串口本身，標(biāo)準(zhǔn)和硬件 ?

串口是計(jì)算機(jī)上的串行通訊的物理接口。計(jì)算機(jī)歷史上，串口曾經(jīng)被廣泛用于連接計(jì)算機(jī)和終端設(shè)備和各種外部設(shè)備。雖然以太網(wǎng)接口和USB接口也是以一個(gè)串行流進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的，但是串口連接通常特指那些與RS-232標(biāo)準(zhǔn)兼容的硬件或者調(diào)制解調(diào)器的接口。雖然現(xiàn)在在很多個(gè)人計(jì)算機(jī)上，原來用以連接外部設(shè)備的串口已經(jīng)廣泛的被USB和Firewire替代；而原來用以連接網(wǎng)絡(luò)的串口則被以太網(wǎng)替代，還有用以連接終端的串口設(shè)備則已經(jīng)被MDA或者VGA取而代之。但是，一方面因?yàn)榇诒旧碓靸r(jià)便宜技術(shù)成熟，另一方面因?yàn)榇诘目刂婆_(tái)功能RS-232標(biāo)準(zhǔn)高度標(biāo)準(zhǔn)化并且非常普及，所以直到現(xiàn)在它仍然被廣泛應(yīng)用到各種設(shè)備上。某些計(jì)算機(jī)使用一個(gè)叫做UART的集成電路來作為串口設(shè)備。這個(gè)集成電路可以進(jìn)行字符和異步串行通訊序列之間的轉(zhuǎn)換，并且可以自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的時(shí)序。而某些低端設(shè)備則會(huì)讓CPU直接通過輸出針來傳送數(shù)據(jù)，這種技術(shù)叫做bit-banging。因?yàn)椤按凇保琑S-232和UARTs基本上總是在同一個(gè)語境中出現(xiàn)，所以這些名詞通常會(huì)被搞混。下面逐一解釋以下一些重要的名詞和術(shù)語。

什么是串行通信 ?

計(jì)算機(jī)可以每次傳送一個(gè)或者多個(gè)位(bit)的數(shù)據(jù)?！按小敝傅氖矫看沃粋鬏斠晃?1bit)數(shù)據(jù)。當(dāng)需要通過串行通訊傳輸一個(gè)字(word)的數(shù)據(jù)時(shí)，只能以每次一位的方式接收或者發(fā)送。每個(gè)位可能是on(1)或者off(0)。很多技術(shù)術(shù)語中經(jīng)常用mark表示on，而space表示off。

串行數(shù)據(jù)的速度通常用每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)bits-per-second(bps)或者波特率(baud)表示。這個(gè)值表示的是每秒鐘被送出的0和1 的個(gè)數(shù)。很久很久以前，300bps就是很快的速度了，而現(xiàn)在的電腦可以處理高達(dá)430,800的RS-232速率。表示波特率的單位還有kpbs和 Mbps，1kps=1000bps而1Mbps=1000kbps。一般有人提到串行設(shè)備的時(shí)候，它通常說可能是某種數(shù)據(jù)通訊設(shè)備-DCE(Data Communications Equipment)或者數(shù)據(jù)終端設(shè)備-DTE(Data Terminal Equipment)。它們之間的區(qū)別非常簡(jiǎn)單，每個(gè)信號(hào)對(duì)，比如傳送和接收，它們倆正好是相反的。如果需要將兩個(gè)DTE或者DCE設(shè)備連接起來的話，需要適配器或者交叉線纜將信號(hào)對(duì)交換。

什么是RS-232 ?

RS-232是EIA(Electronic Industries Association)定義的串行通信的電器接口。RS-232事實(shí)上有三種(A,B和C)，它們分別采用不同的電壓來表示on和off。最被廣泛使用的是RS-232C，它將mark(on)比特的電壓定義為-3V到-12V之間，而將space(off)的電壓定義到+3V到+12V之間。雖然 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)說信號(hào)最遠(yuǎn)被傳輸8m，但事實(shí)上你可以使用它傳輸更長(zhǎng)的距離，直到信號(hào)波特率已經(jīng)小到不行了為止。 RS-232的連結(jié)線中除去用來傳入傳出數(shù)據(jù)的電線，還有一些用來提供時(shí)序，狀態(tài)和握手的電線：

RS-232 針腳定義

DB-25

DB-9

另外兩個(gè)比較常見的串行接口的標(biāo)準(zhǔn)式RS-422和RS-574。RS-422使用更低的電壓和差分信號(hào)，這樣可以將傳輸距離擴(kuò)張到300m。而RS-574定義了通?？梢砸姷降挠迷陔娔X上的9針連接器和電壓。

信號(hào)定義 ?

