学习Linux串口编程：深入理解源码

1. 什么是Linux串口编程

Linux串口编程是指在Linux操作系统上使用串口进行通信的编程技术。串口是电脑与外部设备之间进行数据交换的接口，可以用于连接各种设备，如传感器、调制解调器、打印机等。通过串口编程，我们可以实现对这些设备的控制和数据传输。

2. Linux串口编程的基本原理

Linux操作系统通过设备文件/dev/ttyS*或/dev/ttyUSB*来访问串口设备。串口通信数据传输是一种基于字节流的方式，数据发送方将数据以字节的形式连续发送给接收方，接收方则按字节接收并进行处理。在Linux串口编程中，通常使用C语言和系统调用来访问串口设备。

2.1 打开串口设备

在进行串口通信之前，首先需要打开串口设备。打开串口设备的函数为open()，可以接收设备文件路径和标志位作为参数。打开串口设备成功后，会返回一个文件描述符，用于后续的读写操作。

#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);

其中，pathname为设备文件路径，例如/dev/ttyS0；flags表示打开设备的模式，常用的有O_RDWR、O_RDONLY和O_WRONLY等。

2.2 配置串口

打开串口设备后，需要对串口进行一些配置，包括波特率、数据位、停止位、校验位等。可以使用termios结构体和tcsetattr()函数进行串口配置。

#include<termios.h>
int tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p);

其中，fd为文件描述符，optional_actions表示配置操作，常用的有TCSANOW（立即生效）、TCSADRAIN（数据发送完毕后生效）和TCSAFLUSH（数据发送完毕后生效，并且丢弃输入缓冲区中的数据）；termios_p为termios结构体指针，用于设置串口的各种参数。

2.3 读取串口数据

配置完成后，就可以开始读取串口数据了。使用read()函数从串口设备中读取数据，函数可以接收文件描述符、数据缓冲区和读取的字节数作为参数。

#include<unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

其中，fd为文件描述符，buf为数据缓冲区，count为读取的字节数。read()函数会阻塞等待直到读取到指定的字节数。

2.4 发送串口数据

除了读取数据，还可以通过串口发送数据。使用write()函数从串口设备中发送数据，函数可以接收文件描述符、数据缓冲区和写入的字节数作为参数。

#include<unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

其中，fd为文件描述符，buf为数据缓冲区，count为写入的字节数。write()函数会阻塞直到写入指定的字节数，如果写入失败则返回-1。

3. 实例：读取串口温度传感器数据

下面以一个读取串口温度传感器数据的实例来说明Linux串口编程的使用。假设串口设备文件为/dev/ttyS0，波特率为9600。首先需要打开串口设备并进行配置，然后循环读取并打印温度数据。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<termios.h>
int main()
{
    int fd;
    char buf[256];
    // 打开串口设备
    fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return -1;
    }
    // 配置串口
    struct termios options;
    tcgetattr(fd, &options);
    cfmakeraw(&options);
    cfsetispeed(&options, B9600);
    cfsetospeed(&options, B9600);
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);
    // 读取串口数据
    while (1) {
        ssize_t len = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if (len < 0) {
            perror("read");
            break;
        }
        // 打印温度数据
        printf("Temperature: %s\n", buf);
    }
    // 关闭串口设备
    close(fd);
    return 0;
}

上述代码中，首先使用open()函数打开/dev/ttyS0设备文件，并进行错误检查。然后使用tcgetattr()函数获取当前串口配置，cfmakeraw()函数将options结构体设置为原始模式，cfsetispeed()和cfsetospeed()函数将波特率设置为9600，最后使用tcsetattr()函数进行配置。接着使用read()函数循环从串口中读取数据，并使用printf()函数打印温度数据。最后使用close()函数关闭串口设备。

4. 结论

通过本文，我们深入理解了Linux串口编程的基本原理和使用方法，使用了open()、tcsetattr()、read()和write()等函数进行串口设备的打开、配置以及数据的读写。希望本文对读者对Linux串口编程有一定的帮助。