串口属性设置

串口属性设置

上一节的串口基本操作虽然可以进行基本的串口数据收发，但只能使用串口驱动默认的属性（9600，8n1，无流控），而在实际应用中，往往要设置串口属性如波特率、数据位、奇偶校验、停止位等。

接上篇《【Linux公开课】Linux串口编程》！

16.2 串口属性设置

上一节的串口基本操作虽然可以进行基本的串口数据收发，但只能使用串口驱动默认的属性（9600，8n1，无流控），而在实际应用中，往往要设置串口属性如波特率、数据位、奇偶校验、停止位等。

16.2.1 终端属性描述

前面提到过，进行串口编程时需要包含<termios.h>头文件。该文件包含了POSIX终端属性描述结构struct termios，该结构如程序清单16.5所示。

程序清单16.5 termios结构

struct termios {
tcflag_t c_cflag /* 控制标志 */
tcflag_t c_iflag; /* 输入标志 */
tcflag_t c_oflag; /* 输出标志 */
tcflag_t c_lflag; /* 本地标志 */
tcflag_t c_cc[NCCS]; /* 控制字符 */
};

tcflag_t的定义为：

typedef unsigned int tcflag_t;

下面对termios结构各成员进行简单介绍。

1、控制标志

通过termios结构的c_cflag成员可设置串口的波特率、数据位、奇偶校验、停止位以及流控制，详见后续对应部分的描述。

2、输入标志

c_iflag成员负责控制串口输入数据的处理，它的部分可用标志如表16.1所列。

表16.1 c_iflag标志

使用软件流控制是启用IXON、IXOFF和IXANY选项：

options.c_iflag |= (IXON | IXOFF | IXANY);

相反，要禁用软件流控制是禁止上面的选项：

options.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);

3、输出标志

termios结构的c_oflag成员管理输出过滤，它的部分选项标志如表16.2所列。

表16.2 c_oflag标志

• 启用输出处理

启用输出处理需要在c_oflag成员中启用OPOST选项，其操作方法如下：

options.c_oflag |= OPOST;

• 使用原始输出

使用原始输出，就是禁用输出处理，使数据能不经过处理、过滤地完整地输出到串口。当OPOST被禁止，c_oflag其它选项也被忽略，其操作方法如下：

options.c_oflag &= ~OPOST;

4、本地标志

termios结构的c_lflag成员影响驱动程序和用户之间的接口，它的部分可用标志如表16.3所列。

表16.3 c_lflag标志

• 选择规范模式

规范模式是行处理的。调用read读取串口数据时，每次返回一行数据。当选择规范模式时，需要启用ICANON、ECHO和ECHOE选项：

options.c_lflag |= (ICANON | ECHO | ECHOE);

当串口设备作为用户终端时，通常要把串口设备配置成规范模式。

• 选择原始模式

在原始模式下，串口输入数据是不经过处理的，在串口接口接收的数据被完整保留。要使串口设备工作在原始模式，需要关闭ICANON、ECHO、ECHOE和ISIG选项，其操作方法如下：

options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);

5、控制字符组

termios结构的c_cc成员是一个数组，其长度是NCCS，一般介于15-20之间。c_cc数组的每个元素的下标都用一个宏表示，它的部分下标标志名及说明如表16.4所列。

表16.4 c_cc标志

16.2.2 获取和设置终端属性

使用函数tcgetattr()可以获取串口设备的termios结构。该函数原型如下：

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

函数执行成功返回0，串口设备的termios结构由temptr参数返回；若出错则返回-1。

获得termios结构后，可以把串口的属性设置到termios结构中。串口属性设置完成后，可通过tcsetattr()函数把新的属性设置应用到串口中。tcsetattr()函数原型如下：

int tcsetattr(int fd, int opt, const struct termios *termptr);

在串口驱动程序里有输入缓冲区和输出缓冲区。在改变串口属性时，缓冲区可能有数据存在，如何处理缓冲区中的数据，可通过opt参数实现：

• TCSANOW：更改立即发生；

• TCSADRAIN：发送了所有输出后更改才发生，若更改输出参数则应用此选项；

• TCSAFLUSH：发送了所有输出后更改才发生，在更改发生时未读的所有输入数据被删除（Flush）。

上述两函数执行时，若成功则返回0，若出错则返回-1。

16.2.3 设置波特率

串口的波特率分输入波特率和输出波特率，可分别通过cfsetispeed()和cfsetospeed()函数设置。这两个函数原型为：

int cfsetispeed(struct termios *termptr, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termptr, speed_t speed);

这两个函数若执行成功返回0，若出错则返回-1。speed参数为需要设置的波特率，可选择的常量如表16.5所列。

表16.5 波特率常量

通常来说，串口的输入和输出波特率都设置为同一个值，如将波特率设置为115200的代码为：

cfsetispeed(&opt, B115200);
cfsetospeed(&opt, B115200);

