作者：亞洲程序員盟主

串口文件

在linux中，針對所有的周邊設(shè)備都提供了設(shè)備文件供用戶訪問，所以如果要訪問串口，只要打開相關(guān)的設(shè)備文件即可。

在LInux下串口文件是位于/dev下的

COM1串口一為/dev/ttyS0

COM2串口2為/dev/ttyS1

或者

COM1串口一為/dev/ttyUSB0

COM2串口2為/dev/ttyUSB1

命令查詢串口：

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~$ ls /dev/ttyS*
/dev/ttyS0   /dev/ttyS12  /dev/ttyS16  /dev/ttyS2   /dev/ttyS23  /dev/ttyS27  /dev/ttyS30  /dev/ttyS6
/dev/ttyS1   /dev/ttyS13  /dev/ttyS17  /dev/ttyS20  /dev/ttyS24  /dev/ttyS28  /dev/ttyS31  /dev/ttyS7
/dev/ttyS10  /dev/ttyS14  /dev/ttyS18  /dev/ttyS21  /dev/ttyS25  /dev/ttyS29  /dev/ttyS4   /dev/ttyS8
/dev/ttyS11  /dev/ttyS15  /dev/ttyS19  /dev/ttyS22  /dev/ttyS26  /dev/ttyS3   /dev/ttyS5   /dev/ttyS9

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方法1：輪詢

1. 打開串口

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fd = open(port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd == -1) 
{
    perror("open_port: Unable to open serial port");
    return -1;
}

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2. 配置串口

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 tcgetattr(fd, &options);
cfsetispeed(&options, B115200);
cfsetospeed(&options, B115200);
options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
options.c_cflag &= ~PARENB;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS8;
options.c_cflag &= ~CRTSCTS;
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

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其中，tcgetattr 和 tcsetattr 函數(shù)用于獲取和設(shè)置串口參數(shù)。cfsetispeed 和 cfsetospeed 函數(shù)用于設(shè)置串口的輸入和輸出波特率，這里設(shè)置為 115200。options.c_cflag 表示控制標(biāo)志位，用于配置串口控制參數(shù)，具體含義如下：

CLOCAL：忽略調(diào)制解調(diào)器的狀態(tài)線，只允許本地使用串口。

CREAD：允許從串口讀取數(shù)據(jù)。

PARENB：啟用奇偶校驗。&= ~PARENB則為禁用校驗。

CSTOPB：使用兩個停止位而不是一個。&= ~CSTOPB停止位為1。

CSIZE：表示字符長度的位掩碼。在這里設(shè)置為 0，表示使用默認(rèn)的 8 位數(shù)據(jù)位。

CS8：表示使用 8 位數(shù)據(jù)位。

CRTSCTS：啟用硬件流控制，即使用 RTS 和 CTS 狀態(tài)線進行流控制。

在示例程序中，我們將 CLOCAL 和 CREAD 標(biāo)志位置為 1，表示允許本地使用串口，并允許從串口讀取數(shù)據(jù)。我們將 PARENB、CSTOPB 和 CRTSCTS 標(biāo)志位都設(shè)置為 0，表示不啟用奇偶校驗、使用一個停止位和禁用硬件流控制。最后，我們將 CSIZE 標(biāo)志位設(shè)置為 0，然后將 CS8 標(biāo)志位設(shè)置為 1，以表示使用 8 位數(shù)據(jù)位。

3. 讀寫

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read(fd, buf, sizeof(buf)); // 返回接收個數(shù)
write(fd, buf, strlen(buf)); // 返回發(fā)送長度,負(fù)值表示發(fā)送失敗

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4. 關(guān)閉串口

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close(fd);

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完整示例

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int open_port(const char *port)
{
    int fd;
    struct termios options;

    // 打開串口設(shè)備
    fd = open(port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (fd == -1) {
        perror("open_port: Unable to open serial port");
        return -1;
    }

