Linux串口属性设置

1. 属性描述

串口属于终端设备，其接口属性用termios结构描述，如程序清单13.9所示。

程序清单13.9 termios结构

struct termios {tcflag_t  c_cflag/* 控制标志*/tcflag_t  c_iflag;/* 输入标志*/tcflag_t  c_oflag;/* 输出标志*/tcflag_t  c_lflag;/* 本地标志*/tcflag_t  c_cc[NCCS];/* 控制字符*/
};

粗略而言，

控制标志影响到RS-232串行线（如：忽略调制解调器的状态线、每个字符需要一个或两个停止位等），

输入标志由终端设备驱动程序用来控制字符的输入（如：剥除输入字节的第8位，允许输入奇偶校验等），

输出控制则控制驱动程序输出（如：执行输出处理、将换行符映射为CR/LF等），

本地标志影响驱动程序和用户之间的接口（如：本地回显的开和关等），

c_cc数组则包含了所有可以更改的特殊字符。

（1）控制标志

c_cflag成员控制着波特率、数据位、奇偶校验、停止位以及流控制，表13.4列出了c_cflag可用的部分选项。

c_cflag成员的CREAD和CLOCAL选项通常是要启用的，这两个选项使驱动程序启动接收字符装置，同时忽略串口信号线的状态。

表13.4 c_cflag部分可用选项
标志	说明	标志	说明
CBAUD	波特率位屏蔽	CSIZE	数据位屏蔽
B0	0位/秒（挂起）	CS5	5位数据位
B110	100位/秒	CS6	6位数据位
B134	134位/秒	CS7	7位数据位
B1200	1200位/秒	CS8	8位数据位
B2400	2400位/秒	CSTOPB	2位停止位，否则为1位
B4800	4800位/秒	CREAD	启动接收
B9600	9600位/秒	PARENB	进行奇偶校验
B19200	19200位/秒	PARODD	奇校验，否则为偶校验
B57600	57600位/秒	HUPCL	最后关闭时断开
B115200	115200位/秒	CLOCAL	忽略调制调解器状态行
B460800	460800位/秒	—	—

（2）输入标志

c_iflag成员负责控制串口输入数据的处理，表13.5所示是c_iflag的部分可用标志。

表13.5 c_iflag标志
标志	说明
INPCK	打开输入奇偶校验
IGNPAR	忽略奇偶错字符
PARMRK	标记奇偶错
ISTRIP	剥除字符第8位
IXON	启用/停止输出控制流起作用
IXOFF	启用/停止输入控制流起作用
IGNBRK	忽略BREAK条件
INLCR	将输入的NL转换为CR
IGNCR	忽略CR
ICRNL	将输入的CR转换为NL

设置输入校验

当c_cflag成员的PARENB（奇偶校验）选项启用时，c_iflag的也应启用奇偶校验选项。

操作方法是启用INPCK和ISTRIP选项：

options.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);

注意：IGNPAR选项在一些场合的应用带有一定的危险性，它指示串口驱动程序忽略奇偶校验错误，也就是说，IGNPAR使奇偶校验出错的字符也通过输入。这在测试通信链路的质量时也许有用，但在通常的数据通信应用中不应使用。

设置软件流控制

使用软件流控制是启用IXON、IXOFF和IXANY选项：

options.c_iflag |= (IXON | IXOFF | IXANY);

相反，要禁用软件流控制是禁止上面的选项：

options.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);

（3）输出标志

c_oflag成员管理输出过滤，如表13.6所示是c_oflag成员的部分选项标志。

表13.6 c_oflag标志
标志	说明
BSDLY	退格延迟屏蔽
CMSPAR	标志或空奇偶性
CRDLY	CR延迟屏蔽
FFDLY	换页延迟屏蔽
OCRNL	将输出的CR转换为NL
OFDEL	填充符为DEL，否则为NULL
OFILL	对于延迟使用填充符
OLCUC	将输出的小写字符转换为大写字符
ONLCR	将NL转换为CR-NL
ONLRET	NL执行CR功能
ONOCR	在0列不输出CR
OPOST	执行输出处理
OXTABS	将制表符扩充为空格

启用输出处理

启用输出处理需要在c_oflag成员中启用OPOST选项，其操作方法如下：

options.c_oflag |= OPOST;

使用原始输出

使用原始输出，就是禁用输出处理，使数据能不经过处理、过滤地完整地输出到串口接口。当OPOST被禁止，c_oflag其它选项也被忽略，其操作方法如下：

options.c_oflag &= ~OPOST;

