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Linux串口通信編程(Linux Serial Programming HOWTO)
最好的偵錯(cuò)你程式碼的方法是建構(gòu)另一臺 Linux box, 并把兩臺電腦用 null-modem 纜線連接. 用 miniterm以傳送字元到你的 Linux box. Miniterm 很容易編譯而它會把所有輸入到鍵盤的字元透過序列埠傳送. 只有這個(gè)宣告定義會被檢查 #define MODEMDEVICE "/dev/ttyS0". 如果是 COM1 設(shè)定為 ttyS0, 如果是 COM2 設(shè)定為 ttyS1 等等.. 先前的測試是必要的, 所有的 字元都將以 raw 方式 (不經(jīng)任何處理) 直接傳送. 測試是否連接正確, 在兩臺電腦上都啟動 miniterm 然後隨便在鍵盤上亂按. 在其中一臺上輸入的字元應(yīng)該會顯示在另一臺電腦上反之亦同. 但輸入的字元不會回應(yīng)到與之相連的螢?zāi)簧?
要自制 null-modem 的電纜, 你必需要把 TxD (傳送) 及 RxD (接收) 兩線對調(diào).
當(dāng)然也可以只用一臺電腦來作相同的測試, 只要電腦上有兩個(gè)未使用的序列埠. 當(dāng)然你也就要執(zhí)行兩個(gè) miniterm 來當(dāng)虛擬控制臺. 如果你是藉由拔去滑鼠來取得另一個(gè)序列埠, 記得要把 /dev/mouse 裝置重新導(dǎo)向, 如果它存在的話. 如果你使用多埠的序列埠控制卡, 請確定它已設(shè)定正確. 當(dāng)我在我的電腦上測試時(shí)也曾經(jīng)因?yàn)樵O(shè)定錯(cuò)誤而出過槌. 當(dāng)我連到另一臺電腦, 通訊埠開始傳送字元. 就因?yàn)閯偤眠@不是完整的非同步式傳輸, 所以可在同一臺電腦上執(zhí)行兩個(gè)程式.
連接埠設(shè)定
/dev/ttyS* 裝置會被當(dāng)成連接到你的 Linux box 的終端機(jī), 并且在啟動後就設(shè)定好了. 這個(gè)觀念在你寫 raw 裝置的通訊程式時(shí)必需記住. 也就是說這個(gè)連接埠被設(shè)定為回應(yīng)所有自這個(gè)裝置送出的字元, 而用在資料傳輸時(shí)通常這種要改變這種工作模式.
所有的參數(shù)可以由一個(gè)小程式簡單的完成. 設(shè)定參數(shù)被放在一個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi) struct termios, 他的定義檔在 :
#define NCCS 19
struct termios {
tcflag_t c_iflag; /* 輸入模式旗標(biāo) */
tcflag_t c_oflag; /* 輸出模式旗標(biāo) */
tcflag_t c_cflag; /* 控制模式旗標(biāo) */
tcflag_t c_lflag; /* 區(qū)域模式旗標(biāo) */
cc_t c_line; /* 行控制 (line discipline) */
cc_t c_cc[NCCS]; /* 控制特性 */
};
這個(gè)檔案也包含所有的旗標(biāo)定義. 輸入模式旗標(biāo)在 c_iflag 掌管所有的輸入處理, 這就意謂著由裝置上傳來的字元在還沒用 read 功能讀取前可以先處理過. 同理 c_oflag 掌管所有的輸出處理. c_cflag 包含連接埠的設(shè)定, 如 鮑率, 每字元多少位元, 停止位元, 等等.. 區(qū)域模式旗標(biāo)放在 c_lflag 用來偵測字元是否回應(yīng), 而訊號會送到你的程式, 等等.. 最後 c_cc 陣列定義了檔案終了的控制字元, 停止, 等等.. 預(yù)設(shè)的控制字元值放在 . 有關(guān)旗標(biāo)的細(xì)節(jié)擺在使用手冊 termios(3). termios 結(jié)構(gòu)體內(nèi)的 c_line 行控制 (line discipline) 元素, 不能在 POSIX 相容的系統(tǒng)下使用譯者注:這里所說的 line discipline 雖然我翻成 行控制但還是很難說出那是舍. 如果想知道請看看 kernel :( .
