11. 串口通讯¶
本章主要讲解LubanCat-AW系列板卡的26pin引脚中串口的基本使用。
本章的示例代码目录为：base_linux/uart
11.2. 使能串口接口¶
串口在默认情况是关闭状态的，需要自行使能才能使用
11.2.1. 方法一¶
可以通过打开 /boot/uEnv.txt 查看是否启用了uart相关设备设备树插件。
注意
开启UART2和UART5设备树插件时，需要将其对应物理引脚的其他功能设备树插件删除
这里以激活 UART2 和 UART5 为例，选择需要开启的设备树插件，粘贴到 overlays= 后面，多个设备树插件开启，设备树插件之间要用空格隔开，如下图:
然后重启激活设备
注解
如果是通过直接拔插电源的方式来重启设备，有可能出现文件没能做出修改 （原因：文件未能及时从内存同步到存储设备中。解决方法：在终端上输入 “sync” 再拔电关机）
11.3. 检查串口设备¶
查看串口有没有成功使能
1 2 | #执行命令查看终端设备
ls /dev/tty*
|
ttyAS2和ttyAS5分别对应UART2和UART5
如下图(这里使用的是LubanCat-A1):
11.4. 串口通讯实验（Shell）¶
本次实验以LubanCat-A1板卡进行讲解，全志系列的其他板卡操作类似，这里就不过多赘述了。 这里使用板卡上的串口2和串口5进行实验，对应的设备文件分别为/dev/ttyAS2和/dev/ttyAS5。 通过对tty的设备文件直接读写就可以控制设备通过串口收发数据，下面我们使用板卡本身的UART2和UART5串口进行测试。
11.4.1. 连接串口¶
实验前需要使用杜邦线按照如下连接方式连接起来。
1 2 3 | 板子 - 板子
UART2_RX(3) --- UART5_TX(8)
UART2_TX(5) --- UART5_RX(10)
|
11.4.2. 查询串口的通信参数¶
串口外设使能后，在/dev目录下会生成ttyAS2和ttyAS5设备文件，可以通过使用stty工具查询其通信参数
1 2 3 | #在板卡的终端执行如下命令
stty -F /dev/ttyAS2
stty -F /dev/ttyAS5
|
如下图:
11.4.3. 修改串口波特率¶
1 2 3 | #设置通讯速率，其中ispeed为输入速率，ospeed为输出速率
stty -F /dev/ttyAS2 ispeed 115200 ospeed 115200
stty -F /dev/ttyAS5 ispeed 115200 ospeed 115200
|
如下图:
可以看到串口波特率从原来的9600改成了115200
11.4.5. 通讯测试¶
下面我们使用鲁班猫A1板卡进行UART2和UART5相互通讯测试
打开两个终端，其中一个终端输入：
1 2 3 4 | #使用cat命令读取终端设备文件
cat /dev/ttyAS2
#cat命令会等待
#终端会输出接收到的内容
|
另一个终端输入：
1 2 3 4 5 6 | #在板卡上的终端执行如下指令
#使用echo命令向终端设备文件写入字符串
echo Hello,lubancat! > /dev/ttyAS5
echo hello > /dev/ttyAS5
echo "我在通过uart5发消息" > /dev/ttyAS5
#另一个终端会接收到内容
|
结果如下图所示：
11.5. 串口通讯实验（系统调用）¶
如果只是想通过串口终端设备收发数据，那么使用open、read、write等系统调用能轻易实现， 操作的原理和前面的led、gpio、input设备并无区别，都是读写设备文件。 但是led、gpio和input除了主设备文件，还有众多的属性文件配合用于设置设备的运行参数， 如led的trigger文件，gpio的direction文件，而终端设备却没有其它的属性文件， 那么stty命令是如何配置终端设备参数的呢？
11.5.1. 实验¶
本次实验以LubanCat-A1板卡讲解，其他板子的操作和本实验类似，这里就不过多赘述了。 使用板卡上的串口2进行实验，对应的设备文件为/dev/ttyAS2。下面我们使用板卡本身的UART2串口进行测试。
该实验需要连接三根杜邦线且需要关闭回显。这里使用MobaXterm作为串口调试工具进行调试
连接方式：
1 2 3 4 | 板子 - 串口模块
UART2_RX(3) --- TXD
UART2_TX(5) --- RXD
GND --- GND
|
11.5.1.1. 代码¶
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 | #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <termios.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
//第一部分代码/
//根据具体的设备修改
const char default_path[] = "/dev/ttyAS2";
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
int res;
char *path;
char buf[1024] = "Embedfire tty send test.\n";
//第二部分代码/
//若无输入参数则使用默认终端设备
if (argc > 1)
path = argv[1];
else
path = (char *)default_path;
//获取串口设备描述符
printf("This is tty/usart demo.\n");
