Linux下非阻塞串口通信实现

1. 引言

串口通信是嵌入式系统开发中常用的一种通信方式，它在Linux系统中也得到了广泛的应用。在串口通信中，阻塞模式是默认的工作模式，即当没有数据可读或可写时，进程将会被阻塞，直到有数据可读或可写。然而，有些应用场景需要非阻塞串口通信，即当没有数据可读或可写时，进程不会被阻塞，而是立即返回。

本文将介绍在Linux下如何实现非阻塞串口通信，并提供相应的代码示例。

2. Linux下串口通信基础

2.1 打开串口设备

在Linux下，我们通过打开串口设备文件来进行串口通信。可以使用open函数来打开串口设备文件，比如:

int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR);
if (fd < 0) {
    /* 打开串口设备失败 */
    perror("open");
    return -1;
}

在上面的代码中，我们打开了/dev/ttyS0这个串口设备文件，并且以可读可写的方式打开。

2.2 配置串口参数

在打开串口设备之后，我们需要配置串口的参数，包括波特率、数据位、停止位、校验位等。可以使用termios结构体和相应的函数来配置串口参数，比如:

struct termios newtio, oldtio;
tcgetattr(fd, &oldtio); /* 获取串口设备的默认参数 */
/* 设置串口参数 */
memset(&newtio, 0, sizeof(newtio));
cfsetispeed(&newtio, B115200); /* 设置输入波特率为115200 */
cfsetospeed(&newtio, B115200); /* 设置输出波特率为115200 */
newtio.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); /* 启用本地连接和接收使能 */
newtio.c_cflag &= ~PARENB; /* 不启用校验位 */
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB; /* 设置停止位为1 */
newtio.c_cflag &= ~CSIZE; /* 清除数据位设置 */
newtio.c_cflag |= CS8; /* 设置数据位为8位 */
tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio); /* 更新串口参数 */

在上面的代码中，我们将串口参数设置为波特率为115200、数据位为8位、停止位为1位、不启用校验位。

3. 非阻塞串口通信实现

3.1 设置串口为非阻塞模式

要实现非阻塞串口通信，我们需要将串口设备设置为非阻塞模式。可以使用fcntl函数来实现，如下所示:

int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
flags |= O_NONBLOCK; /* 设置非阻塞模式 */
fcntl(fd, F_SETFL, flags);

在上面的代码中，我们通过fcntl函数获取串口设备的当前文件状态标志，然后将O_NONBLOCK标志位设置上去，即可将串口设备设置为非阻塞模式。

3.2 读取串口数据

在非阻塞串口通信模式下，我们可以使用read函数来读取串口数据。read函数将立即返回已读取的字节数，如果没有数据可读，则返回-1，并且设置errno为EAGAIN。示例代码如下:

char buf[1024];
int ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
if (ret > 0) {
    /* 读取到了数据 */
    printf("Read data: %s\n", buf);
} else if (ret == -1 && errno == EAGAIN) {
    /* 没有数据可读 */
    printf("No data available\n");
} else {
    /* 读取数据出错 */
    perror("read");
    return -1;
}

在上面的代码中，我们首先定义一个缓冲区buf用于存储读取到的数据，然后调用read函数来读取数据。如果read函数返回的是正数，表示成功读取到了数据，我们打印出来。如果read函数返回的是-1，并且errno为EAGAIN，表示当前没有数据可读，我们打印提示信息。其他情况下，表示读取数据出错，我们打印出错信息并返回。

3.3 写入串口数据

在非阻塞串口通信模式下，我们可以使用write函数来写入串口数据。write函数将立即返回已写入的字节数，如果无法写入数据，则返回-1，并且设置errno为EAGAIN。示例代码如下:

char buf[] = "Hello, world!";
int ret = write(fd, buf, sizeof(buf));
if (ret > 0) {
    /* 成功写入了数据 */
    printf("Write data: %s\n", buf);
} else if (ret == -1 && errno == EAGAIN) {
    /* 无法写入数据 */
    printf("Failed to write data\n");
} else {
    /* 写入数据出错 */
    perror("write");
    return -1;
}

在上面的代码中，我们首先定义一个缓冲区buf用于存储要写入的数据，然后调用write函数来写入数据。如果write函数返回的是正数，表示成功写入了数据，我们打印出来。如果write函数返回的是-1，并且errno为EAGAIN，表示当前无法写入数据，我们打印提示信息。其他情况下，表示写入数据出错，我们打印出错信息并返回。

4. 总结

本文介绍了在Linux下实现非阻塞串口通信的方法，并提供了相应的代码示例。通过设置串口设备为非阻塞模式，我们可以实现非阻塞的串口通信，从而满足一些特殊的应用需求。

使用非阻塞串口通信可以避免进程被阻塞，提高系统的响应速度。但需要注意的是，在非阻塞模式下，read和write函数的返回值需要根据具体的情况进行处理，以保证数据的正确读写。

希望本文对你理解和应用非阻塞串口通信有所帮助。