嵌入式Linux下串口应用编程
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【摘要】本文详细介绍了嵌入式linux下串口应用编程，详细介绍了串口设置的步骤，可以更好的理解串口的工作原理。
【关键词】linux操作系统；串口设置；串口使用
一、引言
串口是一种常用的接口，常用的串口有RS-232-C接口。S3C2410X内部具有两个独立的UART控制器，每个控制器都可以工作在Interrupt（中断）模式或者DMA（直接存储访问）模式。同时，每个UART均具有16字节的FIFO（先入先出寄存器），支持的最高波特率可达到230.4kb/s。UART的操作主要可分为以下几个部分：数据发送、数据接收、产生中断、设置波特率、Loopback模式、红外模式以及硬软流控模式。在linux中，所有的设备文件一般都位于“/dev”下，其中串口1和串口2对应的设备名依次为“/dev/ttyS0”和“/dev/ttyS1”，而且USB转串口的设备名通常为“/dev/ttyUSB0”和“/dev/ttyUSB1”，下面就详细讲解串口应用编程。
二、串口设置详解
读写串口设备时需要设置串口的波特率、校验码、停止位等等，对于应用程序开发来说，对于串口设备的设置主要通过如下的结构体完成的：
#include
struct termios
{
unsigned short c_iflag； /*输入模式标志*/
unsigned short c_oflag； /*输出模式标志*/
unsigned short c_cflag； /*控制模式标志*/
unsigned short c_lflag； /*本地模式标志*/
unsigned short c_line； /*线路规程*/
unsigned short c_cc[NCC]；/*控制特性*/
speed_t cispeed； /*输入速度*/
speed_t c_ospeed； /*输出速度*/
}；
termios是POSIX定义的标准接口，是对虚拟终端、串口等终端类设备的一种抽象。终端有规范模式、非规范模式和原始模式这三种工作模式。上述结构体成员的c_lflag的ICANNON标志位用于定义终端的工作模式类型，如果设置这一位说明终端工作与规范模式下，如果过清除该标志表明终端工作在非规范模式下。默认情况是工作在规范模式下。
在规范模式下，对输入是通过行的方式进行处理的。在输入行结束符（包括回车符、EOF等）之前，系统调用read（）函数是读不到输入的数据。在非规范模式下，输入全部都是即时生效的，既不需要额外输入行结束符，也不需要进行行编辑。在该模式下，用户可以通过对参数MIN（c_cc[VMIN]）和TIME（c_cc[VTIME]）的设置来决定调用read（）函数的方式。下面是4中不同的设置情况。
（1）MIN 以及TIME全部为0的情况下：read（）函数立即返回。若有可读的数据时，则读取数据并返回被读取的字节数，否则读取失败并返回0。
（2）MIN大于0，TIME为0：read（）函数会等待到有MIN个字节可以被读取 ，否则一直处于阻塞状态。
（3）MIN为0，而TIME>0：只要满足两种情形下：a、存在数据可读；b、阻塞TIME的十分之一秒，read函数就会返回，其中返回值为读取到的字节数。如果在有数据可读前超时，则read（）函数返回值为0。
（4）MIN和TIME全都大于0：只有满足如下两种情形之一时，read（）函数才会返回 ：缓存区中有MIN个字节，或者在两个字符之间超时TIME个十分之一秒。
从严格意义上来讲，原始模式是一种特殊的非规范模式。在原始模式下，对输入数据的处理方式是按字节为单位，并且终端是不可回显的。通过调用cfmakeraw（）函数就可以将把终端的该工作模式设置为原始模式。
三、简单的串口设置详解流程
下面以指纹识别系统为例介绍下串口的操作流程。
本系统中，对串口的操作和使用可以分为如下几个部分：串口的初始化（包括串口设备的打开、串口设备属性的设置）、串口数据单字节读取、串口数据的多字节读取、串口数据的单字节写入、串口数据的多字节写入、串口设备的关闭。
1.串口设备的初始化过程
（1）打开串口
在Linux系统中，对设备的操作如同普通文件一样，在本系统中打开串口设备的代码如下所示：
#define DEVICENAME0 "/dev/s3c2410_serial1"