fd = open(path, O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("Fail to Open %s device\n", path);
return 0;
}
//第三部分代码/
struct termios opt;
//清空串口接收缓冲区
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
// 获取串口参数opt
tcgetattr(fd, &opt);
//设置串口输出波特率
cfsetospeed(&opt, B115200);
//设置串口输入波特率
cfsetispeed(&opt, B115200);
//设置数据位数
opt.c_cflag &= ~CSIZE;
opt.c_cflag |= CS8;
//校验位
opt.c_cflag &= ~PARENB;
opt.c_iflag &= ~INPCK;
//设置停止位
opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
//更新配置
tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);
printf("Device %s is set to 115200bps,8N1\n",path);
//第四部分代码/
do {
//发送字符串
write(fd, buf, strlen(buf));
//接收字符串
while((res = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0)
{
buf[res] = '\0';
printf("Receive res = %d bytes data: %s\n",res, buf);
}
} while (res >= 0);
printf("read error,res = %d",res);
close(fd);
return 0;
}
|
11.5.2. 代码分析¶
我们直接通过修改串口终端参数的示例代码来解答这个疑惑，源码如下所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 | #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <termios.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
//第一部分代码/
//根据具体的设备修改
const char default_path[] = "/dev/ttyAS2";
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
int res;
char *path;
char buf[1024] = "Embedfire tty send test.\n";
//第二部分代码/
//若无输入参数则使用默认终端设备
if (argc > 1)
path = argv[1];
else
path = (char *)default_path;
//获取串口设备描述符
printf("This is tty/usart demo.\n");
fd = open(path, O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("Fail to Open %s device\n", path);
return 0;
}
//第三部分代码/
struct termios opt;
//清空串口接收缓冲区
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
// 获取串口参数opt
tcgetattr(fd, &opt);
//设置串口输出波特率
cfsetospeed(&opt, B115200);
//设置串口输入波特率
cfsetispeed(&opt, B115200);
//设置数据位数
opt.c_cflag &= ~CSIZE;
opt.c_cflag |= CS8;
//校验位
opt.c_cflag &= ~PARENB;
opt.c_iflag &= ~INPCK;
//设置停止位
opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
//更新配置
tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);
printf("Device %s is set to 115200bps,8N1\n",path);
//第四部分代码/
do {
//发送字符串
write(fd, buf, strlen(buf));
//接收字符串
while((res = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0)
{
buf[res] = '\0';
printf("Receive res = %d bytes data: %s\n",res, buf);
}
} while (res >= 0);
printf("read error,res = %d",res);
close(fd);
return 0;
}
|
为便于讲解，我们把代码分成四个部分：
第一部分：定义了默认使用的串口终端设备路径及其它一些变量。
第二部分：根据main函数的入参是否有输入确认使用哪个设备路径，并通过open函数的O_RDWR可读写模式打开该设备。
第三部分：定义了一个结构体termios用于获取、设置终端设备的参数，包括波特率、数据位数、校验位等， 这是本章的重点，将在下一小节进行详细说明。