RS-232標(biāo)準(zhǔn)定義了18個(gè)不同的串行通信的信號(hào)。而這些之中，僅僅有如下6個(gè)可以在UNIX環(huán)境中使用。

• GND - Logic Ground

  從技術(shù)角度講，GND不能算是信號(hào)。但是沒有它其他信號(hào)都不能用了?；旧?，logic ground有點(diǎn)像一個(gè)參考電壓，通過它來判斷哪個(gè)電壓表示正哪個(gè)電壓表示負(fù)。

• TXD - Transmitted Data

  TXD信號(hào)負(fù)載著從你的電腦或者設(shè)備到另一端(比如調(diào)制解調(diào)器)的數(shù)據(jù)。Mark范圍的電壓被解析成1，而space范圍電壓被解析成0。

• RXD - Received Data

  RXD于TXD正好相反。它負(fù)載著從另一端的電腦或者設(shè)備上傳到你的工作站的數(shù)據(jù)。Mark和space的解析方法于TXD一致。

• DCD - Data Carrier Detect

  DCD信號(hào)通常來自串口連結(jié)線的另一端。這條信號(hào)線上的space電壓表示另一端的電腦或者設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)連接。但是，DCD信號(hào)線卻不是總可以得到的，有些設(shè)備上有這條信號(hào)線，而有的則沒有。

• DTR - Data Terminal Ready

  DTR信號(hào)是你的工作站產(chǎn)生的，用以告訴另一端的電腦或者設(shè)備你已經(jīng)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好了。Space電壓表示準(zhǔn)備好了，而mark電壓表示沒有準(zhǔn)備好。當(dāng)你在工作站上打開串行接口時(shí)，DTR通常自動(dòng)被設(shè)置位有效。

• CTS - Clear To Send

  CTS則通常來自連結(jié)線的另一端。Space電壓表示你可以從工作站送出更多的數(shù)據(jù)。CTS通常用來協(xié)調(diào)你的工作站和另一端之間的串行數(shù)據(jù)流。

• RTS - Request To Send

  如果RTS信號(hào)被設(shè)置成space電壓，這表示你準(zhǔn)備好了一些數(shù)據(jù)需要傳送。和CTS一樣，RTS也被用來協(xié)調(diào)工作站和另一端的電腦或者設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流。有些工作站上會(huì)一直將這個(gè)信號(hào)設(shè)置位space。

異步通訊 ?

計(jì)算機(jī)為了弄懂傳給它的串行數(shù)據(jù)，它需要確定每個(gè)字符開始和結(jié)束的位置。這通常是用異步串行數(shù)據(jù)來完成的。

在異步模式中，除非有字符被傳輸，否則串行數(shù)據(jù)線總是處于mark(1)狀態(tài)。有一個(gè)start位會(huì)被加入傳輸字符的各個(gè)位之前，在字符本身的位之后會(huì)有一個(gè)可選的parity位和一個(gè)或者多個(gè)stop位。Start位總是space(0)并且它會(huì)告訴計(jì)算機(jī)新的串行數(shù)據(jù)過來了。數(shù)據(jù)可以隨時(shí)被送出或者接收，這就是所謂的異步。

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那個(gè)可選的parity位僅僅是所有傳輸位的和，這個(gè)和用以表示傳輸字符中有奇數(shù)個(gè)1還是偶數(shù)個(gè)1。在偶數(shù)parity中，如果有傳輸字符中有偶數(shù)個(gè)1，那么parity位被設(shè)置成0，而傳輸字符中有奇數(shù)個(gè)1，那么parity位被設(shè)置成1。在奇數(shù)parity中，位設(shè)置與此相反。還有一些術(shù)語，比如space parity, mark parity和no parity。Space parity是指parity位會(huì)一直被設(shè)置位0，而mark parity正好與此相反，parity會(huì)一直是1。No parity的意思就是根本不會(huì)傳輸parity位。剩余的位叫做stop位。傳輸字符之間可以有1個(gè),1.5個(gè)或者2個(gè)stop位，而且，它們的值總是1。傳統(tǒng)上，Stop位式用給計(jì)算機(jī)一些時(shí)間處理前面的字符的，但是它只是被用來同步接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)和接受的字符。異步數(shù)據(jù)通常被表示成"8N1"，"7E1"，或者與此類似的形式。這表示“8數(shù)據(jù)位，no parity和1個(gè)stop bit”，還有相應(yīng)得，“7數(shù)據(jù)位，even parity和1個(gè)stop bit”。

什么是全雙工和半雙工 ?

全雙工(Full duplex)是說計(jì)算機(jī)可以同時(shí)接受和發(fā)送數(shù)據(jù)——也就是它有兩個(gè)分開的數(shù)據(jù)傳輸通道(一個(gè)傳入，一個(gè)傳出)。

半雙工(Half duplex)表示計(jì)算機(jī)不能同時(shí)接受和發(fā)送數(shù)據(jù)，而在某一時(shí)刻它只能單一的傳送或者接收。這通常意味著，它只有一個(gè)數(shù)據(jù)通道。半雙工并不是說RS-232的某些信號(hào)不能使用，而是，它通常是使用了有別于RS-232的其他不支持全雙工的標(biāo)準(zhǔn)。

什么是流控制 ?