程序清单16.6所示的set_baudrate()函数实现了波特率设置操作。该函数将串口输入/输出设置为相同的波特率，使用时只需填写所需波特率即可。

程序清单16.6 set_baudrate()函数

static void set_baudrate (struct termios *opt, unsigned int baudrate)
{
cfsetispeed(opt, baudrate);
cfsetospeed(opt, baudrate);
}

使用set_baudrate()函数设置串口输入/输出波特率为115200的代码为：

set_baudrate(&opt, B115200));

16.2.4 设置数据位

设置串口数据位是在termios结构的c_cflag成员上设置，可用的选项标志如表16.6所列。

表16.6 设置数据位可用的标志选项

设置串口的数据位为8位的代码为：

opt.c_cflag &= ~CSIZE;
opt.c_cflag |= CS8;

在该代码中，把CS8改成CS5、CS6或CS7，分别可以把串口的数据位设置为5位、6位或7位。

程序清单16.7所示的set_data_bit()函数实了串口数据位的设置。

程序清单16.7 set_data_bit函数

static void set_data_bit (struct termios *opt, unsigned int databit)
{
opt->c_cflag &= ~CSIZE;
switch (databit) {
case 8:
opt->c_cflag |= CS8;
break;
case 7:
opt->c_cflag |= CS7;
break;
case 6:
opt->c_cflag |= CS6;
break;
case 5:
opt->c_cflag |= CS5;
break;
default:
opt->c_cflag |= CS8;
break;
}
}

在set_data_bit()函数中，databit参数可以取值为8、7、6、5，分别表示把数据位设置为8位、7位、6位、5位。

使用set_data_bit()函数设置8位数据位的代码如下：

set_data_bit(8)

16.2.5 设置奇偶校验

设置串口的奇偶校验是在termios结构的c_cflag成员上设置，可用的选项标志如表16.7所列。

表16.7 奇偶校验标志

Linux的串口驱动支持无校验（‘N’）、偶校验（‘E’）和奇校验（‘O’）。

• 设置无校验的方法为：

opt->c_cflag &= ~PARENB;

• 设置偶校验的方法为：

opt->c_cflag |= PARENB;
opt->c_cflag &= ~PARODD;

• 设置奇校验的方法为：
  

opt->c_cflag |= PARENB;
opt->c_cflag |= ~PARODD;

程序清单16.8所示的set_parity()函数实现了串口奇偶校验设置。

程序清单16.8 set_parity函数

static void set_parity (struct termios *opt, char parity)
{
switch (parity) {
case 'N': /* 无校验 */
case 'n':
opt->c_cflag &= ~PARENB;
break;
case 'E': /* 偶校验 */
case ‘e‘:
opt->c_cflag |= PARENB;
opt->c_cflag &= ~PARODD;
break;
case 'O': /* 奇校验 */
case ‘o‘:
opt->c_cflag |= PARENB;
opt->c_cflag |= ~PARODD;
break;
default: /* 其它选择为无校验 */
opt->c_cflag &= ~PARENB;
break;
}
}

在set_parity函数中，parity参数可以取值为：‘N’和‘n’（无奇偶校验）、‘E’和‘e’（表示偶校验）、‘O’和‘o’（表示奇校验）。

设置串口为无校验的代码如下：

static void set_parity (&opt, ‘N’);

或

static void set_parity (&opt, ‘n’);

16.2.6 设置停止位

设置串口停止位是在termios对象的c_cflag成员上设置，需要用到的选项标志为CSTOPB（2位停止位，否则为1位）。

例如，设置1位停止位的方法为：

opt->c_cflag &= ~CSTOPB;

程序清单16.9所示的set_stopbit()函数实现串口停止位的设置。

程序清单16.9 set_parity函数

static void set_stopbit (struct termios *opt, const char *stopbit)
{
if (0 == strcmp (stopbit, "1")) {
opt->c_cflag &= ~CSTOPB; /* 1位停止位t */
} else if (0 == strcmp (stopbit, "1.5")) {
opt->c_cflag &= ~CSTOPB; /* 1.5位停止位 */
}else if (0 == strcmp (stopbit, "2")) {
opt->c_cflag |= CSTOPB; /* 2 位停止位 */
}else {
opt->c_cflag &= ~CSTOPB; /* 1 位停止位 */
}
}

在set_stopbit()函数中，stopbit参数可以取值为：“1”（1位停止位）、“1.5”（1.5位停止位）和“2”（2位停止位）。

设置串口为1位停止位的代码如下：

set_stopbit(&opt, "1");

