即從通訊的角度來說,接受方必須自己解決如何識別一個禎的問題。
(操作串口相當(dāng)于操作物理層,OSI/ISO模型中的第一層,解決禎同步問題是第二層的任務(wù),所以我們需要自己搭一個第二層。
也就是說:我們需要通過定義通訊協(xié)議,規(guī)定數(shù)據(jù)的內(nèi)容自己分析什么時候收完了一次需要的數(shù)據(jù)。因為通訊過程中無法保證一次發(fā)送的數(shù)據(jù)肯定是一次接收的)
下面來解決識別幀的問題:
不是編寫終端,我們一幫都采用原始模式;進(jìn)行簡單的串口編程,一般設(shè)置成阻塞模式,便可以了。但是在大多數(shù)應(yīng)用場合,把串口設(shè)置成阻塞模式是很不實用的,如read()時,如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)來,這程序一直會阻塞在這里(除非用多線程)。因此一般把其設(shè)置為非阻塞模式。一般是需要用串口讀取指定長度的數(shù)據(jù),但是read函數(shù)實際讀取的數(shù)據(jù)長度,往往會與指定的不同,所以必須自己編寫一個讀寫N字節(jié)數(shù)據(jù)的函數(shù):
很快想到用個循環(huán),但是循環(huán)中必須有 ‘即使一直沒有收到指定長度的數(shù)據(jù)但在一定時間后也必須跳出循環(huán)’的機制,否則就與阻塞模式的沒有區(qū)別了(也就是讓函數(shù)一直等,等到指定長度數(shù)據(jù)接收為止)。參考下APUE的程序清單14-11的readn()函數(shù),此函數(shù)看似很好,但是它不適合用于串口的讀取,因為它一旦if(nread
= read(fd, ptr, nleft) < 0) 就立刻會跳出循環(huán),沒有絲毫的時間上的容限,而串口的接收必然沒有這么快,如若波特率為1200,是比較慢的。倆個字節(jié)傳輸?shù)拈g隔,其都會被判斷為錯誤而跳出。當(dāng)然該函數(shù)對于讀寫文件是非常好用的。
ssize_t /*
Read "n" bytes from a descriptor */
readn(int fd, void *ptr, size_t
n)
{
size_t nleft;
ssize_t nread;
nleft = n;
while
(nleft > 0) {
if ((nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0) {
if
(nleft == n)
return(-1); /* error, return -1
*/
else
break; /* error, return amount read so far */
}
else if (nread == 0) {
break; /* EOF */
}
nleft -=
nread;
ptr += nread;
}
return(n - nleft); /* return >= 0
*/
}
再次參考下APUE的tread()
和treadn()函數(shù),這組函數(shù)結(jié)合了select函數(shù),使得在放棄之前,有了個時間來阻塞。有了一定的時間容限。例如把select中的tv.tv_sec = 1;這樣就不會把
原本正常的倆個字節(jié)的時間間隔,誤判為錯誤了。
ssize_t
tread(int fd, void *buf, size_t
nbytes, unsigned int timout)
{
int
nfds;
fd_set
readfds;
struct timeval
tv;
tv.tv_sec =
timout;
tv.tv_usec =
0;
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(fd,
&readfds);
nfds = select(fd+1,
&readfds, NULL, NULL, &tv);
if (nfds <= 0)
{
if (nfds ==
0)
errno =
ETIME;
return(-1);
}
return(read(fd, buf,
nbytes));
}
ssize_t
treadn(int fd, void *buf, size_t
nbytes, unsigned int timout)
{
size_t
nleft;
ssize_t
nread;
nleft =
nbytes;
while (nleft > 0)
{
if ((nread =
tread(fd, buf, nleft, timout)) < 0) {
if (nleft ==
nbytes)
return(-1); /* error, return -1 */
else
break; /* error, return amount read so far */
} else if (nread ==
0) {
break; /* EOF */
}
nleft -=
nread;
buf +=
nread;
}
return(nbytes -
nleft); /* return >= 0 */
}
實際應(yīng)用如:
某個串口通信協(xié)議一幀為10個字節(jié),linux
必須接收1幀后去解析該幀的命令。波特率1200 。在linux中必須有個讀取一幀數(shù)據(jù)的函數(shù),該函數(shù)不能‘一直等待接收10個字節(jié)’,而必須在一定時間內(nèi)沒有收到完整的一幀就放棄該幀,這樣才能防止對方發(fā)送錯誤或者通信中的錯誤帶來的問題。
利用treadn()很好的配合該思路的實現(xiàn)??梢远〞r限為10ms。如果超過10ms(可以設(shè)置長點)這treadn()也會返回,這時判斷如果實際收到的數(shù)據(jù)小于10,則丟棄即可。本人用1200的波特率,tv設(shè)置成了500us,工作的很好。
最后貼一個經(jīng)典的串口編程基礎(chǔ):
1.串口操作需要的頭文件
#include
<stdio.h> //標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出定義
#include
<stdlib.h> //標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫定義
#include
<unistd.h> //Unix標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)定義