兩個(gè)串行接口之間的傳輸數(shù)據(jù)流通常需要協(xié)調(diào)一致才行。這可能是由于用以通信的某個(gè)串行接口或者某些存儲(chǔ)介質(zhì)的中間串行通信鏈路的限制造成的。對(duì)于異步數(shù)據(jù)這里有兩個(gè)方法做到這一點(diǎn)。

第一種方法通常被叫做“軟件”流控制。這種方法采用特殊字符來開始(XON，DC1，八進(jìn)制數(shù)021)或者結(jié)束(XOFF，DC3或者八進(jìn)制數(shù) 023)數(shù)據(jù)流。而這些字符都在ASCII中定義好了。雖然這些編碼對(duì)于傳輸文本信息非常有用，但是它們卻不能被用于在特殊程序中的其他類型的信息。

第二種方法叫做“硬件”流控制。這種方法使用RS-232標(biāo)準(zhǔn)的CTS和RTS信號(hào)來取代之前提到的特殊字符。當(dāng)準(zhǔn)備就緒時(shí)，接受一方會(huì)將CTS信號(hào)設(shè)置成為space電壓，而尚未準(zhǔn)備就緒時(shí)它會(huì)被設(shè)置成為mark電壓。相應(yīng)得，發(fā)送方會(huì)在準(zhǔn)備就緒的情況下將RTS設(shè)置成space電壓。正因?yàn)橛布骺刂剖褂昧擞跀?shù)據(jù)分隔的信號(hào)，所以與需要傳輸特殊字符的軟件流控制相比它的速度很快。但是，并不是所有的硬件和操作系統(tǒng)都支持CTS/RTS流控制。

什么是BREAK ?

通常，直到有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，接收和傳輸信號(hào)會(huì)保持在mark電壓。如果一個(gè)信號(hào)掉到space電壓并且持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間，一般來說是1/4到1/2秒，那么就說有一個(gè)break條件存在了。

BREAK經(jīng)常被用來重置一條數(shù)據(jù)線或者用來改變像調(diào)制解調(diào)器這樣的設(shè)備的通訊模式。

同步通訊 ?

與異步數(shù)據(jù)不同，同步數(shù)據(jù)是一個(gè)穩(wěn)定的字節(jié)流。為了能夠在線路上讀取到數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)必須提供或者接受一個(gè)時(shí)鐘，這樣才能保證發(fā)送端和接收端同步。盡管已經(jīng)有同步時(shí)鐘，計(jì)算機(jī)還是必須以某種方式標(biāo)志數(shù)據(jù)流的開端。做這件事情最常見的辦法就是使用像Serial Data Link Control("SDLC")或者High-Speed Data Link Control("HDLC")這樣的數(shù)據(jù)包通訊協(xié)議。

這些協(xié)議每個(gè)都定義了一個(gè)確定的比特序列來表示數(shù)據(jù)包的開始和結(jié)束。當(dāng)然，它們也定義了一個(gè)用來表示沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋忍匦蛄小＿@些比特序列可以幫助計(jì)算機(jī)識(shí)別數(shù)據(jù)包的開端。

因?yàn)橥絽f(xié)議可以不使用每個(gè)字符的同步比特位，所以通常它們的性能比異步通訊快最少25%，而且一般比較適用于遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)鏈接或者有兩個(gè)串口接口的配置的情況。盡管同步通訊的速度有優(yōu)勢(shì)，大部分RS-232硬件卻不支持它，因?yàn)橥酵ㄓ嵭枰渌挠布蛙浖?/p>

用戶看到的串口和用戶空間的串口編程 ?

和其他設(shè)備一樣，Linux也是通過設(shè)備文件來提供訪問串口的功能。當(dāng)需要訪問串口的時(shí)候，你只需要open相應(yīng)的文件。

串口的設(shè)備文件 ?

Linux系統(tǒng)上一般有一個(gè)或者多個(gè)串口，而這些串口設(shè)備文件名字比較奇怪，如比下面這樣

串口設(shè)備文件名

打開串口 ?

因?yàn)榇诤推渌O(shè)備一樣，在類Unix系統(tǒng)中都是以設(shè)備文件的形式存在的，所以，理所當(dāng)然得你可以使用open(2)系統(tǒng)調(diào)用/函數(shù)來訪問它。但 Linux系統(tǒng)中卻有一個(gè)稍微不方便的地方，那就是普通用戶一般不能直接訪問設(shè)備文件。你可以選擇以下方式做一些調(diào)整，以便你編寫的程序可以訪問串口。

• 改變?cè)O(shè)備文件的訪問權(quán)限設(shè)置 [#cd9bd1e0]
• 以root超級(jí)用戶的身份運(yùn)行程序 [#kdd0e577]
• 將你的程序編寫位setuid程序，以串口設(shè)備所有者的身份運(yùn)行程序 [#s7b703ff]

OK.假如你已經(jīng)準(zhǔn)備好了讓串口設(shè)備文件可以被所有用戶訪問，你可以在Linux系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)一下下面這個(gè)程序，它可以打開計(jì)算機(jī)的串口1。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h> /* File control definitions */
#include <errno.h>
#include <termios.h> /* POSIX terminal control definitions */

/*
 * 'open_port()' - Open serial port 1
 * Returns the file descriptor on success or -1 on error.
 */

int open_port(void)
{
	int fd; /* File descriptor for the port */

	fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
	if (fd == -1)
	{
		/*
		 * Could not open the port.
		 */
		perror("open_port: Unable to open /dev/ttyS0 -");
	}
	else
	{
		fcntl(fd, F_SETFL, 0);
		return (fd);
	}
}

打開文件的選項(xiàng) ?