序列裝置的輸入觀念
有三個(gè)輸入的觀念要說明. 按照所要寫的應(yīng)用程式選用適合的觀念. 盡量避免使用回圈來讀取單一的字元再組成字串. 我曾這樣做過, 會掉字元, 且對 read 而言不會顯示任何錯(cuò)誤.
標(biāo)準(zhǔn)輸入程序
這是終端機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)處理程序, 但用來與其他 dl 型式的以行為單位的輸入通訊也很有用, 也就是 read 會傳回一整行完整的輸入資料. 行預(yù)設(shè)的終止字元是 NL (ASCII LF), 檔案結(jié)束符, 或行終止字元. 預(yù)設(shè)環(huán)境下, CR (是 DOS/Windows 預(yù)設(shè)的行終止符) 不會終止一行的敘述.
標(biāo)準(zhǔn)的輸入處理程序還可以處理 清除, 刪除字, 重印字元, 及轉(zhuǎn)換 CR 為 NL 等等功能..
非標(biāo)準(zhǔn)輸入程序
非標(biāo)準(zhǔn)輸入程序可以用在需要每次讀取固定數(shù)量字元的情況, 并允許使用字元輸入時(shí)間的計(jì)時(shí)器. 這種模式可以用在讀取固定字元數(shù)量的應(yīng)用程式, 或者所連接的裝置會突然送出大量字元的狀況.
非同步式輸入
以上所敘述的兩種模式都可以用在非同步與同步的傳輸模式. 預(yù)設(shè)是在同步的模式下工作, 也就是在尚未讀取完之前, read 的狀態(tài)會被阻斷. 而非同步模式下 read 的狀態(tài)會直接返回并送出訊號到所叫用的程式直到完成工作. 這個(gè)訊號可以由訊號的處理程式 handler...來接收.
等待來自多個(gè)訊號來源的輸入
這并不是一個(gè)不一樣的輸入模式. 如果你要透過序列埠連接并處理多個(gè)裝置的話, 它是滿有用的. 在我的應(yīng)用程式中我必需在幾乎同一時(shí)間內(nèi), 透過 TCP/IP socket 及序列埠處理來自其他電腦的輸入訊號. 下面這個(gè)□例程式將等待來自兩個(gè)不同輸入源的訊號. 如果其中一個(gè)信號源出現(xiàn), 他就會被處理, 而程式會繼續(xù)等待新的輸入訊號.
以下這個(gè)方法看起來相當(dāng)覆雜, 但請記住 Linux 是一個(gè)多工的作業(yè)系統(tǒng). select 這個(gè)系統(tǒng)呼叫并不會在等待輸入訊號時(shí)把 CPU 負(fù)載加重, 而如果你用回圈方式來等待輸入訊號將使得其它同時(shí)執(zhí)行的行程被拖慢.
程序范例
所有的范例來源自 miniterm.c. The type ahead 暫存器被限制在 255 個(gè)字元, 就跟標(biāo)準(zhǔn)輸入程序的最大字串長度相同 ( 或
參考程式碼中的注解它會解釋不同輸入模式的使用. 我希望這些程式碼都能被了解. 標(biāo)準(zhǔn)輸入程序的程式范例的注解寫得最好, 其它的
敘述不是很完整, 但可以激勵(lì)你對這
別忘記要把序列埠的權(quán)限設(shè)定正確 (也就是: chmod a+rw /dev/ttyS1)!
#include
#include
#include
#include
#include
/* 鮑率設(shè)定被定義在 , 這在 被引入 */
#define BAUDRATE B38400
/* 定義正確的序列埠 */
#define MODEMDEVICE "/dev/ttyS1"
#define _POSIX_SOURCE 1 /* POSIX 系統(tǒng)相容 */
#define FALSE 0
#define TRUE 1
volatile int STOP=FALSE;
main()
{
int fd,c, res;
struct termios oldtio,newtio;
char buf[255];
/*
開啟數(shù)據(jù)機(jī)裝置以讀取并寫入而不以控制 tty 的模式
因?yàn)槲覀儾幌氤淌皆谒统?nbsp;CTRL-C 後就被殺掉.
*/
fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY );
if (fd <0) {perror(MODEMDEVICE); exit(-1); }
tcgetattr(fd,&oldtio); /* 儲存目前的序列埠設(shè)定 */
bzero(&newtio, sizeof(newtio)); /* 清除結(jié)構(gòu)體以放入新的序列埠設(shè)定值 */
/*
BAUDRATE: 設(shè)定 bps 的速度. 你也可以用 cfsetispeed 及 cfsetospeed 來設(shè)定.