第四部分：在while循环中对终端设备使用read和write进行读写，从而控制串口收发数据。 其中代码在接收到的内容末尾加了’0’结束符，主要是为了方便使用字符串的方式处理内容。
11.5.2.1. termios结构体¶
示例代码中的第三部分，使用了termios结构体，它是在POSIX规范中定义的标准接口。 Linux系统利用termios来设置串口的参数，它是在头文件<termios.h>包含的<bits/termios-struct.h>中定义的， 该文件中还包含了各个结构体成员可使用的宏值， 请自己使用locate命令查找该文件打开来阅读，关于termios结构体的定义摘录如下所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | struct termios {
tcflag_t c_iflag; /* input mode flags */
tcflag_t c_oflag; /* output mode flags */
tcflag_t c_cflag; /* control mode flags */
tcflag_t c_lflag; /* local mode flags */
cc_t c_line; /* line discipline */
cc_t c_cc[NCCS]; /* control characters */
speed_t c_ispeed; /* input speed */
speed_t c_ospeed; /* output speed */
#define _HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_ISPEED 1
#define _HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_OSPEED 1
};
|
下面我们介绍一下结构体各个成员，主要是关注c_iflag、c_cflag以及c_ispeed、c_ospeed即可;
c_iflag：输入（input）模式标志，用于控制如何对串口输入的字符进行处理，常用的选项值详见下表。
表 c_iflag 选项值
选项值 |
作用 |
|---|---|
INPCK |
启用输入奇偶校验 |
IGNPAR |
忽略帧错误和奇偶检验错误 |
IGNCR |
忽略输入中的回车 |
IXON |
开启XON/XOFF流控制 |
IXOFF |
关闭XON/XOFF流控制 |
c_oflag：输出（output）模式标志，用于控制串口的输出模式，常用的选项值详见下表。
表 c_oflag 选项值
选项值 |
作用 |
|---|---|
ONLCR |
将输出中的换行符NL映射为回车-换行CR |
OCRNL |
将输出的回车映射为换行符 |
ONLRET |
不输出回车 |
OFILL |
发送填充字符串 |
c_cflag：控制（control）模式标志，用于控制串口的基本参数，如数据位、停止位等， 常用的选项值详见下表。
提示
c_cflag结构体成员包含波特率的参数
表 c_cflag 选项值
选项值 |
作用 |
|---|---|
CSIZE |
设置数据位长度，可以配置为CS5、CS6、CS7、CS8。 |
CSTOPB |
如果设置 CSTOPB 标志，则使用两位停止位 |
PARENB |
使能奇偶检验 |
PARODD |
设置为奇校验 |
c_lflag：本地（local）模式标志，主要用于控制驱动程序与用户的交互，在串口通信中， 实际上用不到该成员变量，常用的选项值详见下表。
表 c_lflag 选项值
选项值 |
作用 |
|---|---|
ISIG |
如果设置 ISIG 标志，当接收到字符INTR、QUIT等字符，系统会产生相应的信号。 |
ECHO |
是否需要回显字符 |
ICANON |
若设置了 ICANON 标志，则表示终端处于规范式输入状态，允许使用特殊字符EOF、KILL等 |
ECHONL |
若该标志位和ICANON标志位同时被设置，则回显换行符NL |
c_cc[NCCS]：该数组包含了终端的所有特殊字符， 可以修改特殊字符对应的键值（Ctrl+C产生的^C，ASCII码为0x03），部分内容详见下表。
表 c_cc中各成员对应的下标值
数组的下标值 |
作用 |
|---|---|
VINTR |
中断字符，若接收到该字符时，会发送SIGINT信号。当设置了c_lflag的ISIG标志位时，该字母不再作为输入传递。 |
VERASE |
删除字符，删除上一个字符。 |
VIM |
设置非标准模式读取的最小字节数 |
VTIM |
设置非标准模式读取时的延时值，单位为十分之一秒。 |
c_ispeed和c_ospeed：记录串口的输入和输出波特率（input speed和output speed）， 部分可取值如下代码所示，宏定义中的数字以“0”开头，在C语言中这是表示8进制数字的方式。
1 2 3 4 5 6 7 8 | //注意以0开头的数字在是C语言的8进制数字形式
#define B1200 0000011
#define B1800 0000012
#define B2400 0000013
#define B4800 0000014
#define B9600 0000015
#define B19200 0000016
#define B38400 0000017
|
宏定义：termios结构体内部有_HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_ISPEED和_HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_OSPEED两个宏定义， 它们的宏值都为1，表示它支持c_ispeed和c_ospeed表示方式， 部分标准中不支持使用这两个结构体成员表示波特率，而只使用c_cflag来表示。