打開串口連接的時(shí)候，程序在open函數(shù)中除了Read+Write模式以外還指定了兩個(gè)選項(xiàng)；

fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);

標(biāo)志O_NOCTTY可以告訴UNIX這個(gè)程序不會(huì)成為這個(gè)端口上的“控制終端”。如果不這樣做的話，所有的輸入，比如鍵盤上過來的Ctrl+C中止信號(hào)等等，會(huì)影響到你的進(jìn)程。而有些程序比如getty(1M/8)則會(huì)在打開登錄進(jìn)程的時(shí)候使用這個(gè)特性，但是通常情況下，用戶程序不會(huì)使用這個(gè)行為。

O_NDELAY標(biāo)志則是告訴UNIX，這個(gè)程序并不關(guān)心DCD信號(hào)線的狀態(tài)——也就是不關(guān)心端口另一端是否已經(jīng)連接。如果不指定這個(gè)標(biāo)志的話，除非DCD信號(hào)線上有space電壓否則這個(gè)程序會(huì)一直睡眠。

給端口上寫數(shù)據(jù) ?

給端口上寫入數(shù)據(jù)也很簡(jiǎn)單，使用write(2)系統(tǒng)調(diào)用就可以發(fā)送數(shù)據(jù)了：

n = write(fd, "ATZ\r", 4);
if (n < 0)
        fputs("write() of 4 bytes failed!\n", stderr);

和寫入其他設(shè)備文件的方式相同，write函數(shù)也會(huì)返回發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)或者在發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候返回-1。通常，發(fā)送數(shù)據(jù)最常見的錯(cuò)誤就是EIO，當(dāng)調(diào)制解調(diào)器或者數(shù)據(jù)鏈路將Data Carrier Detect(DCD)信號(hào)線弄掉了，就會(huì)發(fā)生這個(gè)錯(cuò)誤。而且，直至關(guān)閉端口這個(gè)情況會(huì)一直持續(xù)。

從端口上讀取數(shù)據(jù) ?

從串口上讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候就得?；ㄕ辛?。因?yàn)?，如果你在原?shù)據(jù)模式(raw data mode)操作端口的話，每個(gè)read(2)系統(tǒng)調(diào)用都會(huì)返回從串口輸入緩沖區(qū)中實(shí)際得到的字符的個(gè)數(shù)。在不能得到數(shù)據(jù)的情況下，read(2)系統(tǒng)調(diào)用就會(huì)一直等著，只到有端口上新的字符可以讀取或者發(fā)生超時(shí)或者錯(cuò)誤的情況發(fā)生。如果需要read(2)函數(shù)迅速返回的話，你可以使用下面這個(gè)方式：

fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);

標(biāo)志FNDELAY可以保證read(2)函數(shù)在端口上讀不到字符的時(shí)候返回0。需要回到正常（阻塞）模式的時(shí)候，需要再次在不帶FNDELAY標(biāo)志的情況下調(diào)用fcntl(2)函數(shù)：

fcntl(fd, F_SETFL, 0);

當(dāng)然，如果你最初就是以O(shè)_NDELAY標(biāo)志打開串口的，你也可在之后使用這個(gè)方法改變讀取的行為方式。

關(guān)閉串口 ?

可以使用close(2)系統(tǒng)調(diào)用關(guān)閉串口：

close(fd);

關(guān)閉串口會(huì)將DTR信號(hào)線設(shè)置成low，這會(huì)導(dǎo)致很多調(diào)制解調(diào)器掛起。

配置串口 ?

POSIX終端接口 ?

很多系統(tǒng)都支持POSIX終端（串口）接口。程序可以利用這個(gè)接口來改變終端的參數(shù)，比如，波特率，字符大小等等。要使用這個(gè)端口的話，你必須將<termios.h>頭文件包含到你的程序中。這個(gè)頭文件中定義了終端控制結(jié)構(gòu)體和POSIX控制函數(shù)。

與串口操作相關(guān)的最重要的兩個(gè)POSIX函數(shù)可能就是tcgetattr(3)和tcsetattr(3)。顧名思義，這兩個(gè)函數(shù)分別用來取得設(shè)設(shè)置終端的屬性。調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)的時(shí)候，你需要提供一個(gè)包含著所有串口選項(xiàng)的termios結(jié)構(gòu)體：

termios結(jié)構(gòu)體成員

控制選項(xiàng) ?