CRTSCTS : 輸出資料的硬體流量控制 (只能在具完整線路的纜線下工作
參考 Serial-HOWTO 第七節(jié))
CS8 : 8n1 (8 位元, 不做同位元檢查,1 個(gè)終止位元)
CLOCAL : 本地連線, 不具數(shù)據(jù)機(jī)控制功能
CREAD : 致能接收字元
*/
newtio.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD;
/*
IGNPAR : 忽略經(jīng)同位元檢查後, 錯(cuò)誤的位元組
ICRNL : 比 CR 對應(yīng)成 NL (否則當(dāng)輸入訊號有 CR 時(shí)不會終止輸入)
在不然把裝置設(shè)定成 raw 模式(沒有其它的輸入處理)
*/
newtio.c_iflag = IGNPAR | ICRNL;
/*
Raw 模式輸出.
*/
newtio.c_oflag = 0;
/*
ICANON : 致能標(biāo)準(zhǔn)輸入, 使所有回應(yīng)機(jī)能停用, 并不送出信號以叫用程式
*/
newtio.c_lflag = ICANON;
/*
初始化所有的控制特性
預(yù)設(shè)值可以在 /usr/include/termios.h 找到, 在注解中也有,
但我們在這不需要看它們
*/
newtio.c_cc[VINTR] = 0; /* Ctrl-c */
newtio.c_cc[VQUIT] = 0; /* Ctrl-\ */
newtio.c_cc[VERASE] = 0; /* del */
newtio.c_cc[VKILL] = 0; /* @ */
newtio.c_cc[VEOF] = 4; /* Ctrl-d */
newtio.c_cc[VTIME] = 0; /* 不使用分割字元組的計(jì)時(shí)器 */
newtio.c_cc[VMIN] = 1; /* 在讀取到 1 個(gè)字元前先停止 */
newtio.c_cc[VSWTC] = 0; /* '\0' */
newtio.c_cc[VSTART] = 0; /* Ctrl-q */
newtio.c_cc[VSTOP] = 0; /* Ctrl-s */
newtio.c_cc[VSUSP] = 0; /* Ctrl-z */
newtio.c_cc[VEOL] = 0; /* '\0' */
newtio.c_cc[VREPRINT] = 0; /* Ctrl-r */
newtio.c_cc[VDISCARD] = 0; /* Ctrl-u */
newtio.c_cc[VWERASE] = 0; /* Ctrl-w */
newtio.c_cc[VLNEXT] = 0; /* Ctrl-v */
newtio.c_cc[VEOL2] = 0; /* '\0' */
/*
現(xiàn)在清除數(shù)據(jù)機(jī)線并啟動序列埠的設(shè)定
*/
tcflush(fd, TCIFLUSH);
tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);
/*
終端機(jī)設(shè)定完成, 現(xiàn)在處理輸入訊號
在這個(gè)□例, 在一行的開始處輸入 'z' 會退出此程式.
*/
while (STOP==FALSE) { /* 回圈會在我們發(fā)出終止的訊號後跳出 */
/* 即使輸入超過 255 個(gè)字元, 讀取的程式段還是會一直等到行終結(jié)符出現(xiàn)才停止.
如果讀到的字元組低於正確存在的字元組, 則所剩的字元會在下一次讀取時(shí)取得.
res 用來存放真正讀到的字元組個(gè)數(shù) */
res = read(fd,buf,255);
buf[res]=0; /* 設(shè)定字串終止字元, 所以我們能用 printf */
printf(":%s:%d\n", buf, res);
if (buf[0]=='z') STOP=TRUE;
}
/* 回存舊的序列埠設(shè)定值 */
tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);
}
3.2 非標(biāo)準(zhǔn)輸入程序
在非標(biāo)準(zhǔn)的輸入程序模式下, 輸入的資料不會被組合成一行而輸入後的處理功能 (清除, 殺掉, 刪除, 等等.) 都不能使用. 這個(gè)模式有兩個(gè)功能控制參數(shù): c_cc[VTIME] 設(shè)定字元輸入時(shí)間計(jì)時(shí)器, 及 c_cc[VMIN] 設(shè)定滿足讀取功能的字元接收個(gè)數(shù).
如果 MIN > 0 且 TIME = 0, MIN 設(shè)定為滿足讀取功能的字元接收個(gè)數(shù). 由於 TIME 是 零, 所以計(jì)時(shí)器將不被使用.