    // 配置串口參數(shù)
    tcgetattr(fd, &options);
    cfsetispeed(&options, B115200);
    cfsetospeed(&options, B115200);
    options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
    options.c_cflag &= ~PARENB;
    options.c_cflag &= ~CSTOPB;
    options.c_cflag &= ~CSIZE;
    options.c_cflag |= CS8;
    options.c_cflag &= ~CRTSCTS;
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

    return fd;
}

int main()
{
    int fd;
    char buf[255];
    int n;

    // 打開串口設(shè)備
    fd = open_port("/dev/ttyUSB0");
    if (fd == -1) {

        printf("open err
");
        exit(1);
    }
    while (1)
    {
        // 讀取串口數(shù)據(jù)
        n = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if (n > 0) {
            printf("Received: %.*s
", n, buf);
        }

        // 發(fā)送串口數(shù)據(jù)
        strcpy(buf, "Hello, world!
");
        n = write(fd, buf, strlen(buf));
        if (n < 0) {
            perror("write failed
");
        }
        usleep(10 * 1000);
    }

    // 關(guān)閉串口設(shè)備
    close(fd);
    printf("close uart
");

    return 0;
}

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方法2：中斷讀取示例

上面給出的串口示例是使用輪詢的方式讀取串口數(shù)據(jù)，這種方式在某些場景下可能會占用大量 CPU 資源。實際上，對于 Linux 系統(tǒng)來說，還可以使用中斷方式接收串口數(shù)據(jù)，這樣可以大大減少 CPU 的占用率，并且能夠更快地響應(yīng)串口數(shù)據(jù)。

要使用中斷方式接收串口數(shù)據(jù)，可以使用 select 函數(shù)來監(jiān)聽串口文件描述符的可讀事件。當(dāng)串口數(shù)據(jù)可讀時，select 函數(shù)將返回，并且可以調(diào)用 read 函數(shù)來讀取串口數(shù)據(jù)。這種方式可以避免輪詢操作，只有在串口數(shù)據(jù)可讀時才會執(zhí)行讀取操作，因此能夠減少 CPU 的占用率。

以下是一個簡單的使用中斷方式接收串口數(shù)據(jù)的示例程序：

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#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    int fd;
    struct termios options;
    fd_set rfds;

    // 打開串口設(shè)備
    fd = open("/dev/ttyUSB0", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 配置串口參數(shù)
    tcgetattr(fd, &options);
    options.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    options.c_iflag = IGNPAR;
    options.c_oflag = 0;
    options.c_lflag = 0;
    options.c_cc[VTIME] = 0;
    options.c_cc[VMIN] = 1;
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

    while (1) {
        // 使用 select 函數(shù)監(jiān)聽串口文件描述符的可讀事件
        FD_ZERO(&rfds);
        FD_SET(fd, &rfds);
        select(fd + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL);

        // 讀取串口數(shù)據(jù)
        char buf[256];
        int n = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if (n > 0) {
            printf("Received data: %.*s
", n, buf);
        }
    }

    // 關(guān)閉串口設(shè)備
    close(fd);

    return 0;
}

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需要注意的是，在使用中斷方式接收串口數(shù)據(jù)時，需要對串口文件描述符設(shè)置為非阻塞模式，以便在 select 函數(shù)返回時立即讀取串口數(shù)據(jù)?？梢允褂?fcntl 函數(shù)來設(shè)置文件描述符的標(biāo)志位，如下所示：

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// 設(shè)置串口文件描述符為非阻塞模式
int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

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方法3：信號的方式接收數(shù)據(jù)

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#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int fd;

void sigio_handler(int sig) {
    char buf[256];
    int n = read(fd, buf, sizeof(buf));
    if (n > 0) {
        printf("Received data: %.*s
", n, buf);
    }
}

int main() {
    struct termios options;
    struct sigaction sa;

    // 打開串口設(shè)備
    fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 配置串口參數(shù)
    tcgetattr(fd, &options);
    options.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    options.c_iflag = IGNPAR;
    options.c_oflag = 0;
    options.c_lflag = 0;
    options.c_cc[VTIME] = 0;
    options.c_cc[VMIN] = 1;
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