通過termios結(jié)構(gòu)體的c_cflag成員可以控制波特率，數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)，parity，停止位和硬件流控制。下面這張表列出了所有可以使用的常數(shù)。

c_cflag常數(shù)

在傳統(tǒng)的POSIX編程中，當(dāng)連接一個(gè)本地的（不通過調(diào)制解調(diào)器）或者遠(yuǎn)程的終端（通過調(diào)制解調(diào)器）時(shí)，這里有兩個(gè)選項(xiàng)應(yīng)當(dāng)一直打開，一個(gè)是 CLOCAL，另一個(gè)是CREAD。這兩個(gè)選項(xiàng)可以保證你的程序不會(huì)變成端口的所有者，而端口所有者必須去處理發(fā)散性作業(yè)控制和掛斷信號(hào)，同時(shí)還保證了串行接口驅(qū)動(dòng)會(huì)讀取過來的數(shù)據(jù)字節(jié)。

波特率常數(shù)(CBAUD,B9600等等)通常指用到那些不支持c_ispeed和c_ospeed成員的舊的接口上。后面文章將會(huì)提到如何使用其他POSIX函數(shù)來設(shè)置波特率。

千萬不要直接用使用數(shù)字來初始化c_cflag（當(dāng)然還有其他標(biāo)志），最好的方法是使用位運(yùn)算的與或非組合來設(shè)置或者清除這個(gè)標(biāo)志。不同的操作系統(tǒng)版本會(huì)使用不同的位模式，使用常數(shù)定義和位運(yùn)算組合來避免重復(fù)工作從而提高程序的可移植性。

設(shè)置波特率 ?

不同的操作系統(tǒng)會(huì)將波特率存儲(chǔ)在不同的位置。舊的編程接口將波特率存儲(chǔ)在上表所示的c_cflag成員中，而新的接口實(shí)裝則提供了c_ispeed和c_ospeed成員來保存實(shí)際波特率的值。

程序中可是使用cfsetospeed(3)和cfsetispeed(3)函數(shù)在termios結(jié)構(gòu)體中設(shè)置波特率而不用去管底層操作系統(tǒng)接口。下面的代碼是個(gè)非常典型的設(shè)置波特率的例子。

struct termios options;

/*
 * Get the current options for the port...
 */
tcgetattr(fd, &options);

/*
 * Set the baud rates to 19200...
 */
cfsetispeed(&options, B19200);
cfsetospeed(&options, B19200);

/*
 * Enable the receiver and set local mode...
 */
options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);

/*
 * Set the new options for the port...
 */
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

函數(shù)tcgetattr(3)會(huì)將當(dāng)前串口配置回填到termio結(jié)構(gòu)體option中。然后，程序設(shè)置了輸入輸出的波特率并且將本地模式 (CLOCAL)和串行數(shù)據(jù)接收(CREAD)設(shè)置為有效，接著將新的配置作為參數(shù)傳遞給函數(shù)tcsetattr(3)。常量TCSANOW標(biāo)志所有改變必須立刻生效而不用等到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。其他另一些常數(shù)可以保證等待數(shù)據(jù)結(jié)束或者刷新輸入輸出之后再生效。

tcsetattr常量

不同的系統(tǒng)上可能支持不同的輸入輸出速度，所以，通過串口連接兩臺(tái)機(jī)器或者設(shè)備的時(shí)候，應(yīng)該將波特率設(shè)置成兩者中較小的那個(gè)，即MIN(speed1, speed2)。

設(shè)置字符大小 ?

設(shè)置字符大小的時(shí)候，這里卻沒有像設(shè)置波特率那么方便的函數(shù)。所以，程序中需要一些位掩碼運(yùn)算來把事情搞定。字符大小以比特為單位指定：

options.c_flag &= ~CSIZE; /* Mask the character size bits */
options.c_flag |= CS8;    /* Select 8 data bits */

設(shè)置奇偶校驗(yàn) ?

與設(shè)置字符大小的方式差不多，這里仍然需要組合一些位掩碼來將奇偶校驗(yàn)設(shè)為有效和奇偶校驗(yàn)的類型。UNIX串口驅(qū)動(dòng)可以生成even，odd和no parity位碼。設(shè)置space奇偶校驗(yàn)需要耍點(diǎn)小手段。

• No parity (8N1)

options.c_cflag &= ~PARENB
options.c_cflag &= ~CSTOPB
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS8;

• Even parity (7E1)

options.c_cflag |= PARENB
options.c_cflag &= ~PARODD
options.c_cflag &= ~CSTOPB
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS7;

• Odd parity (7O1)

options.c_cflag |= PARENB
options.c_cflag |= PARODD
options.c_cflag &= ~CSTOPB
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS7;

• Space parity is setup the same as no parity (7S1)

options.c_cflag &= ~PARENB
options.c_cflag &= ~CSTOPB
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS8;

設(shè)置硬件流控制 ?

某些版本的UNIX系統(tǒng)支持通過CTS(Clear To Send)和RTS(Request To Send)信號(hào)線來設(shè)置硬件流控制。如果系統(tǒng)上定義了CNEW_RTSCTS和CRTSCTS常量，那么很可能它會(huì)支持硬件流控制。使用下面的方法將硬件流控制設(shè)置成有效：

options.c_cflag |= CNEW_RTSCTS;    /* Also called CRTSCTS

將它設(shè)置成為無效的方法與此類似：

options.c_cflag &= ~CNEW_RTSCTS;

本地設(shè)置 ?