#include <sys/types.h>
#include
<sys/stat.h>
#include <fcntl.h> //文件控制定義
#include
<termios.h> //POSIX中斷控制定義
#include
<errno.h> //錯誤號定義
2.打開串口
串口位于/dev中,可作為標(biāo)準(zhǔn)文件的形式打開,其中:
串口1 /dev/ttyS0
串口2 /dev/ttyS1
代碼如下:
int fd;
fd = open(“/dev/ttyS0”, O_RDWR);
if(fd == -1)
{
Perror(“串口1打開失??!”);
}
//else
//fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);
除了使用O_RDWR標(biāo)志之外,通常還會使用O_NOCTTY和O_NDELAY這兩個標(biāo)志。
O_NOCTTY:告訴Unix這個程序不想成為“控制終端”控制的程序,不說明這個標(biāo)志的話,任何輸入都會影響你的程序。
O_NDELAY:告訴Unix這個程序不關(guān)心DCD信號線狀態(tài),即其他端口是否運行,不說明這個標(biāo)志的話,該程序就會在DCD信號線為低電平時停止。
3.設(shè)置波特率
最基本的串口設(shè)置包括波特率、校驗位和停止位設(shè)置,且串口設(shè)置主要使用termios.h頭文件中定義的termios結(jié)構(gòu),如下:
struct
termios
{
tcflag_t c_iflag; //輸入模式標(biāo)志
tcflag_t c_oflag; //輸出模式標(biāo)志
tcflag_t c_cflag; //控制模式標(biāo)志
tcflag_t c_lflag;
//本地模式標(biāo)志
cc_t c_line; //line
discipline
cc_t c_cc[NCC]; //control
characters
}
代碼如下:
int speed_arr[] = { B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300, B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300, };
int name_arr[] = {38400, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300, 38400, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300, };
void SetSpeed(int fd, int speed)
{
int i;
struct termios Opt; //定義termios結(jié)構(gòu)
if(tcgetattr(fd, &Opt) != 0)
{
perror(“tcgetattr fd”);
return;
}
for(i = 0; i < sizeof(speed_arr) / sizeof(int); i++)
{
if(speed == name_arr[i])
{
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
cfsetispeed(&Opt, speed_arr[i]);
cfsetospeed(&Opt, speed_arr[i]);
if(tcsetattr(fd, TCSANOW, &Opt) != 0)
{
perror(“tcsetattr fd”);
return;
}
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
}
}
}
注意tcsetattr函數(shù)中使用的標(biāo)志:
TCSANOW:立即執(zhí)行而不等待數(shù)據(jù)發(fā)送或者接受完成。
TCSADRAIN:等待所有數(shù)據(jù)傳遞完成后執(zhí)行。
TCSAFLUSH:Flush
input and output buffers and make the change
4.設(shè)置數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位
以下是幾個數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位的設(shè)置方法:(以下均為1位停止位)
8位數(shù)據(jù)位、無校驗位:
Opt.c_cflag
&= ~PARENB;
Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
Opt.c_cflag &=
~CSIZE;
Opt.c_cflag |= CS8;
7位數(shù)據(jù)位、奇校驗:
Opt.c_cflag |=
PARENB;
Opt.c_cflag |= PARODD;
Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
Opt.c_cflag
&= ~CSIZE;
Opt.c_cflag |= CS7;
7位數(shù)據(jù)位、偶校驗:
Opt.c_cflag |=
PARENB;
Opt.c_cflag &= ~PARODD;
Opt.c_cflag &=
~CSTOPB;
Opt.c_cflag &= ~CSIZE;
Opt.c_cflag |=
CS7;
7位數(shù)據(jù)位、Space校驗:
Opt.c_cflag &= ~PARENB;
Opt.c_cflag &=
~CSTOPB;
Opt.c_cflag &= ~CSIZE;
Opt.c_cflag |=
CS7;
代碼如下:
int SetParity(int fd, int databits, int stopbits, int parity)
{
struct termios Opt;
if(tcgetattr(fd, &Opt) != 0)
{
perror("tcgetattr fd");
return FALSE;
}
Opt.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); //一般必設(shè)置的標(biāo)志