（4）本地标志

本地标志c_lflag控制着串口驱动程序如何管理输入的字符，如表13.7所示是c_lflag的部分可用标志。

表13.7 c_lflag标志
标志	说明
ISIG	启用终端产生的信号
ICANON	启用规范输入
XCASE	规范大/小写表示
ECHO	进行回送
ECHOE	可见擦除字符
ECHOK	回送kill符
ECHONL	回送NL
NOFLSH	在中断或退出键后禁用刷清
IEXTEN	启用扩充的输入字符处理
ECHOCTL	回送控制字符为^(char)
ECHOPRT	硬拷贝的可见擦除方式
ECHOKE	Kill的可见擦除
PENDIN	重新打印未决输入
TOSTOP	对于后台输出发送SIGTTOU

选择规范模式

规范模式是行处理的。调用read读取串口数据时，每次返回一行数据。当选择规范模式时，需要启用ICANON、ECHO和ECHOE选项：

options.c_lflag |= (ICANON | ECHO | ECHOE);

当串口设备作为用户终端时，通常要把串口设备配置成规范模式。

选择原始模式

在原始模式下，串口输入数据是不经过处理的，在串口接口接收的数据被完整保留。要使串口设备工作在原始模式，需要关闭ICANON、ECHO、ECHOE和ISIG选项，其操作方法如下：

options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);

（5）控制字符组

c_cc数组的长度是NCCS，一般介于15-20之间。c_cc数组的每个成员的下标都用一个宏表示，表13.8列出了c_cc的部分下标标志名及其对应说明。

表13.8 c_cc标志
标志	说明
VINTR	中断
VQUIT	退出
VERASE	擦除
VEOF	行结束
VEOL	行结束
VMIN	需读取的最小字节数
VTIME	与“VMIN”配合使用，是指限定的传输或等待的最长时间

在规范模式下，调用read读取串口数据时，通常是返回一行数据。而在原始模式下，串口输入数据是不分行的。在原始模式下，返回读取数据的数量需要考虑两个变量：MIN和TIME。MIN和TIME在c_cc数组中的下标名为VMIN和VTIME。

MIN是指一次read调用期望返回的最小字节数。TIME与MIN组合使用，其具体含义分以下四种情形：

1）当MIN > 0，TIME > 0时

TIME为接收到第一个字节后允许的数据传输或等待的最长分秒数（1分秒= 0.1秒）。定时器在收到第一个字节后启动，在计时器超时之前，若已收到MIN个字节，则read返回MIN个字节，否则，在计时器超时后返回实际接收到的字节。

注意：因为只有在接收到第一个字节时才启动，所以至少可以返回1个字节。这种情形中，在接到第一个字节之前，调用者阻塞。如果在调用read时数据已经可用，则如同在read后数据立即被接到一样。

2）当MIN > 0，TIME = 0时

MIN个字节完整接收后，read才返回，这可能会造成read无限期地阻塞。

3）当MIN = 0, TIME > 0时

TIME为允许等待的最大时间，计时器在调用read时立即启动，在串口接到1字节数据或者计时器超时后即返回，如果是计时器超时，则返回0。

4）当MIN = 0，TIME = 0时

如果有数据可用，则read最多返回所要求的字节数，如果无数据可用，则read立即返回0。

2. 属性设置

使用函数tcgetattr和tcsetattr可以获取和设置串口termios结构属性，如程序清单13.10所示。

程序清单13.10设置和获取termios结构属性

#include <termios.h>/* 使用终端接口函数需要使用此头文件*/
int tcgetattr(int fd, struct termios *termptr);
int tcsetattr(int fd, int opt, const struct termios *termptr);

其中：fd为串口设备文件描述符，termptr参数在tcgetattr函数中是用于存放串口设置的termios结构体，opt是整形变量，使用方法如下：

1）TCSANOW：更改立即发生；

2）TCSADRAIN：发送了所有输出后更改才发生，若更改输出参数则应用此选项；

3）TCSAFLUSH：发送了所有输出后更改才发生，更进一步，在更改发生时未读的所有输入数据被删除（Flush）。

在串口驱动程序里，有输入缓冲区和输出缓冲区。在改变串口属性时，缓冲区中的数据可能还存在，这时需要考虑到更改后的属性什么时候起作用。tcsetattr的参数opt可以指定在什么时候新的串口属性才起作用。