本地模式成員變量c_lflag可以控制串口驅(qū)動(dòng)怎樣控制輸入字符。通常，你可能需要通過c_lflag成員來設(shè)置經(jīng)典輸入和原始輸入模式。

成員變量c_lflag可以使用的常量

選擇經(jīng)典輸入 ?

經(jīng)典輸入是以面向行設(shè)計(jì)的。在經(jīng)典輸入模式中輸入字符會(huì)被放入一個(gè)緩沖之中，這樣可以以與用戶交互的方式編輯緩沖的內(nèi)容，直到收到CR(carriage return)或者LF(line feed)字符。

選擇使用經(jīng)典輸入模式的時(shí)候，你通常需要選擇ICANON，ECHO和ECHOE選項(xiàng)：

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

選擇原始輸入 ?

原始輸入根本不會(huì)被處理。輸入字符只是被原封不動(dòng)的接收。一般情況中，如果要使用原始輸入模式，程序中需要去掉ICANON，ECHO，ECHOE和ISIG選項(xiàng)：

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

輸入選項(xiàng) ?

可以通過輸入模式成員c_iflag來控制從端口上收到的字符的輸入過程。與c_cflag一樣，c_iflag的最終值是想要使用的所有狀態(tài)的位運(yùn)算OR的組合。

c_iflag成員可以使用的常量

設(shè)置輸入奇偶校驗(yàn)選項(xiàng) ?

當(dāng)程序在c_cflag中設(shè)置了奇偶校驗(yàn)成員(PARENB)的時(shí)候，程序就需要將輸入奇偶校驗(yàn)設(shè)置成為有效。與奇偶校驗(yàn)相關(guān)的常量有 INPCK，IGNPAR，PARMRK和ISTRIP。一般情況下，你可能需要選擇INPCK和ISTRIP將奇偶校驗(yàn)設(shè)置為有效同時(shí)從接收字串中脫去奇偶校驗(yàn)位：

options.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);

IGNPAR是一個(gè)比較危險(xiǎn)選項(xiàng)，即便有錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，它也會(huì)告訴串口驅(qū)動(dòng)直接忽略奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤給數(shù)據(jù)放行。這個(gè)選項(xiàng)在測(cè)試鏈接的通訊質(zhì)量時(shí)比較有用而通常不會(huì)被用在實(shí)際程序中。

PARMRK會(huì)導(dǎo)致奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤被標(biāo)志成特殊字符加入到輸入流之中。如果IGNPAR選項(xiàng)也是有效的，那么一個(gè)NUL(八進(jìn)制000)字符會(huì)被加入到發(fā)生奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤的字符前面。否則，DEL(八進(jìn)制177)和NUL字符會(huì)和出錯(cuò)的字符一起送出。

設(shè)置軟件流控制 ?

軟件流控制可以通過IXON，IXOFF和IXANY常量設(shè)置成有效：

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

將其設(shè)置為無效的時(shí)候，很簡(jiǎn)單，只需要對(duì)這些位取反：

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

XON(start data)和XOFF(stop data)字符卻是在c_cc數(shù)組中定義的，下面會(huì)詳細(xì)描述這個(gè)數(shù)組。

輸出選項(xiàng) ?

成員變量c_oflag之中包括了輸出過濾選項(xiàng)。和輸入模式相似，程序可以選擇使用經(jīng)過加工的或者原始的數(shù)據(jù)輸出。

c_oflag成員的常量

選擇加工過的輸出 ?

通過在c_oflag成員變量中設(shè)置OPOST選項(xiàng)的方法程序可以選擇加工過的輸入。

options.c_oflag |= OPOST;

在所有選項(xiàng)當(dāng)中，你可能只需要使用ONLCR選項(xiàng)來將行分隔符映射到CR-LF組合對(duì)上。其他選項(xiàng)主要是歷史遺留，僅僅與行打印機(jī)和終端跟不上串行數(shù)據(jù)的年代有關(guān)。

選擇原始輸出 ?

原始輸出方式可以通過在c_oflag中重置OPOST選項(xiàng)來選擇：

options.c_oflag &= ~OPOST;

如果OPOST選項(xiàng)被設(shè)置成無效的話，其他c_oflag中的選項(xiàng)都會(huì)失效。

控制字符 ?

字符數(shù)組c_cc里面包括了控制字符的定義和超時(shí)參數(shù)。這個(gè)數(shù)組的每個(gè)元素都是以常量定義的。

成員變量c_cc中的控制字符

設(shè)置軟件流控制字符 ?

用來做軟件流控制的字符包含在數(shù)組c_cc的VSTART和VSTOP元素里面。通常情況下，它們應(yīng)該被設(shè)置成DC1(八進(jìn)制021)和DC3(八進(jìn)制023)，它們?cè)贏SCII標(biāo)準(zhǔn)中代表著XON和XOFF字符。

設(shè)置讀取超時(shí) ?