fd=open（DEVICENAME0，O_RDWR| O_NONBLOCK）；
DEVICENAME0表示要打开的串口设备名称，这个和特定的设备相关，在Linux桌面系统上一般为/dev/ttyS*，而在嵌入式系统中，这个根据UART驱动对的板级信息不同而不同，没有统一的规定，在本系统中是/dev/s3c2410_serial1。
O_RDWR表示以读写方式打开串口设备
O_NONBLOCK标志代表将以后的读写操作全以非阻塞模式。注意，这里必须选择非阻塞方式打开，否则会导致程序运行出错。
为了读写串口设备，需要恢复串口读写方式为阻塞状态，以用于等待数据，可用fcntl（）函数实现
if（fcntl（fd，F_SETFL，0）
{
printf（“fcntl F_SETFL＼n”）；
return 1；
}
（2）配置串口设备的属性
在打开串口设备之后，需要对串口设备的属性进行配置。主要包括设置波特率、设置字符大小、设置奇偶校验位、设置停止位以及设置最小字符和等待时间等。
设置串口设备之前，需要先获取当前串口设备的属性，这是因为结构体termios的成员都是和特定寄存器对应的，如果不先获取以前的状态，可能将寄存器中的值全部覆盖，从而导致通信失败，并且在操作完串口设备以后，需要将串口设备的属性恢复到以前的值。获取当前串口设备属性的过程如下：
tcgetattr（fd，&new_cfg）； //从fd代表的串口设备中获取当前的状态并将其保存在new_cfg中。
接下来是将串口设备设置为原始模式，在本系统中需要使用原始模式进行通信
cfmakeraw（&new_cfg）；
将串口通信的字符大小设为8个字符
new_cfg.c_cflag &= ～CSIZE；
new_cfg.c_cflag |= CS8；
设置波特率
cfsetispeed（&new_cfg，BARDRATE）； //设置输入波特率
cfsetospeed（&new_cfg，BARDRATE）； //设置输出波特率
设置奇偶校验位，不适用奇偶校验
new_cfg.c_cflag &= ～PARENB；
new_cfg.c_iflag &= ～INPCK；
设置停止位，使用一个byte
new_cfg.c_cflag &= ～CSTOPB；
设置读取字符大小以及等待时间
new_cfg.c_cc[VTIME]=50； //两个字符之间等待超过5s返回
new_cfg.c_cc[VMIN]=1； //最少读取一个字符
清除串口缓存
该操作是必不可少的，否则会导致串口通信失败。
tcflush（fd，TCIOFLUSH）；
其中TCIOFLUSH表示清空串口的缓存。
接下来需要激活配置
if（（tcsetattr（fd，TCSANOW，&new_cfg））！=0）
{
// perror（"tcsetattr"）；
return 1；
}
串口初始化、串口属性的设置的流程图，如图1所示。
2.串口的读写和关闭
利用串口通信的过程就是对串口设备的读写过程，只需要利用read（）函数和write（）函数对打开的串口设备的文件描述符操作即可。在操作完串口退出程序时，需要将打开的串口关闭，这个过程和关闭普通的文件一样，调用close（）函数即可完成。
四、结束语
本文以指纹识别系统的串口编程为例，阐述了Linux系统下，串口编程的具体设置方法，在本文的基础上再添加上层软件的设计即可完成一个指纹识别系统。
参考文献
[1]于明，范书瑞，曾祥烨.ARM9嵌入式系统设计与开发教程[M].北京：电子工业出版社，2006.
[2]冷玉林.基于ARM的嵌入式Linux系统构建与应用研究[D].重庆：重庆大学硕士学位论文，2010.
[3]华清远见嵌入式培训中心.嵌入式Linux应用程序开发详解[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[4]韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2008.4.
[5]鸟哥著，王世江.鸟哥的Linux私房菜基础学习篇（第三版）[M].北京：人民邮电出版社，2010.
作者简介：
孙甲凯，中北大学信息与通信工程学院硕士研究生，主要从事嵌入式系统开发。
韩慧莲，中北大学信息与通信工程学院教授，硕士生导师。
范敏，中北大学信息与通信工程学院硕士研究生，主要从事信号与信息处理。
刘寅，中北大学信息与通信工程学院硕士研究生，主要从事电气控制与自动测试。