switch(databits) //設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)
{
case 7:
Opt.c_cflag &= ~CSIZE;
Opt.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
Opt.c_cflag &= ~CSIZE;
Opt.c_cflag |= CS8;
berak;
default:
fprintf(stderr, "Unsupported data size.\n");
return FALSE;
}
switch(parity) //設(shè)置校驗位
{
case 'n':
case 'N':
Opt.c_cflag &= ~PARENB; //清除校驗位
Opt.c_iflag &= ~INPCK; //enable parity checking
break;
case 'o':
case 'O':
Opt.c_cflag |= PARENB; //enable parity
Opt.c_cflag |= PARODD; //奇校驗
Opt.c_iflag |= INPCK //disable parity checking
break;
case 'e':
case 'E':
Opt.c_cflag |= PARENB; //enable parity
Opt.c_cflag &= ~PARODD; //偶校驗
Opt.c_iflag |= INPCK; //disable pairty checking
break;
case 's':
case 'S':
Opt.c_cflag &= ~PARENB; //清除校驗位
Opt.c_cflag &= ~CSTOPB; //
Opt.c_iflag |= INPCK; //disable pairty checking
break;
default:
fprintf(stderr, "Unsupported parity.\n");
return FALSE;
}
switch(stopbits) //設(shè)置停止位
{
case 1:
Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
break;
case 2:
Opt.c_cflag |= CSTOPB;
break;
default:
fprintf(stderr, "Unsupported stopbits.\n");
return FALSE;
}
opt.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
opt.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
opt.c_oflag &= ~OPOST;
opt.c_oflag &= ~(ONLCR | OCRNL); //添加的
opt.c_iflag &= ~(ICRNL | INLCR);
opt.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); //添加的
tcflush(fd, TCIFLUSH);
Opt.c_cc[VTIME] = 0; //設(shè)置超時為15sec
Opt.c_cc[VMIN] = 0; //Update the Opt and do it now
if(tcsetattr(fd, TCSANOW, &Opt) != 0)
{
perror("tcsetattr fd");
return FALSE;
}
return TRUE;
}
5.某些設(shè)置項
在第四步中我們看到一些比較特殊的設(shè)置,下面簡述一下他們的作用。
c_cc數(shù)組的VSTART和VSTOP元素被設(shè)定成DC1和DC3,代表ASCII標(biāo)準(zhǔn)的XON和XOFF字符,如果在傳輸這兩個字符的時候就傳不過去,需要把軟件流控制屏蔽,即:
Opt.c_iflag
&= ~ (IXON | IXOFF |
IXANY);
有時候,在用write發(fā)送數(shù)據(jù)時沒有鍵入回車,信息就發(fā)送不出去,這主要是因為我們在輸入輸出時是按照規(guī)范模式接收到回車或換行才發(fā)送,而更多情況下我們是不必鍵入回車或換行的。此時應(yīng)轉(zhuǎn)換到行方式輸入,不經(jīng)處理直接發(fā)送,設(shè)置如下:
Opt.c_lflag
&= ~ (ICANON | ECHO | ECHOE |
ISIG);
還存在這樣的情況:發(fā)送字符0X0d的時候,往往接收端得到的字符是0X0a,原因是因為在串口設(shè)置中c_iflag和c_oflag中存在從NL-CR和CR-NL的映射,即串口能把回車和換行當(dāng)成同一個字符,可以進(jìn)行如下設(shè)置屏蔽之:
Opt.c_iflag
&= ~ (INLCR | ICRNL | IGNCR);
Opt.c_oflag &= ~(ONLCR |
OCRNL);
6.讀寫串口
發(fā)送數(shù)據(jù)方式如下,write函數(shù)將返回寫的位數(shù)或者當(dāng)錯誤時為-1。
char
buffer[1024];
int length;
int nByte;
nByte = write(fd, buffer,
length);
讀取數(shù)據(jù)方式如下,原始數(shù)據(jù)模式下每個read函數(shù)將返回實際串口收到的字符數(shù),如果串口中沒有字符可用,回叫將會阻塞直到以下幾種情況:有字符進(jìn)入;一個間隔計時器失效;錯誤發(fā)送。
在打開串口成功后,使用fcntl(fd,
F_SETFL, FNDELAY)語句,可以使read函數(shù)立即返回而不阻塞。FNDELAY選項使read函數(shù)在串口無字符時立即返回且為0。
char
buffer[1024];
int length;
int readByte;
readByte = read(fd, buffer,
len);
注意:設(shè)置為原始模式傳輸數(shù)據(jù)的話,read函數(shù)返回的字符數(shù)是實際串口收到的字符數(shù)。Linux下直接用read讀串口可能會造成堵塞,或者數(shù)據(jù)讀出錯誤,此時可使用tcntl或者select等函數(shù)實現(xiàn)異步讀取。用select先查詢com口,再用read去讀就可以避免上述錯誤。
7.關(guān)閉串口