UNIX串口驅(qū)動(dòng)提供了設(shè)置字符和包超時(shí)的能力。數(shù)組c_cc中有兩個(gè)元素可以用來設(shè)置超時(shí)：VMIN和VTIME。在經(jīng)典輸入模式或者通過open(2)和fcntl(2)函數(shù)傳遞NDELAY選項(xiàng)時(shí)，超時(shí)設(shè)置會(huì)被忽略。

VMIN可以指定讀取的最小字符數(shù)。如果它被設(shè)置為0，那么VTIME值則會(huì)指定每個(gè)字符讀取的等待時(shí)間。

如果VMIN不為零，VTIME會(huì)指定等待第一個(gè)字符讀取操作的時(shí)間。如果在這個(gè)指定時(shí)間中可以開始讀取某個(gè)字符，直到VMIN個(gè)數(shù)的所有字符全部被讀取，其他讀取操作將會(huì)被阻塞（等待）。也就是說，一旦讀取第一個(gè)字符，串口驅(qū)動(dòng)的預(yù)期就是接收到整個(gè)字符包（一共VMIN字節(jié)）。如果在允許的時(shí)間內(nèi)沒有字符被讀取，那么read(2)調(diào)用就會(huì)返回0。通過這個(gè)方法可以確切得告訴串口驅(qū)動(dòng)程序需要讀取N個(gè)字節(jié)，而且read(2)調(diào)用只會(huì)返回N或者 0。然而，超時(shí)設(shè)置只對(duì)第一個(gè)字符的讀取操作有效，所以，如果因?yàn)槟承┰蝌?qū)動(dòng)程序在N字節(jié)的包中丟失某個(gè)字符的話，read(2)調(diào)用將會(huì)一直等下去。

VTIME可以以十分之一秒為單位指定等待字符輸入的時(shí)間。如果VTIME設(shè)置為0（默認(rèn)情況），除非open(2)或者fcntl(2)函數(shù)設(shè)置了NDELAY選項(xiàng)，否則read(2)將會(huì)永久得阻塞（等待）。

調(diào)制解調(diào)器通訊 ?

說到串口通訊就不得不提一下通過調(diào)劑解調(diào)器通訊的方式。這里給出的程序例子都適用于支持“事實(shí)上的”標(biāo)準(zhǔn)AT命令集的調(diào)制解調(diào)器。

什么是調(diào)制解調(diào)器 ?

調(diào)制解調(diào)器是一種可以將數(shù)字信號(hào)的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)頻率的設(shè)備。通過這種轉(zhuǎn)換，信息就可以通過像電話線或者有線電視線纜那樣的模擬數(shù)據(jù)鏈路來傳輸了?？谡Z中，經(jīng)常將調(diào)制解調(diào)器稱作“貓”。標(biāo)準(zhǔn)的電話調(diào)制解調(diào)器可以將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為能夠通過電話線傳輸?shù)囊纛l；因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)化非常之快又非常復(fù)雜，所以如果你去聽一下的話，這些音頻很像是大聲尖叫時(shí)發(fā)出來的聲音。

今天可以見到的調(diào)制解調(diào)器可以通過電話線每秒傳輸53000比特——5.3Kbps——的數(shù)據(jù)。還有就是，大多數(shù)調(diào)制解調(diào)器都使用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，這樣就可以將某些類型數(shù)據(jù)的傳輸比特率提高到100kbps。

與調(diào)制解調(diào)器通訊 ?

于調(diào)制解調(diào)器通訊的第一步就是要以原始輸入模式打開和配置串口。

int            fd;
struct termios options;

/* open the port */
fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
fcntl(fd, F_SETFL, 0);

/* get the current options */
tcgetattr(fd, &options);

/* set raw input, 1 second timeout */
options.c_cflag     |= (CLOCAL | CREAD);
options.c_lflag     &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
options.c_oflag     &= ~OPOST;
options.c_cc[VMIN]  = 0;
options.c_cc[VTIME] = 10;

/* set the options */
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

接下來就需要和調(diào)制解調(diào)器建立通訊連接。最好的辦法就是給調(diào)制解調(diào)器發(fā)送“AT”命令。這也會(huì)讓比較只能的調(diào)制解調(diào)器探測(cè)到你正在使用的波特率。如果正確地連接到調(diào)制解調(diào)器上，并且調(diào)制解調(diào)器開啟電源，它會(huì)返回一個(gè)回應(yīng)信號(hào)“OK”。

int                  /* O - 0 = MODEM ok, -1 = MODEM bad */
init_modem(int fd)   /* I - Serial port file */
{
  char buffer[255];  /* Input buffer */
  char *bufptr;      /* Current char in buffer */
  int  nbytes;       /* Number of bytes read */
  int  tries;        /* Number of tries so far */ 

  for (tries = 0; tries < 3; tries ++)
  {
   /* send an AT command followed by a CR */ 
	if (write(fd, "AT\r", 3) < 3) 
	  continue;

   /* read characters into our string buffer until we get a CR or NL */
	bufptr = buffer;
	while ((nbytes = read(fd, bufptr, buffer + sizeof(buffer) - bufptr - 1)) > 0)
	{
	  bufptr += nbytes;
	  if (bufptr[-1] == '\n' | bufptr[-1] == '\r')
        break;
	}

   /* nul terminate the string and see if we got an OK response */
	*bufptr = '\0';

	if (strncmp(buffer, "OK", 2) == 0)
	  return (0);
  }

  return (-1);
}

標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器命令 ?