直接看结构体的定义比较抽象，下面我们以修改串口波特率、数据位、校验位和停止位的示例代码进行讲解。 接下来几个小节的代码，是我们从配套代码仓库/linux_app/tty/c_full/sources/bsp_uart.c文件截取的， 该文件以比较完善的方式封装了串口的配置，而本书提取出了代码中的重点进行分析， 感兴趣的读者可以打开配套的工程文件阅读。
11.5.2.1.1. 配置串口波特率¶
修改终端串口波特率的示例代码如下所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | //定义termios型变量opt
struct termios opt;
//fd是使用open打开设备文件得到的文件句柄
// 获取串口参数opt
tcgetattr(fd, &opt);
//设置串口输出波特率
cfsetospeed(&opt, B9600);
//设置串口输入波特率
cfsetispeed(&opt, B9600);
//更新配置
tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);
|
代码中使用到了头文件termios.h的库函数tcgetattr、cfsetispeed、cfsetospeed和tcsetattr。
其中tcgetattr和tcsetattr函数分别用于读取和设置串口的参数，原型如下：
1 2 3 4 5 6 7 | #include <termios.h>
#include <unistd.h>
int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
int tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p);
|
形参fd：指定串口设备文件的文件描述符。
形参termios_p：指向串口参数的结构体termios，tcgetattr读取到的参数会保存在该结构体中， 而tcsetattr则根据该结构体配置设备参数。
形参optional_actions：仅tcsetattr函数有这个参数，它用于指示配置什么时候生效， 它支持的配置参数如下：
TCSANOW表示立即生效。
TCSADRAIN表示待所有数据传输结束后配置生效。
TCSAFLUSH表示输入输出缓冲区为空时配置有效。
跟示例代码中的一样，通常都使用选项TCSANOW，让写入的参数配置立马生效。
代码中的cfsetispeed和cfsetospeed函数分别用于设置termios结构体的输入和输出波特率， 另外还有cfsetspeed函数可以同时设置输入和输出波特率参数为相同的值，原型如下：
1 2 3 4 5 | int cfsetispeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);
int cfsetspeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);
|
使用这些函数要注意两点：
speed参数需要使用类似前面代码定义的宏值。
这三个函数只是修改了termios的opt变量的内容，并没有写入到设备文件， 因此在修改完它的内容后，还需要调用tcsetattr函数，把opt变量中的配置写入到设备，使它生效。
这就是修改终端设备参数的过程，读取原配置、修改termios参数、写入termios参数。
11.5.2.1.2. 配置串口停止位¶
c_cflag中的标志位CSTOPB，用于设置串口通信停止位的长度。若该值为0， 则停止位的长度为1位；若设置该位为1，则停止位的长度为两位，具体实现如下所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 | //在bits/termios.h文件中关于CSTOPB的定义
//注意以0开头的数字在是C语言的8进制数字形式
#define CSTOPB 0000100
//
//设置停止位示例
//定义termios型变量opt
struct termios opt;
// 获取串口参数opt
tcgetattr(fd, &opt);
/* 设置停止位*/
switch (stopbits)
{
//设置停止位为1位
case 1:
opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
break;
//设置停止位为2位
case 2:
opt.c_cflag |= CSTOPB;
break;
}
//更新配置
tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);
|
示例代码依然是采取了获取当前参数、修改配置、更新配置的套路。
修改配置的代码中使用了 &=~ 、|= 这种位操作方法，主要是为了避免影响到变量中的其它位，
因为在c_cflag的其它位还包含了校验位、数据位和波特率相关的配置，如果直接使用“=”赋值，
那其它配置都会受到影响，而且操作不方便。在后面学习裸机开发，对寄存器操作时会经常用到这种方式。
若没接触过这些位操作方式，可参考本书附录中《第65章 位操作方法》的说明。
简单来说，示例中的 &=~ 把c_cflag变量中CSTOPB对应的数据位清0，
而 |= 则把c_cflag变量中CSTOPB对应的数据位置1，
达到在不影响其它配置的情况下把停止位配置为1位或两位。
11.5.2.1.3. 配置串口校验位¶