串口作為文件來處理,所以一般的關(guān)閉文件函數(shù)即可:
close(fd);
8.例子
這個例子中,需要打開串口1,設(shè)置9600波特率、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位以及空校驗,之后利用while語句循環(huán)判斷串口中是否可以讀出數(shù)據(jù),將串口中數(shù)據(jù)連續(xù)讀出后重新寫回到串口中。
該程序可與minicom聯(lián)合測試。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <errno.h>
main()
{
int fd;
int i;
int len;
int n = 0;
char read_buf[256];
char write_buf[256];
struct termios opt;
fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY); //默認(rèn)為阻塞讀方式
if(fd == -1)
{
perror("open serial 0\n");
exit(0);
}
tcgetattr(fd, &opt);
cfsetispeed(&opt, B9600);
cfsetospeed(&opt, B9600);
if(tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt) != 0 )
{
perror("tcsetattr error");
return -1;
}
opt.c_cflag &= ~CSIZE;
opt.c_cflag |= CS8;
opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
opt.c_cflag &= ~PARENB;
opt.c_cflag &= ~INPCK;
opt.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
opt.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
opt.c_oflag &= ~OPOST;
opt.c_oflag &= ~(ONLCR | OCRNL); //添加的
opt.c_iflag &= ~(ICRNL | INLCR);
opt.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); //添加的
opt.c_cc[VTIME] = 0;
opt.c_cc[VMIN] = 0;
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
printf("configure complete\n");
if(tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt) != 0)
{
perror("serial error");
return -1;
}
printf("start send and receive data\n");
while(1)
{
n = 0;
len = 0;
bzero(read_buf, sizeof(read_buf)); //類似于memset
bzero(write_buf, sizeof(write_buf));
while( (n = read(fd, read_buf, sizeof(read_buf))) > 0 )
{
for(i = len; i < (len + n); i++)
{
write_buf[i] = read_buf[i - len];
}
len += n;
}
write_buf[len] = '\0';
printf("Len %d \n", len);
printf("%s \n", write_buf);
n = write(fd, write_buf, len);
printf("write %d chars\n",n);
sleep(2);
}
}
9.附錄
c_cflag用于設(shè)置控制參數(shù),除了波特率外還包含以下內(nèi)容:
EXTA External rate clock
EXTB External rate
clock
CSIZE Bit mask for data
bits
CS5 5個數(shù)據(jù)位
CS6 6個數(shù)據(jù)位
CS7 7個數(shù)據(jù)位
CS8 8個數(shù)據(jù)位
CSTOPB 2個停止位(清除該標(biāo)志表示1個停止位
PARENB 允許校驗位
PARODD 使用奇校驗(清除該標(biāo)志表示使用偶校驗)
CREAD Enable
receiver
HUPCL Hangup (drop DTR) on last
close
CLOCAL Local line – do not change “owner” of
port
LOBLK Block job control
outpu
c_cflag標(biāo)志可以定義CLOCAL和CREAD,這將確保該程序不被其他端口控制和信號干擾,同時串口驅(qū)動將讀取進(jìn)入的數(shù)據(jù)。CLOCAL和CREAD通常總是被是能的。
c_lflag用于設(shè)置本地模式,決定串口驅(qū)動如何處理輸入字符,設(shè)置內(nèi)容如下:
ISIG Enable
SIGINTR, SIGSUSP, SIGDSUSP, and SIGQUIT signals
ICANON Enable
canonical input (else raw)
XCASE Map uppercase \lowercase (obsolete)
ECHO Enable echoing of input characters
ECHOE Echo erase
character as BS-SP-BS
ECHOK Echo NL after kill character
ECHONL Echo NL
NOFLSH Disable flushing of input buffers
after interrupt or quit characters
IEXTEN Enable extended functions
ECHOCTL Echo control characters as ^char and delete as ~?