上述两函数执行时，若成功则返回0，若出错则返回-1。

掌握了如何获取和设置串口的属性结构后，下面将介绍串口主要属性的修改，即修改termios结构体的成员。

termios结构体的各个成员的各个选项中除需要用屏蔽标志的选项外（如波特率选项、数据位选项等），都是按位表示的，对这些选项的设置或清除可以直接用“^”或“&”逻辑运算来完成。

需要用屏蔽标志的选项的话则需要先用“&”运算清除原设置，再用“^”运算设置新选项。例如，为了设置字符长度，需先用字符长度屏蔽标志CSIZE将表示字符长度的位清0，然后再将对应位设置为CS5、CS6、CS7或CS8。

（1）设置波特率

串口的输入和输出波特率可分别用cfsetispeed()和cfsetospeed()函数来设置，如程序清单13.11所示。

程序清单13.11设置串口输入/输出波特率函数

#include <termios.h>
int cfsetispeed(struct termios *termptr, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termptr, speed_t speed);

这两个函数若执行成功返回0，若出错则返回-1。

使用这两个函数时，应当理解输入、输出波特率是存在串口设备termios结构中的。在调用任一cfset函数之前，先要用tcgetattr获得设备的termios结构。与此类似，在调用任一cfset函数后，波特率都被设置到termios结构中。为使这种更改影响到设备，应当调用tcsetattr函数。操作方法如程序清单13.12所示。

程序清单13.12设置波特率示例

if (tcgetattr(fd, &opt)< 0) {return ERROR;
}cfsetispeed(&opt, B9600);
cfsetospeed(&opt, B9600);if (tcsetattr(fd,   TCSANOW,   &opt)<0) {return   ERROR;
}

（2）设置数据位

设置数据位不需要专用的函数，只需要在设置数据位之前用数据位屏蔽标志（CSIZE）把对应数据位清零，然后再设置新的数据位即可，如下所示：

options.c_cflag &= ~CSIZE;/* 先把数据位清零*/
options.c_cflag |= CS8;/* 把数据位设置为8位*/

（3）设置奇偶校验

正如设置数据位一样，设置奇偶校验是在直接在cflag成员上设置。下面是各种类型的校验设置方法。

1）无奇偶校验（8N1）：

options.c_cflag &= ~PARENB;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS8;

2）7位数据位奇偶校验（7E1）：

options.c_cflag |= PARENB;
options.c_cflag &= ~PARODD;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS7;

3）奇校验（7O1）：

options.c_cflag|= PARENB;
options.c_cflag |= PARODD;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS7;

串口设置示例：

static int UART2_Init(void)
{struct termios opt; //属性描述fdUart2 = open(DEV_UART2, O_RDWR | O_NOCTTY);             if(fdUart2 < 0) {perror(DEV_UART2);return -1;}tcgetattr(fdUart2, &opt);     //获取串口属性结构体对象cfsetispeed(&opt, B38400);    //设置输入波特率cfsetospeed(&opt, B38400);    //设置输出波特率/* raw mode */   //偶校验opt.c_lflag   &=   ~(ECHO | ICANON | IEXTEN |ISIG); //设置本地标志：不进行回送，关闭规范输入，关闭扩充输入字符处理，关闭终端产生的信号opt.c_iflag   &=  ~(IXON | ISTRIP);       // 关闭输出流控制, 不剥除第8位opt.c_iflag   |= (ICRNL | BRKINT | INPCK);// 将输入的CR转换为NL，使得输入和输出队列被刷新 ，打开奇偶校验opt.c_oflag   &=   ~(OPOST);              // 设置输出标志：不执行输出处理opt.c_cflag   &=   ~(PARODD | CSIZE);     // 关闭输入输出是奇校验 ，使用屏蔽位opt.c_cflag   |=   (CS8 | CLOCAL | CREAD | PARENB);//8位数据位，保证程序不会占用串口，能够从串口读取输入数据，允许输出产生奇偶信息以及输入的奇偶校验/*'DATA_LEN' bytes can be read by serial*/opt.c_cc[VMIN]   =   DATA_LEN;   //读取字符的最少个                                   opt.c_cc[VTIME]  =   1;        //读取一个字符等待1*（1/10）stcflush(fdUart2,TCIOFLUSH);  //清空所有正在发生的IO数据if (tcsetattr(fdUart2, TCSANOW, &opt) < 0) //激活配置（将修改后的termios数据设置到串口）{return   -1;}return fdUart2;
}

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