大多數(shù)調(diào)制解調(diào)器都支持“AT”命令集。之所以這樣叫是因?yàn)檫@個(gè)命令集中的每個(gè)命令都是以“AT”字符開頭。每個(gè)命令都是以第一列的AT開頭字符后面跟上特殊命令參數(shù)和一個(gè)回車符CR(八進(jìn)制015)。調(diào)制解調(diào)器處理完這條命令之后會(huì)根據(jù)命令回復(fù)一些文本消息。

• ATD 撥號(hào) [#b39592a6]

通過ATD命令可以撥打一個(gè)指定號(hào)碼。除過號(hào)碼和分隔符(-)以外，你還可以指定以音頻（"T"）或者脈沖（"P"）方式撥號(hào)，暫停一秒（","）和等待撥號(hào)音（"W"）：

ATDT 555-1212
ATDT 18008008008W1234,1,1234
ATD T555-1212WP1234

調(diào)制解調(diào)器可能回復(fù)下面列出的某個(gè)消息：

NO DIALTONE
BUSY
NO CARRIER
CONNECT
CONNECT baud

• ATH 掛斷

通過ATH命令可以讓調(diào)制解調(diào)器掛斷。因?yàn)?，調(diào)制解調(diào)器如果在“命令”模式的話，你可能就不能打普通電話了。

如果DTR信號(hào)線掉了的話，大部分調(diào)制解調(diào)器也會(huì)掛斷。你可以將波特率設(shè)置成0并且持續(xù)至少1秒來做到這一點(diǎn)。再次讓DTR掉落同樣也可以把調(diào)制解調(diào)器重新拉回命令模式。

調(diào)制解調(diào)器成功掛斷以后，它會(huì)回復(fù)一個(gè)"NO CARRIER"回來。如果調(diào)制解調(diào)器仍然保持連接，它則會(huì)發(fā)送"CONNECT"或者"CONNECT baud"這樣的消息。

• ATZ 重置調(diào)制解調(diào)器

通過ATZ命令可以重置調(diào)制解調(diào)器。重置之后它會(huì)回復(fù)字符串"OK"。

• 與調(diào)制解調(diào)器通訊的常見問題

首先，也是最重要的一點(diǎn)，千萬不要使用回聲輸入(input echoing)。回聲輸入會(huì)導(dǎo)致調(diào)制解調(diào)器和計(jì)算機(jī)之間產(chǎn)生反饋循環(huán)。

其次，當(dāng)發(fā)送調(diào)制解調(diào)器命令時(shí)，命令必須以回車(CR)而不是換行(NL)結(jié)束。C語言中回車的字符常量是"\r"。

最后，處理調(diào)制解調(diào)器通訊的時(shí)候，要一定保證你使用了調(diào)制解調(diào)器支持的波特率。雖然大多數(shù)調(diào)制解調(diào)器都支持自動(dòng)探測(cè)波特率，但你也會(huì)注意到某些（通常是19.2kbps或者比較老的調(diào)制解調(diào)器）有局限性。

高級(jí)串口編程 ?

所謂高級(jí)串口編程其實(shí)說的就是使用更直接的底層的ioctl(2)和select(2)系統(tǒng)調(diào)用來操作串口。

串口的ioctl ?

前文中曾經(jīng)提到使用tcgetattr和tcsetattr函數(shù)來配置串口。UNIX環(huán)境下，這些函數(shù)都是使用ioctl(2)系統(tǒng)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)的。

系統(tǒng)調(diào)用ioctl可以帶三個(gè)參數(shù)：

int ioctl(int fd, int request, ...); 

顯然，fd參數(shù)對(duì)于串口編程來說就是串口設(shè)備文件的文件描述符咯。而request參數(shù)是在<termios.h>頭文件中定義的常量，而且一般不會(huì)超出下表所列的范圍。

串口的IOCTL請(qǐng)求

取得控制信號(hào) ?

TIOCMGET ioctl可以取得當(dāng)前調(diào)制解調(diào)器的狀態(tài)位。這個(gè)狀態(tài)位囊括了除去RXD和TXD信號(hào)線的所有RS-232信號(hào)，這些都在下表中列出。

控制信號(hào)常量

例如下面這個(gè)程序片段，你可以通過給ioctl帶一個(gè)用來保存狀態(tài)位的整形變量的指針來取得狀態(tài)位。

#include <unistd.h>
#include <termios.h>

int fd;
int status;

ioctl(fd, TIOCMGET, &status);
 

設(shè)置控制信號(hào) ?

TIOCMSET ioctl可以設(shè)置上面定義的調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)位。下面的例子展示如何使用它來將DTR信號(hào)線設(shè)成掉線狀態(tài)。

#include <unistd.h>
#include <termios.h>

int fd;
int status;

ioctl(fd, TIOCMGET, &status);
status &= ~TIOCM_DTR;
ioctl(fd, TIOCMSET, &status);

可能被設(shè)置的狀態(tài)位取決于操作系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)和正在使用的模式。關(guān)于更詳細(xì)的信息應(yīng)該去看以下你所使用的操作系統(tǒng)的文檔。