    // 設(shè)置串口文件描述符為異步通知模式
    /* 將串口文件描述符設(shè)置為當(dāng)前進程的擁有者，從而接收該文件描述符相關(guān)的信號。*/
    fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); 
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0); // 先獲取當(dāng)前配置, 下面只更改O_ASYNC標(biāo)志
    /* 將串口文件描述符設(shè)置為非阻塞模式，從而允許該文件描述符異步地接收數(shù)據(jù)和信號。*/
    fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_ASYNC);

    // 設(shè)置 SIGIO 信號的處理函數(shù)
    sa.sa_handler = sigio_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    /* 設(shè)置了 SIGIO 信號的處理函數(shù)為 sigio_handler，從而在該信號被觸發(fā)時讀取串口數(shù)據(jù)并進行處理。*/
    sigaction(SIGIO, &sa, NULL);

    while (1) {
        // 等待 SIGIO 信號
        sleep(1);
    }

    // 關(guān)閉串口設(shè)備
    close(fd);

    return 0;
}

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上述代碼中，使用了 fcntl 函數(shù)將串口文件描述符設(shè)置為異步通知模式，并使用 SIGIO 信號來通知程序串口數(shù)據(jù)已經(jīng)可讀。當(dāng)程序接收到 SIGIO 信號時，會調(diào)用 sigio_handler 函數(shù)來讀取并處理串口數(shù)據(jù)。

在這段代碼中，sigemptyset(&sa.sa_mask);的作用是將信號處理函數(shù)在執(zhí)行時要屏蔽的信號集合清空，即將其設(shè)置為空集。

每個進程都有一個信號屏蔽字，它表示了當(dāng)前被阻塞的信號集合。當(dāng)一個信號被阻塞時，它將被加入到信號屏蔽字中，而當(dāng)信號被解除阻塞時，它將被從信號屏蔽字中移除。如果信號處理函數(shù)在執(zhí)行時需要屏蔽其他的信號，則可以使用sigaddset等函數(shù)將需要屏蔽的信號添加到信號屏蔽字中。但是，在本例中，我們需要處理的信號是SIGIO，它通常不需要被屏蔽，因此我們使用sigemptyset函數(shù)將信號屏蔽字清空，以確保在處理SIGIO信號時不會屏蔽任何其他信號。

在Linux系統(tǒng)中，使用sigaction函數(shù)注冊信號處理函數(shù)時，可以設(shè)置一些標(biāo)志來指定信號處理的行為。例如，可以使用SA_RESTART標(biāo)志來指定當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用被信號中斷時自動重啟該系統(tǒng)調(diào)用。在本例中，由于我們并不需要設(shè)置任何標(biāo)志，因此將sa.sa_flags字段設(shè)置為0即可。這表示信號處理函數(shù)不需要任何特殊的行為，只需要按照默認(rèn)的方式處理信號即可。

方法4：使用線程接收串口數(shù)據(jù)：

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#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

void *read_thread(void *arg) {
    int fd = *(int *)arg;
    char buf[256];
    int n;

    while (1) {
        // 讀取串口數(shù)據(jù)
        n = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if (n > 0) {
            printf("Received data: %.*s
", n, buf);
        }
    }

    return NULL;
}

int main() {
    int fd;
    struct termios options;
    pthread_t tid;

    // 打開串口設(shè)備
    fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 配置串口參數(shù)
    tcgetattr(fd, &options);
    options.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    options.c_iflag = IGNPAR;
    options.c_oflag = 0;
    options.c_lflag = 0;
    options.c_cc[VTIME] = 0;
    options.c_cc[VMIN] = 1;
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

    // 創(chuàng)建讀取線程
    if (pthread_create(&tid, NULL, read_thread, &fd) != 0) {
        perror("pthread_create");
        return -1;
    }

    while (1) {
        // 主線程的其他處理邏輯
        sleep(1);
    }

    // 關(guān)閉串口設(shè)備
    close(fd);

    return 0;
}

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上述代碼中，創(chuàng)建了一個讀取線程，不斷讀取串口數(shù)據(jù)并進行處理。主線程可以在讀取線程運行的同時進行其他處理邏輯。