Linux下串口传输实现方法

1. 串口传输简介

串口传输是计算机与外部设备进行数据传输的一种常见方式。在Linux系统中，可以使用串口（也称为UART）与其他设备进行通信，例如与单片机、传感器等进行数据交互。

2. Linux下串口设备文件

在Linux系统中，串口设备对应的文件位于/dev目录下，通常以tty开头。例如，ttyS0表示第一个串口设备，ttyUSB0表示第一个USB串口设备。通过打开串口设备文件，我们可以读写串口数据。

2.1 打开串口设备文件

在Linux系统中，可以通过C语言的open()函数打开串口设备文件，示例如下：

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    int fd;
    fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd == -1)
    {
        perror("Error opening serial port");
        return -1;
    }
    // ...
    close(fd);
    return 0;
}

在上述代码中，使用open()函数打开了/dev/ttyS0串口设备文件，并且设置了读写权限。如果打开失败，会输出错误信息并返回-1。

2.2 配置串口参数

打开串口设备文件后，我们需要通过设置串口参数来配置通信的波特率、数据位、停止位等参数。可以使用termios结构体来配置串口参数，示例如下：

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    int fd;
    fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd == -1)
    {
        perror("Error opening serial port");
        return -1;
    }
    
    struct termios serial_cfg;
    if (tcgetattr(fd, &serial_cfg) != 0)
    {
        perror("Error getting serial port attributes");
        return -1;
    }
    
    serial_cfg.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    serial_cfg.c_iflag = IGNPAR;
    serial_cfg.c_oflag = 0;
    serial_cfg.c_lflag = 0;
    
    if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &serial_cfg) != 0)
    {
        perror("Error setting serial port attributes");
        return -1;
    }
    
    // ...
    
    close(fd);
    return 0;
}

在上述代码中，使用tcgetattr()函数获取当前串口设备的参数，然后通过修改serial_cfg结构体中的各个参数来配置串口。例如，通过设置c_cflag参数可以配置波特率为9600，数据位为8位，无校验位等。最后，使用tcsetattr()函数将修改后的参数应用到串口设备。

3. 串口读写数据

配置完串口参数后，我们可以通过read()和write()函数来进行串口数据的读写。

3.1 读取串口数据

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
#define BUFFER_SIZE 256
int main()
{
    int fd;
    fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd == -1)
    {
        perror("Error opening serial port");
        return -1;
    }
    
    // 设置串口参数...
    
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    ssize_t num_bytes;
    
    num_bytes = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE);
    if (num_bytes == -1)
    {
        perror("Error reading from serial port");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("Received %ld bytes from serial port\n", num_bytes);
        // 对接收到的数据进行处理...
    }
    // ...
    
    close(fd);
    return 0;
}

在上述代码中，使用read()函数从串口设备中读取数据，读取的数据存放在buffer数组中。read()函数返回实际读取的字节数，如果返回-1，则表示读取错误。

3.2 发送串口数据

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    int fd;
    fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd == -1)
    {
        perror("Error opening serial port");
        return -1;
    }
    
    // 设置串口参数...
    
    char *data = "Hello, serial port!";
    ssize_t num_bytes;
    
    num_bytes = write(fd, data, strlen(data));
    if (num_bytes == -1)
    {
        perror("Error writing to serial port");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("Sent %ld bytes to serial port\n", num_bytes);
    }
    // ...
    
    close(fd);
    return 0;
}

在上述代码中，使用write()函数向串口设备发送数据。需要注意的是，write()函数的第二个参数是待发送数据的缓冲区指针，第三个参数是待发送数据的字节数。

4. 结束语

本文介绍了在Linux系统中实现串口传输的方法。通过打开串口设备文件并配置串口参数，我们可以实现与外部设备的数据交互。同时，通过read()函数读取串口数据和write()函数发送串口数据，我们可以实现与外部设备的实时通信。

在实际的应用中，还可以根据需要进一步封装串口读写函数，提高代码复用性和可扩展性。另外，对于复杂的串口通信协议，我们还可以使用专门的库来简化开发过程。