如果 MIN = 0 且 TIME > 0, TIME 將被當(dāng)做逾時(shí)設(shè)定值. 滿足讀取功能的情況為讀取到單一字元, 或者超過 TIME 所定義的時(shí)間 (t = TIME *0.1 s). 如果超過 TIME 所定義的時(shí)間, 則不會傳回任何字元.
如果 MIN > 0 且 TIME > 0, TIME 將被當(dāng)做一個(gè)分割字元組的計(jì)時(shí)器. 滿足讀取功能的條件為 接收到 MIN 個(gè)數(shù)的字元, 或兩個(gè)字元的間隔時(shí)間超過 TIME 所定義的值. 計(jì)時(shí)器會在每讀到一個(gè)字元後重新計(jì)時(shí), 且只會在第一個(gè)字元收到後才會啟動.
如果 MIN = 0 且 TIME = 0, 讀取功能就馬上被滿足. 目前所存在的字元組個(gè)數(shù), 或者 將回傳的字元組個(gè)數(shù). 根據(jù) Antonino (參考 貢獻(xiàn)) 所說, 你可以用 fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY); 在讀取前得到相同的結(jié)果.
藉由修改 newtio.c_cc[VTIME] 及 newtio.c_cc[VMIN] 上述的模式就可以測試了.
#include
#include
#include
#include
#include
#define BAUDRATE B38400
#define MODEMDEVICE "/dev/ttyS1"
#define _POSIX_SOURCE 1 /* POSIX 系統(tǒng)相容 */
#define FALSE 0
#define TRUE 1
volatile int STOP=FALSE;
main()
{
int fd,c, res;
struct termios oldtio,newtio;
char buf[255];
fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY );
if (fd <0) {perror(MODEMDEVICE); exit(-1); }
tcgetattr(fd,&oldtio); /* 儲存目前的序列埠設(shè)定 */
bzero(&newtio, sizeof(newtio));
newtio.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD;
newtio.c_iflag = IGNPAR;
newtio.c_oflag = 0;
/* 設(shè)定輸入模式 (非標(biāo)準(zhǔn)型, 不回應(yīng),...) */
newtio.c_lflag = 0;
newtio.c_cc[VTIME] = 0; /* 不使用分割字元組計(jì)時(shí)器 */
newtio.c_cc[VMIN] = 5; /* 在讀取到 5 個(gè)字元前先停止 */
tcflush(fd, TCIFLUSH);
tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);
while (STOP==FALSE) { /* 輸入回圈 */
res = read(fd,buf,255); /* 在輸入 5 個(gè)字元後即返回 */
buf[res]=0; /* 所以我們能用 printf... */
printf(":%s:%d\n", buf, res);
if (buf[0]=='z') STOP=TRUE;
}
tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);
}
3.3 非同步式輸入
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define BAUDRATE B38400
#define MODEMDEVICE "/dev/ttyS1"
#define _POSIX_SOURCE 1 /* POSIX 系統(tǒng)相容 */
#define FALSE 0
#define TRUE 1
volatile int STOP=FALSE;
void signal_handler_IO (int status); /* 定義訊號處理程序 */
int wait_flag=TRUE; /* 沒收到訊號的話就會是 TRUE */
main()
{
int fd,c, res;
struct termios oldtio,newtio;
struct sigaction saio; /* definition of signal action */
char buf[255];
/* 開啟裝置為 non-blocking (讀取功能會馬上結(jié)束返回) */
fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
if (fd <0) {perror(MODEMDEVICE); exit(-1); }
/* 在使裝置非同步化前, 安裝訊號處理程序 */
saio.sa_handler = signal_handler_IO;
saio.sa_mask = 0;
saio.sa_flags = 0;
saio.sa_restorer = NULL;
sigaction(SIGIO,&saio,NULL);
/* 允許行程去接收 SIGIO 訊號*/
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
/* 使檔案ake the file descriptor 非同步 (使用手冊上說只有 O_APPEND 及
O_NONBLOCK, 而 F_SETFL 也可以用...) */
fcntl(fd, F_SETFL, FASYNC);
tcgetattr(fd,&oldtio); /* 儲存目前的序列埠設(shè)定值 */
/* 設(shè)定新的序列埠為標(biāo)準(zhǔn)輸入程序 */
