速览体育网

Linux下的串口通信

串口通信基础

串口通信是一种异步串行通信方式,通过数据线、地线等少数几根线路实现数据传输，在Linux系统中，串口设备通常被抽象为字符设备文件，位于/dev目录下，如/dev/ttyS0（COM1）、/dev/ttyUSB0（USB转串口）等，串口通信的核心参数包括波特率、数据位、停止位、校验位和流控，这些参数需在通信两端保持一致才能正常传输数据。

串口设备的管理与配置

在Linux中,串口设备文件由内核自动识别和管理，通过ls -l /dev/tty*命令可以查看系统中的串口设备，若设备未正确识别（如USB转串口），需加载ch341、ftdi_sio等内核模块，串口参数的配置可通过stty命令实现，例如设置波特率为115200、8位数据位、无校验位、1位停止位：

stty -F /dev/ttyS0 115200 cs8 -cstopb -parenb  

setserial命令可用于查看或修改串口硬件属性，如UART类型、中断请求号（IRQ）等。

编程接口与库函数

Linux提供了多种串口编程接口,主要包括系统调用、C标准库及第三方库。

1. 系统调用：
   通过open()、read()、write()、close()等函数直接操作串口设备文件。

   int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);  
   write(fd, "Hello", 5);  
   read(fd, buffer, sizeof(buffer));  
   close(fd);  

   需注意设置终端属性为原始模式（c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG)），避免系统对输入数据进行缓冲或处理。

   

2. Termios库：
   termios是Linux下配置串口的核心API，通过struct termios结构体设置串口参数。

   struct termios options;  
   tcgetattr(fd, &options);  
   cfsetispeed(&options, B115200);  
   cfsetospeed(&options, B115200);  
   options.c_cflag &= ~PARENB;  
   tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);  

   tcgetattr()和tcsetattr()分别用于获取和设置串口属性，TCSANOW表示立即生效。

3. 第三方库：
   如libserialport、Boost.Asio等库提供了更高级的封装，简化了跨平台串口编程。libserialport的sp_open()函数可自动处理设备权限和参数配置。

高级功能与调试技巧

1. 非阻塞与超时设置：
   通过O_NONDELAY标志或fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY)实现非阻塞读取，避免程序因等待数据而阻塞，超时可通过struct termios中的c_cc[VMIN]和c_cc[VTIME]设置，例如VMIN=0, VTIME=1表示读取1个字节后等待0.1秒。

2. 流控机制：
   硬件流控（RTS/CTS）和软件流控（XON/XOFF）可通过c_cflag的CRTSCTS和IXON/IXOFF位启用，防止数据溢出。

   

3. 调试工具：

   • minicom、screen：交互式终端工具，可用于手动测试串口通信。
   • cat /dev/ttyS0：直接读取串口数据，配合echo "data" > /dev/ttyS0发送数据。
   • socat：灵活的端口转发工具，可实现串口与网络数据的双向转换。

应用场景与实例

串口通信在嵌入式系统、工业控制、物联网等领域广泛应用，在树莓派中通过/dev/ttyAMA0与传感器通信：

#include <stdio.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <termios.h>  
int main() {  
    int fd = open("/dev/ttyAMA0", O_RDWR);  
    struct termios options;  
    tcgetattr(fd, &options);  
    cfsetispeed(&options, B9600);  
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);  
    write(fd, "AT\r\n", 4); // 发送AT指令  
    char buffer[100];  
    read(fd, buffer, sizeof(buffer)); // 读取响应  
    printf("%s\n", buffer);  
    close(fd);  
    return 0;  
}  

上述代码通过串口向模块发送AT指令并打印响应,适用于调试串口外设。

Linux下的串口通信通过设备文件和标准系统调用实现,灵活性和可扩展性强，掌握termios配置、编程接口及调试工具，可有效解决实际开发中的通信问题，随着物联网的发展，串口通信仍将在设备互联中发挥重要作用，开发者需深入理解其底层机制，以应对复杂的应用需求。