16.2.7 其它设置

调用read()函数读取串口数据时，返回读取数据的数量需要考虑两个变量：MIN和TIME。MIN和TIME在termios结构的c_cc成员的数组下标名为VMIN和VTIME。

MIN是指一次read调用期望返回的最小字节数。VTIME说明等待数据到达的分秒数（秒的1/10为分秒）。TIME与MIN组合使用的具体含义分为以下四种情形：

• 当MIN > 0，TIME > 0时

计时器在收到第一个字节后启动，在计时器超时之前（TIME的时间到），若已收到MIN个字节，则read返回MIN个字节，否则，在计时器超时后返回实际接收到的字节。

注意：因为只有在接收到第一个字节时才开始计时，所以至少可以返回1个字节。这种情形中，在接到第一个字节之前，调用者阻塞。如果在调用read时数据已经可用，则如同在read后数据立即被接到一样。

• 当MIN > 0，TIME = 0时

MIN个字节完整接收后，read才返回，这可能会造成read无限期地阻塞。

• 当MIN = 0, TIME > 0时

TIME为允许等待的最大时间，计时器在调用read时立即启动，在串口接到1字节数据或者计时器超时后即返回，如果是计时器超时，则返回0。

• 当MIN = 0，TIME = 0时

如果有数据可用，则read最多返回所要求的字节数，如果无数据可用，则read立即返回0。

设置TIME为150、MIN为255的方法如下：

opt.c_cc[VTIME] = 150;

opt.c_cc[VMIN] = 255;

16.2.8 串口属性设置函数

程序清单16.10所示的set_port_attr函数实现了串口属性的设置。

程序清单16.10 终端属性设置函数

int set_port_attr (int fd,int baudrate, int databit, const char *stopbit, char parity, int vtime,int vmin )
{
struct termios opt;
tcgetattr(fd, &opt);
set_baudrate(&opt, baudrate);
opt.c_cflag |= CLOCAL | CREAD; /* | CRTSCTS */
set_data_bit(&opt, databit);
set_parity(&opt, parity);
set_stopbit(&opt, stopbit);
opt.c_oflag = 0;
opt.c_lflag |= 0;
opt.c_oflag &= ~OPOST;
opt.c_cc[VTIME] = vtime;
opt.c_cc[VMIN] = vmin;
tcflush (fd, TCIFLUSH);
return (tcsetattr (fd, TCSANOW, &opt));
}

set_port_attr函数调用成功时，返回0；调用失败时，返回-1。

设置串口属性为“115200、8n1”的代码如下：

ret = set_port_attr (fd, B115200, 8, "1", 'N', 150, 255 );
if(ret < 0) {
printf("set uart arrt faile \n");
exit(-1);
}

16.2.9 串口范例2

程序清单16.11所示代码可以设置串口属性后，作数据收发操作。在该代码中，程序在打开串口设备后，把串口属性设置为“115200 8n1”；然后在串口发送“hello ZLG!”的字符串，然后准备接收字符串；在接收了字符串之后，把接收的字符打印出来。

程序清单16.11 串口操作示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <asm/termios.h>
#include "serial.h"
#define DEV_NAME "/dev/ttyS1"
int main (int argc, char *argv[])
{
int fd;
int len, i,ret;
char buf[] = "hello ZLG!";
fd = open(DEV_NAME, O_RDWR | O_NOCTTY);
if(fd < 0) {
perror(DEV_NAME);
return -1;
}
ret = set_port_attr (fd, B115200, 8, "1", 'N',150,255 ); /* 115200 8n1 */
if(ret < 0) {
printf("set uart arrt faile \n");
exit(-1);
}
len = write(fd, buf, sizeof(buf)); /* 向串口发送字符串 */
if (len < 0) {
printf("write data error \n");
return -1;
}
len = read(fd, buf, sizeof(buf)); /* 在串口读取字符串 */
if (len < 0) {
printf("read error \n");
return -1;
}
printf("%s \n", buf); /* 打印在串口读取的字符串 */
return(0);
}

串口范例2代码可用的测试方法如下：

1、把示例代码在Linux主机上作本地编译，生成test_uart_2程序文件；

2、使用另外一台Windows电脑和Linux主机建立串口连接；

3、在Windows电脑打开串口助手软件，设置串口属性为“15200，8n1,无流控”；

4、在Linux主机运行test_uart_2程序：

[email protected]:~/uart_test$ sudo ./test_uart_2

这时串口助手软件接收到“hello ZLG!”字符串，如图16.4所示。

图16.4 test_uart_2程序发送数据成功

5、在串口助手的发送“hello ZLG!”的字符串；

这时Linux主机的test_uart_2程序打印从串口接收的字符串如图16.5所示。

图16.5 test_uart_2接收数据成功