配置串口的校验位涉及到termios成员c_cflag的标志位PARENB、PARODD 以及c_iflag的标志位INPCK， 其中PARENB和INPCK共同决定是否使能奇偶校验，而PARODD决定使用奇校验还是偶校验， 配置的示例代码如下所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 | //bits/termios.h的位定义
//注意以0开头的数字在是C语言的8进制数字形式
/* c_cflag bit meaning */
#define PARENB 0000400
#define PARODD 0001000
/* c_iflag bits */
#define INPCK 0000020
//
//定义termios型变量opt
struct termios opt;
// 获取串口参数opt
tcgetattr(fd, &opt);
switch (parity)
{
case 'n':
case 'N':
options.c_cflag &= ~PARENB; /* 不使用奇偶校验 */
options.c_iflag &= ~INPCK; /* 禁止输入奇偶检测 */
break;
case 'o':
case 'O':
options.c_cflag |= PARENB; /* 启用奇偶效验 */
options.c_iflag |= INPCK; /* 启用输入奇偶检测 */
options.c_cflag |= PARODD ; /* 设置为奇效验 */
break;
case 'e':
case 'E':
options.c_cflag |= PARENB; /* 启用奇偶效验 */
options.c_iflag |= INPCK; /* 启用输入奇偶检测 */
options.c_cflag &= ~PARODD; /* 设置为偶效验*/
break;
}
//更新配置
tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);
|
配置非常简单，不校验时同时把PARENB和INPCK位清零，启用校验时把PARENB和INPCK同时置1， 而PARODD为1时指定为奇校验，为0时是偶校验。
11.5.2.1.4. 配置串口数据位¶
串口的数据位是由c_cflag中的CSIZE配置的，由于串口支持5、6、7、8位的配置，一共有四种， 所以在c_cflag中使用了两个数据位进行配置，在配置前我们需要先对CSIZE数据位清零， 然后再赋予5、6、7、8的宏配置值，具体代码如下所示。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 | //bits/termios.h的位定义
//注意以0开头的数字在是C语言的8进制数字形式
#define CSIZE 0000060
#define CS5 0000000
#define CS6 0000020
#define CS7 0000040
#define CS8 0000060
//
//定义termios型变量opt
struct termios opt;
// 获取串口参数opt
tcgetattr(fd, &opt);
//先清除CSIZE数据位的内容
opt.c_cflag &= ~CSIZE;
switch (databits) /*设置数据位数*/
{
case 5:
opt.c_cflag |= CS5;
break;
case 6:
opt.c_cflag |= CS6;
break;
case 7:
opt.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
opt.c_cflag |= CS8;
break;
}
//更新配置
tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);
|
学习了使用termios结构体配置串口参数的各种方式后，请再回过头看看前面的main.c示例文件代码， 相信已经不用再介绍了。
11.6. ioctl系统调用¶
通过前面的学习我们已经掌握了配置串口参数的方法，就是对设备文件操作， 前面代码中使用到的文件操作摘录如下所示。
1 2 3 4 5 6 7 | //前面实验中对设备文件操作的函数
fd = open(path, O_RDWR);
write(fd, buf, strlen(buf));
read(fd, buf, 1024);
close(fd);
tcgetattr(fd, &opt);
tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);
|
仔细分析这些操作，发现万里晴空出现了两朵乌云。open、write、read、close都是Linux的系统调用， 而tcgetattr、tcsetattr则是库函数。而且按照传统的认知，文件操作大都是跟内容挂勾的， 上一章节的input事件设备文件记录了上报的事件信息，而tty设备的文件却不是记录串口终端的配置参数， 因为对文件的write操作是对外发送数据，而read则是读取接收到的数据， 也就是说，“tty*”文件并没有记录串口终端的配置信息， 那么tcgetattr、tcsetattr这两个函数究竟做了什么神仙操作？
它们实际上都是对ioctl系统调用的封装。
11.6.1. ioctl原型¶
ioctl系统调用的功能是向设备文件发送命令，控制一些特殊操作，它的函数原型如下：
1 2 | #include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);
|
参数fd：与write、read类似，fd文件句柄指定要操作哪个文件。