newtio.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD;
newtio.c_iflag = IGNPAR | ICRNL;
newtio.c_oflag = 0;
newtio.c_lflag = ICANON;
newtio.c_cc[VMIN]=1;
newtio.c_cc[VTIME]=0;
tcflush(fd, TCIFLUSH);
tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);
/* 等待輸入訊號的回圈. 很多有用的事我們將在這做 */
while (STOP==FALSE) {
printf(".\n");usleep(100000);
/* 在收到 SIGIO 後, wait_flag = FALSE, 輸入訊號存在則可以被讀取 */
if (wait_flag==FALSE) {
res = read(fd,buf,255);
buf[res]=0;
printf(":%s:%d\n", buf, res);
if (res==1) STOP=TRUE; /* 如果只輸入 CR 則停止回圈 */
wait_flag = TRUE; /* 等待新的輸入訊號 */
}
}
/* 回存舊的序列埠設(shè)定值 */
tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);
}
/***************************************************************************
* 訊號處理程序. 設(shè)定 wait_flag 為 FALSE, 以使上述的回圈能接收字元 *
***************************************************************************/
void signal_handler_IO (int status)
{
printf("received SIGIO signal.\n");
wait_flag = FALSE;
}
3.4 等待來自多個(gè)訊號來源的輸入
這一段很短. 它只能被拿來當(dāng)成寫程式時(shí)的提示, 故□例程式也很簡短. 但這個(gè)□例不只能用在序列埠上, 還可以用在被當(dāng)成檔案來使用的裝置上.
select 呼叫及伴隨它所引發(fā)的巨集共用 fd_set. fd_set 則是一個(gè)位元陣列, 而其中每一個(gè)位元代表一個(gè)有效的檔案敘述結(jié)構(gòu). select 呼叫接受一個(gè)有效的檔案敘述結(jié)構(gòu)并傳回 fd_set 位元陣列, 而該位元陣列中若有某一個(gè)位元為 1, 就表示相對映的檔案敘述結(jié)構(gòu)的檔案發(fā)生了輸入, 輸出或有例外事件. 而這些巨集提供了所有處理 fd_set 的功能. 亦可參考手冊 select(2).
#include
#include
#include
main()
{
int fd1, fd2; /* 輸入源 1 及 2 */
fd_set readfs; /* 檔案敘述結(jié)構(gòu)設(shè)定 */
int maxfd; /* 最大可用的檔案敘述結(jié)構(gòu) */
int loop=1; /* 回圈在 TRUE 時(shí)成立 */
/* open_input_source 開啟一個(gè)裝置, 正確的設(shè)定好序列埠,
并回傳回此檔案敘述結(jié)構(gòu)體 */
fd1 = open_input_source("/dev/ttyS1"); /* COM2 */
if (fd1<0) exit(0);
fd2 = open_input_source("/dev/ttyS2"); /* COM3 */
if (fd2<0) exit(0);
maxfd = MAX (fd1, fd2)+1; /* 測試最大位元輸入 (fd) */
/* 輸入回圈 */
while (loop) {
FD_SET(fd1, &readfs); /* 測試輸入源 1 */
FD_SET(fd2, &readfs); /* 測試輸入源 2 */
/* block until input becomes available */
select(maxfd, &readfs, NULL, NULL, NULL);
if (FD_ISSET(fd1)) /* 如果輸入源 1 有訊號 */
handle_input_from_source1();
if (FD_ISSET(fd2)) /* 如果輸入源 2 有訊號 */
handle_input_from_source2();
}
}
這個(gè)□例程式在等待輸入訊號出現(xiàn)前, 不能確定它會停頓下來. 如果你需要在輸入時(shí)加入逾時(shí)功能, 只需把 select 呼叫換成:
int res;
struct timeval Timeout;
/* 設(shè)定輸入回圈的逾時(shí)值 */
Timeout.tv_usec = 0; /* 毫秒 */
Timeout.tv_sec = 1; /* 秒 */
res = select(maxfd, &readfs, NULL, NULL, &Timeout);
if (res==0)
/* 檔案敘述結(jié)構(gòu)數(shù)在 input = 0 時(shí), 會發(fā)生輸入逾時(shí). */
這個(gè)程式會在 1 秒鐘後逾時(shí). 如果超過時(shí)間, select 會傳回 0, 但是應(yīng)該留意 Timeout 的時(shí)間遞減是由 select 所等待輸入訊號的時(shí)間為基準(zhǔn). 如果逾時(shí)的值是 0, select 會馬上結(jié)束返回.
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