ECHOPRT Echo erased character as character erased
ECHOKE BS-SP-BS entire line on line kill
FLUSHO Output
being flushed
PENDIN Retype pending input at next read or input char
TOSTOP Send SIGTTOU for background output
c_iflag用于設(shè)置如何處理串口上接收到的數(shù)據(jù),包含如下內(nèi)容:
INPCK Enable
parity check
IGNPAR Ignore parity errors
PARMRK Mark parity
errors
ISTRIP Strip parity bits
IXON Enable software
flow control (outgoing)
IXOFF Enable software flow control
(incoming)
IXANY Allow any character to start flow again
IGNBRK Ignore break condition
BRKINT Send a SIGINT when
a break condition is detected
INLCR Map NL to CR
IGNCR Ignore CR
ICRNL Map CR to NL
IUCLC Map
uppercase to lowercase
IMAXBEL Echo BEL on input line too
long
c_oflag用于設(shè)置如何處理輸出數(shù)據(jù),包含如下內(nèi)容:
OPOST Postprocess output (not
set = raw output)
OLCUC Map lowercase to uppercase
ONLCR Map NL to CR-NL
OCRNL Map CR to NL
NOCR No CR output at column 0
ONLRET NL performs CR
function
OFILL Use fill characters for delay
OFDEL Fill
character is DEL
NLDLY Mask for delay time needed between lines
NL0 No delay for NLs
NL1 Delay further output
after newline for 100 milliseconds
CRDLY Mask for delay time needed to
return carriage to left column
CR0 No delay for CRs
CR1 Delay after CRs depending on current column position
CR2 Delay 100 milliseconds after sending CRs
CR3 Delay 150 milliseconds after sending CRs
TABDLY Mask
for delay time needed after TABs
TAB0 No delay for TABs
TAB1 Delay after TABs depending on current column position
TAB2 Delay 100 milliseconds after sending TABs
TAB3 Expand TAB characters to spaces
BSDLY Mask for delay
time needed after BSs
BS0 No delay for BSs
BS1 Delay 50
milliseconds after sending BSs
VTDLY Mask for delay time needed after
VTs
VT0 No delay for VTs
VT1 Delay 2 seconds after
sending VTs
FFDLY Mask for delay time needed after FFs
FF0 No delay for FFs
FF1 Delay 2 seconds after sending
FFs
c_cc定義了控制字符,包含以下內(nèi)容:
VINTR Interrupt CTRL-C
VQUIT Quit
CTRL-Z
VERASE Erase Backspace (BS)
VKILL Kill-line CTRL-U
VEOF End-of-file CTRL-D
VEOL End-of-line Carriage return (CR)
VEOL2 Second end-of-line Line feed (LF)
VMIN Minimum number of
characters to read
VSTART Start flow CTRL-Q (XON)
VSTOP Stop flow
CTRL-S (XOFF)
VTIME Time to wait for data (tenths of seconds)
注意:控制符VTIME和VMIN之間有復(fù)雜的關(guān)系。VTIME定義要求等待的時間(百毫米,通常是unsigned
char變量),而VMIN定義了要求等待的最小字節(jié)數(shù)(相比之下,read函數(shù)的第三個參數(shù)指定了要求讀的最大字節(jié)數(shù))。
如果VTIME=0,VMIN=要求等待讀取的最小字節(jié)數(shù),read必須在讀取了VMIN個字節(jié)的數(shù)據(jù)或者收到一個信號才會返回。
如果VTIME=時間量,VMIN=0,不管能否讀取到數(shù)據(jù),read也要等待VTIME的時間量。
如果VTIME=時間量,VMIN=要求等待讀取的最小字節(jié)數(shù),那么將從read讀取第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)時開始計時,并會在讀取到VMIN個字節(jié)或者VTIME時間后返回。
如果VTIME=0,VMIN=0,不管能否讀取到數(shù)據(jù),read都會立即返回。