一致，检查是否有硬件故障或电磁干扰影响通信质量。
Q3: 如何在多线程环境中安全地进行串口通信？
A3: 在多线程环境中访问共享的串口文件描述符时，需要使用互斥锁（如pthread_mutex_t）来保护临界区，防止数据竞争和不一致的问题，确保每个线程在使用完串口后正确释放资源。
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