Linux串口编程（中断方式和select方式）

Linux下的串口编程，在嵌入式开发中占据着重要的地位，因为很多的嵌入式设备都是通过串口交换数据的。在没有操作系统的我们可以使用UART的中断来出来数据的接受和发送，而在Linux操作系统下，我们也可以使用软中断的方式来处理数据的接受和发送，这里主要使用的是信号SIGIO，也就是异步I/O。这里也可以使用select实现异步形式的通知。  这里可以参考《UNIX 环境高级编程》中的第14章 高级I/O和第18章的I/O终端，这两章描述了串口的编程和异步I/O方面的内容。还有一本书《linux serial programming how-to》，《Serial Programming Guide for POSIX Operating Systems》。这都是串口编程的必读和经典书籍。

串口参数的设置一般包括波特率、起始位数量、数据位、停止位和流控协议。在接收端和发送端要配置成一样的参数设置。在Linux中，所有的设备文件一般都位于“/dev”下，其中串口一、串口二对应的设备名依次为“/dev/ttyS0”、"/dev/ttyS1"。这可以通过查看"/dev"下的文件加以确认。我的串口通信是开发板ARM9--mini2440发送数据，PC机通过串口接受数据。我的串口的参数设置为 115200，8，‘N’，1。也就是波特率是115200，8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位。因为是用的开发板发送数据，所以要用到在minicom中运行发送的程序，不过在发送程序运行后，要立即关闭minicom，否则，接受程序不能接受到数据。这个是我使用中断时出现的问题，当我使用select是没有此问题，现在还不知道具体的原因是什么。

串口编程中有一个最重要的结构体：

struct termios
{
tcflag_t c_iflag; /* 输入选项标志 */
tcflag_t c_oflag; /* 输出选项标志 */
tcflag_t c_cflag; /* 控制选项标志 */
tcflag_t c_lflag; /* 本地选项标志 */

unsigned char c_line /*线控制*/
cc_t c_cc[NCCS]; /* 控制特性 */
};


这个结构中最重要的是c_cflag。通过对它的赋值，用户可以设置波特率、字符大小、数据位、停止位、奇偶校验位和硬件流控等。其中的参数在网上和很多的书籍上都介绍的很详细了，这里主要介绍一下我在其中遇到的问题和解决的办法，以供学习。其中的c_line，在POSIX中的Linux中没有用到。

在c_lflag中有这么一个参数ICANON，如若设置，则按规范模式工作，这使下列字符起作用：EOF、EOL EOL2、 ERASE、 KILL、 REPRINT 、STATUS、WERASE。输入字符被装配成行。如果不以规范模式工作，则读请求直接从输入队列取字符。在至少接收到MIN个字节或已超过TIME值之前，read将不返回。

在规范模式很容易：系统每次返回一行。但在非规范模式下，系统怎样才能知道在什么时候将数据返回给我们呢？如果它一次返回一个字节，那么系统开销就很大。解决方法是：当已读了指定量的数据后，或者已经过了给定的时间后，即通知系统返回。这种技术使用了termios结构中c_cc数组的两个变量：MIN和TIME。C_cc数据中的这两个元素的下标名为VMIN和VTIME。MIN说明一个read返回前的最小字节数。TIME说明等待数据到达的分秒数。

需要包括的头文件是：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
#include <stdlib.h>
#include "Set_Uart.c"


其中的“Set_Uart.c”是我设置串口的模式和打开串口的文件。模式的设置就是按上面说的进行设置。

下面是发送数据，写串口的程序，

int main(void)
{
  int fd;
  int nwrite,i;
  char buff[] = "Hello world!\n";
  fd = 0;
  /*打开串口*/
  if((fd = open_port(fd,0)) < 0) //在我的Set_Uart.c文件中定义。

{
    perror("open_port error!\n");
    return (-1);
  }
  /*设置串口*/
  if((i = set_opt(fd,115200,8,'N',1)) < 0) //在Set_Uart.c文件中定义

{
    perror("set_opt error!\n");
    return (-1);
  }
  printf("fd =%d\n",fd);
  /*向串口写入字符串*/
sleep(10);  
  nwrite = write(fd,buff,strlen(buff));
sleep(10);
  printf("nwrite = %d\n",nwrite);
  close(fd);
  return (1);
}


