1. Linux串口通信简介
Linux是一种开源操作系统，它提供了一种简单且高效的方式来进行串行通信，即通过串口进行数据的传输。串口通信是一种通过串行接口（即串口）进行数据传输的方式，它在许多应用中非常常见，例如嵌入式系统、物联网和传感器网络等。Linux提供了一种灵活和可扩展的串口通信系统，可以通过串口与外部设备进行通信。
2. Linux串口设备文件
在Linux中，串口通信通过串口设备文件进行操作。这些设备文件通常位于/dev目录下，命名为ttyS0、ttyS1等等。其中，tty表示终端设备，S表示串口设备，后面的数字表示具体的串口号。
2.1 打开串口设备文件
在C语言中，我们可以使用open()系统调用来打开一个串口设备文件，并返回一个文件描述符，我们可以通过该文件描述符来对串口进行读写操作。下面是打开串口设备文件的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
int OpenSerialPort(const char* device)
{
int fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY);
if (fd < 0) {
perror("open");
return -1;
}
return fd;
}
在上面的代码中，我们使用open()函数打开串口设备文件，并且设置了打开方式为读写模式（O_RDWR）和非终端模式（O_NOCTTY）。如果打开成功，open()函数会返回一个文件描述符，否则返回-1。
2.2 配置串口参数
打开串口设备文件后，我们还需要通过一些设置来配置串口的参数，例如波特率、数据位、停止位等等。下面是配置串口参数的示例代码：
int SetSerialPort(int fd, int baudrate, int databits, int stopbits, int parity)
{
struct termios options;
if (tcgetattr(fd, &options) != 0) {
perror("tcgetattr");
return -1;
}
cfsetispeed(&options, baudrate);
cfsetospeed(&options, baudrate);
options.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
options.c_cflag &= ~CSIZE;
switch (databits) {
case 5:
options.c_cflag |= CS5;
break;
case 6:
options.c_cflag |= CS6;
break;
case 7:
options.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
options.c_cflag |= CS8;
break;
default:
return -1;
}
switch (parity) {
case 'N':
options.c_cflag &= ~PARENB;
options.c_iflag &= ~INPCK;
break;
case 'O':
options.c_cflag |= (PARODD | PARENB);
options.c_iflag |= INPCK;
break;
case 'E':
options.c_cflag |= PARENB;
options.c_cflag &= ~PARODD;
options.c_iflag |= INPCK;
break;
default:
return -1;
}
switch (stopbits) {
case 1:
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
break;
case 2:
options.c_cflag |= CSTOPB;
break;
default:
return -1;
}
options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
options.c_oflag &= ~OPOST;
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) != 0) {
perror("tcsetattr");
return -1;
}
return 0;
}
在上面的代码中，我们使用tcgetattr()函数获取当前的串口设置，并通过cfsetispeed()和cfsetospeed()函数设置波特率。然后，我们通过对选项进行位操作来设置数据位、停止位、校验位等参数。最后，使用tcsetattr()函数将设置应用到串口设备上。
2.3 读写串口数据
配置好串口参数后，我们就可以通过文件描述符来进行串口数据的读写操作。具体的读写操作可以使用read()和write()系统调用。下面是读取串口数据和写入串口数据的示例代码：
int ReadSerialPort(int fd, void* buff, size_t len)
{
ssize_t ret = read(fd, buff, len);
if (ret < 0) {
perror("read");
return -1;
}
return ret;
}
int WriteSerialPort(int fd, const void* buff, size_t len)
{
ssize_t ret = write(fd, buff, len);
if (ret < 0) {
perror("write");
return -1;
}
return ret;
}
在上面的代码中，我们使用read()函数从串口中读取数据，并使用write()函数将数据写入串口。
3. 数据传输的有效方式
在进行串口通信时，我们需要考虑一些有效的数据传输方式，以确保数据的可靠性和准确性。下面是一些常用的数据传输方式：
3.1 逐字节传输
逐字节传输是最简单的数据传输方式，即每次只发送或接收一个字节的数据。这种方式的优点是实现简单，但缺点是效率低下，特别是在大量数据传输时，会导致通信延迟增加。
3.2 数据包传输
数据包传输是将数据按照固定大小的包进行划分，并在每个数据包中添加一些控制信息，例如校验和、序列号等。这种方式的优点是可靠性高，容错能力强，但缺点是需要额外的控制信息和处理逻辑。
3.3 帧传输
帧传输是将数据划分为多个帧进行传输，每个帧包含了一定数量的数据。这种方式的优点是实现简单，且可以灵活地控制帧的大小，但缺点是容易出现帧同步问题。
4. 温度传感器数据实时传输示例
为了更好地理解数据传输的方式，我们以温度传感器数据的实时传输为例进行说明。假设我们有一个温度传感器，它可以通过串口将每秒钟采集到的温度值发送到电脑上。
4.1 硬件连接
首先，我们需要将温度传感器连接到电脑的串口。具体的连接方式可以查看温度传感器的文档。
4.2 读取温度数据
接下来，我们需要编写一个程序来读取串口中的温度数据。下面是一个简单的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
int main()
{
int fd = OpenSerialPort("/dev/ttyS0");
if (fd < 0) {
return -1;
}
if (SetSerialPort(fd, B9600, 8, 1, 'N') != 0) {
return -1;
}
char buff[128];
while (1) {
int ret = ReadSerialPort(fd, buff, sizeof(buff));
if (ret > 0) {
printf("Temperature: %s\n", buff);
}
}
close(fd);
return 0;
}
在上面的代码中，我们使用OpenSerialPort()函数打开串口设备文件，并使用SetSerialPort()函数配置串口参数。然后，我们使用ReadSerialPort()函数从串口中读取温度数据，并进行相应的处理。
4.3 显示温度数据
最后，我们可以将读取到的温度数据显示在终端上。我们可以使用一些图表库来绘制实时温度曲线图，以更直观地显示数据。
总结
本文介绍了Linux串口通信的基本概念和操作方法。通过使用串口设备文件、配置串口参数和读写串口数据，我们可以实现与外部设备的数据交互。同时，我们还讨论了一些有效的数据传输方式，并以温度传感器数据的实时传输为例进行说明。