参数reques：操作请求的编码，它是跟硬件设备驱动相关的，不同驱动设备支持不同的编码， 驱动程序通常会使用头文件提供可用的编码给上层用户。
参数“…”：这是一个没有定义类型的指针，它与printf函数定义中的“…”类似， 不过ioctl此处只能传一个参数。部分驱动程序执行操作请求时可能需要配置参数， 或者操作完成时需要返回数据，都是通过此处传的指针进行访问的。
11.6.2. 使用ioctl代替tcgetattr和tcsetattr¶
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 | #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <termios.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
//根据具体的设备修改
const char default_path[] = "/dev/ttyAS2";
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
int res;
struct termios opt;
char *path;
char buf[1024] = "Embedfire tty send test.\n";
//若无输入参数则使用默认终端设备
if(argc > 1)
path = argv[1];
else
path = (char *)default_path;
//获取串口设备描述符
printf("This is tty/uart demo.\n");
fd = open(path, O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("Fail to Open %s device\n", path);
return 0;
}
//清空串口接收缓冲区
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
// 获取串口参数opt
// tcgetattr(fd, &opt);
res = ioctl(fd,TCGETS, &opt);
opt.c_ispeed = opt.c_cflag & (CBAUD | CBAUDEX);
opt.c_ospeed = opt.c_cflag & (CBAUD | CBAUDEX);
//输出宏定义的值，方便对比
printf("Macro B9600 = %#o\n",B9600);
printf("Macro B115200 = %#o\n",B115200);
//输出读取到的值
printf("ioctl TCGETS,opt.c_ospeed = %#o\n", opt.c_ospeed);
printf("ioctl TCGETS,opt.c_ispeed = %#o\n", opt.c_ispeed);
printf("ioctl TCGETS,opt.c_cflag = %#x\n", opt.c_cflag);
speed_t change_speed = B9600;
if(opt.c_ospeed == B115200)
change_speed = B115200;
//设置串口输出波特率
cfsetospeed(&opt, change_speed);
//设置串口输入波特率
cfsetispeed(&opt, change_speed);
//设置数据位数
opt.c_cflag &= ~CSIZE;
opt.c_cflag |= CS8;
//校验位
opt.c_cflag &= ~PARENB;
opt.c_iflag &= ~INPCK;
//设置停止位
opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
//更新配置
// tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt);
res = ioctl(fd,TCSETS, &opt);
//再次读取
res = ioctl(fd,TCGETS, &opt);
opt.c_ispeed = opt.c_cflag & (CBAUD | CBAUDEX);
opt.c_ospeed = opt.c_cflag & (CBAUD | CBAUDEX);
printf("ioctl TCGETS after TCSETS\n");
//输出读取到的值
printf("ioctl TCGETS,opt.c_ospeed = %#o\n", opt.c_ospeed);
printf("ioctl TCGETS,opt.c_ispeed = %#o\n", opt.c_ispeed);
printf("ioctl TCGETS,opt.c_cflag = %#x\n", opt.c_cflag);
do{
//发送字符串
write(fd, buf, strlen(buf));
//接收字符串
res = read(fd, buf, 1024);
if(res >0 ){
//给接收到的字符串加结束符
buf[res] = '\0';
printf("Receive res = %d bytes data: %s\n",res, buf);
}
}while(res >= 0);
printf("read error,res = %d",res);
close(fd);
return 0;
}
|
本实验代码就是直接通过ioctl系统调用代替了tcgetattr和tcsetattr这两个库函数。
在示例代码中的第38行，使用ioctl向设备文件发送了“TCGETS”请求， 在tty设备的驱动层，会根据这个请求返回配置参数，并通过传入的&opt指针传出。