把该文件进行交叉编译后下载到开发板，进行运行./Write_Uart。

下面是中断读取数据的main函数。Read_Uart_IRQ.c
当使用中断方式的读取数据时，要先运行开发板上的Write_Uart.c文件，然后，立即关闭，再在PC上运行读取数据的
Read_Uart_IRQ.c文件。所以，在Write_Uart.c中,在使用write（）函数向UART写数据之间加入一小段的延时。这样便于关
闭minicom，如果在两台PC上进行测试的话，应该不存在此问题。

int main(void)
{
  int fd,res,i;
  struct sigaction saio; /*definition of signal axtion */
  char buf[255];
  fd_set rd;
  fd = 0;
  /*打开串口*/
  if((fd = open_port(fd,1))<0)
  {
    perror("open_port error!\n");
    return (-1);
  }
  /* install the signal handle before making the device asynchronous*/
  saio.sa_handler = signal_handler_IO;
  sigemptyset(&saio.sa_mask);
  //saio.sa_mask = 0; 必须用sigemptyset函数初始话act结构的sa_mask成员

saio.sa_flags = 0;
  saio.sa_restorer = NULL;
  sigaction(SIGIO,&saio,NULL);

/* allow the process to recevie SIGIO*/
  fcntl(fd,F_SETOWN,getpid());
  /* Make the file descriptor asynchronous*/
  fcntl(fd,F_SETFL,FASYNC);
  
  /*设置串口*/
  if((i= set_opt(fd,115200,8,'N',1))<0)
  {
    perror("set_opt error!\n");
    return (-1);
  }
  /* loop while waiting for input,normally we would do something useful here*/
  while(STOP == FALSE)
  {
    usleep(100000);
    /* after receving SIGIO ,wait_flag = FALSE,input is availabe and can be read*/
    if(wait_flag == FALSE)
    {
          memset(buf,0,255);
      res = read(fd,buf,255);
       printf("nread=%d,%s\n",res,buf);
      if(res == 1)
        STOP = TRUE; /*stop loop if only a CR was input */
       wait_flag = TRUE; /*wait for new input*/
    }
  }
  close(fd);
  return 0; 
}
/******************************************
 信号处理函数，设备wait_flag=FASLE
 ******************************************************/
void signal_handler_IO(int status)
{
   printf("received SIGIO signale.\n");
  wait_flag = FALSE; 
}


下面是select方式的读取数据的main函数。Read_Uart.c

int main(void)
{
  int fd;
  int nread,nwrite,i;
  char buff[8];
  fd_set rd;
  fd = 0;
  /*打开串口*/
  if((fd = open_port(fd,1)) < 0)
  {
    perror("open_port error!\n");
    return ;
  }
  /*设置串口*/
  if((i= set_opt(fd,115200,8,'N',1)) < 0)
  {
    perror("set_opt error!\n");
    return (-1);
  }
  /*利用select函数来实现多个串口的读写*/
while(1)
{
  FD_ZERO(&rd);
  FD_SET(fd,&rd);
  while(FD_ISSET(fd,&rd))
  {
    if(select(fd+1,&rd,NULL,NULL,NULL) < 0)
      perror("select error!\n");
    else
    {
      while((nread = read(fd,buff,8))>0)
      {
        printf("nread = %d,%s\n",nread,buff);
     printf("nread = %d,%s\n",nread,buff);
      }
    }
  }
}
close(fd);
    return ;
}


下面是运行的结果，PC机收到的开发板发送过来的数据。

./Read_Uart_IRQ
fcntl = 0
isatty success !
fd-open=3
set
received SIGIO signale.
nread=13,Hello


其中串口中的一些重要的设备如下;

/*设置等待时间它最小接收字符*/
  newtio.c_cc[VTIME] = 1;
  newtio.c_cc[VMIN] = 0;
  newtio.c_lflag &= ~( ECHO | ECHOE | ISIG);
  newtio.c_lflag |=ICANON; //关闭ICANON标志就使终端处于非规范模式 现在处于打开 处于规范模式下
  newtio.c_oflag &= ~OPOST; //执行输出处理 现在就关闭状态
  newtio.c_iflag |= (IGNPAR | ICRNL); //忽略奇偶校验错误 将CR 映射成NL


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