类似地，示例代码中的第73行，使用ioctl向设备文件发送了“TCSETS”请求， 在tty设备的驱动层，会根据这个请求设置由指针&opt传入的配置参数，修改设备的属性。
特别地，由于使用ioctl获取配置参数时， 波特率的值不会直接写入到termios结构体的c_ispeed和c_ospeed成员，需要通过c_cflag的值运算得出， 所以第39、40行和74、75行加入了运算转换，运算出来的值是B9600或B115200之类的值。 如果不进行这样的运算操作，c_ispeed和c_ospeed得到的值可能是不对的。
代码的其它部分是输出的一些调试信息，方便在实验时验证获取到的信息是否正确。
关于ioctl的TCGETS和TCSETS参数，可以在man手册中查看，使用如下命令：
1 | man ioctl_tty
|
如下图:
ioctl系统调用应用非常广泛，因为并不是所有设备都仅有读写操作，例如控制CD-ROM的弹出和收回， 特殊设备的机械操作，又或者我们自己编写LED驱动程序也可以对上层提供指令实现花式点灯， 在以后编写驱动程序时，我们再来学习与ioctl系统调用相关的接口。
11.6.4. 运行¶
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | #查看当前的波特率
stty -F /dev/ttyS3
#运行程序
sudo ./uart_i
Ctrl + C 退出程序
#查看当前波特率
stty -F /dev/ttyS3
|
运行结果如下图：
11.7. 查看glibc源码¶
相信大家都有这样的疑问，怎么知道这些的tcgetattr.c和tcsetattr.c是通过ioctl系统调用实现的呢？ 又是如何知道c_ispeed和c_ospeed需要通过c_cflag成员运算得出的？答案是查看源码， 我们一直在强调Linux是开源的，至于能掌握多少，就看我们如何挖掘这些宝藏了。
既然它们是库函数，那我们就可以到glibc的源码中找找。glibc的源码可以到其官网下载：http://www.gnu.org/software/libc/， 下载到源码后，使用VS Code编辑器的搜索功能，就可以搜到相关的内容，如下图所示。
这两个函数的定义位于glibc源码的如下目录： glibc/sysdeps/unix/sysv/linux/， 该目录中的tcgetattr.c和tcsetattr.c文件分别定义了这两个函数。
tcsetattr.c文件的内容如下。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 | int
__tcsetattr (int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p)
{
struct __kernel_termios k_termios;
unsigned long int cmd;
switch (optional_actions)
{
case TCSANOW:
cmd = TCSETS;
break;
case TCSADRAIN:
cmd = TCSETSW;
break;
case TCSAFLUSH:
cmd = TCSETSF;
break;
default:
return INLINE_SYSCALL_ERROR_RETURN_VALUE (EINVAL);
}
k_termios.c_iflag = termios_p->c_iflag & ~IBAUD0;
k_termios.c_oflag = termios_p->c_oflag;
k_termios.c_cflag = termios_p->c_cflag;
k_termios.c_lflag = termios_p->c_lflag;
k_termios.c_line = termios_p->c_line;
#if _HAVE_C_ISPEED && _HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_ISPEED
k_termios.c_ispeed = termios_p->c_ispeed;
#endif
#if _HAVE_C_OSPEED && _HAVE_STRUCT_TERMIOS_C_OSPEED
k_termios.c_ospeed = termios_p->c_ospeed;
#endif
memcpy (&k_termios.c_cc[0], &termios_p->c_cc[0],
__KERNEL_NCCS * sizeof (cc_t));
return INLINE_SYSCALL (ioctl, 3, fd, cmd, &k_termios);
}
libc_hidden_def (__tcgetattr)
weak_alias (__tcgetattr, tcgetattr)
|
代码看起来有点复杂，但刚接触的时候我们不需要完全弄清楚它的所有细节：
第36行：它使用ioctl发送了TCGETS请求，并传入了&k_termios指针记录参数。
自第10行开始，都是把读取到的k_termios内容复制到__tcgetattr传入的termios_p中指针指向的变量中， 而c_ispeed和c_ospeed就是在第19、26行通过c_cflag运算得到的，所以我们使用tcgetattr库函数的时候， 不需要自己再运算赋值，而自己通过ioctl读取配置时则要加上运算转换。
glibc源码中使用了很多特别的宏或封装，如INLINE_SYSCALL、__glibc_likely、weak_alias等，感兴趣 的读者可以查阅glibc官方的相关文档学习。