14. 串口通讯与终端设备

本章主要讲解串口和终端设备的基本使用。

14.1. 终端设备

Teletype是最早出现的一种终端设备，类似于电传打字机，tty是Teletype的缩写。 最初tty是指连接到Unix系统上的物理或者虚拟终端。但是随着时间的推移，tty也用于串口设备，如ttyn、ttySACn等， Linux系统对终端设备的支持非常强大，本章通过Linux的终端设备文件进行串口通讯。

14.1.1. 终端设备文件

在Linux下终端的设备文件都位于/dev/目录下，以tty*开头的字符命名， 在开发板的终端上执行“ls /dev/tty*”命令，如下图所示。

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可以看到有个名为“ttymxc0”的设备，“ttymxc0”就是开发板的串口1，它已被默认被用在命令行的终端上。

14.1.2. stty命令

Linux下有一个专门的stty命令可以查看或设置终端的参数。

在开发板的终端执行如下命令：

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#在开发板的终端执行如下命令
#它会输出当前终端的参数
stty
#查看ttymxc0设备参数
stty -F /dev/ttymxc0
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从上图中命令的执行结果可看到，ttymxc0的通讯速率“speed”为115200， 这就是串口通讯的波特率，这些是在驱动中设置的默认值。若用户想修改tty设备的配置，可以使用如下命令：

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#在开发板的终端执行如下命令
#查看设备参数
stty -F /dev/ttymxc0
#设置通讯速率，其中ispeed为输入速率，ospeed为输出速率
stty -F /dev/ttymxc0 ispeed 9600 ospeed 9600

命令中的ispeed和ospeed分别表示要设置的输入速率和输出速率，并不是所有设备 都支持不同的输入输出速率，所以最好把它们设置成一样。

14.2. 串口通讯实验（Shell）

本实验使用开发板上的串口3进行实验，对应的设备文件为/dev/ttymxc2，这是因为驱动是从0开始编号的。 对tty的设备文件直接读写就可以控制设备通过串口接收或发送数据，下面我们使用开发板配合Windows下的串口调试助手或Linux下的minicom进行测试。

14.2.1. 使能串口3

开发板串口3默认没有使能，打开/boot/uEnv.txt文件启用串口3设备树插件后并重启开发板

如下图:

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14.2.2. 查询串口3的通信参数

串口3外设使能后，在/dev目录下生成ttymxc2设备文件，用stty工具查询其通信参数

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#在开发板的终端执行如下命令
stty -F /dev/ttymxc2

如下图:

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14.2.3. 关闭回显

默认串口是开启回显的 可以使用以下命令关闭回显

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stty -F /dev/ttymxc2 -echo

14.2.4. 连接串口线及跳线帽

实验前需要使用串口线或USB转串口线把它与开发板与电脑连接起来，并且使用跳线帽连接 排针“UART3_TXD<—->T2IN”、“UART3_RXD<—->R2OUT”，如下图所示。

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14.2.5. 与Windows主机通讯

14.2.5.1. 串口通讯实验

配置好串口调试助手后，尝试使用如下命令测试发送数据：

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#在开发板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"board"、"embedfire"
echo board > /dev/ttymxc2
echo embedfire > /dev/ttymxc2
#Windows上的串口调试助手会接收到内容

如下图:

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可以看到，往/dev/ttymxc2设备文件写入的内容会直接通过串口线发送至Winodws的主机。

而读取设备文件则可接收Winodws主机发往开发板的内容，可以使用cat命令来读取：

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#在开发板上的终端执行如下指令
#使用cat命令读取终端设备文件
cat /dev/ttymxc2
#cat命令会等待
#使用串口调试助手发送字符串
#字符串最后必须加回车！
#开发板的终端会输出接收到的内容

如下图:

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14.3. 串口通讯实验(系统调用)

终端设备通过termios进行配置。同样串口终端也是通过termios配置，

14.3.1. termios结构体

源码/include/uapi/asm-generic/termbits.h 头文件中声明了串口终端相关数据结构。

termio结构体如下所示。

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 #define NCCS 19
 struct termio {
         unsigned short c_iflag;         /* input mode flags */
         unsigned short c_oflag;         /* output mode flags */
         unsigned short c_cflag;         /* control mode flags */
         unsigned short c_lflag;         /* local mode flags */
         unsigned char c_line;           /* line discipline */
         unsigned char c_cc[NCC];        /* control characters */
 };

termios编程相关函数如下。

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 #include <termios.h>
 #include <unistd.h>

 //读取当前串口配置参数
 int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);

 //设置串口配置参数
 int tcsetattr(int fd, int optional_actions,const struct termios *termios_p);

 //获取输入波特率
 speed_t cfgetispeed(const struct termios *termios_p);

 //获取输出波特率
 speed_t cfgetospeed(const struct termios *termios_p);

 //设置输入波特率
 int cfsetispeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

 //设置输出波特率
 int cfsetospeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

 //同时设置输入输出波特率
 int cfsetspeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

 //清空buffer数据
 int tcflush(int fd, int queue_selector);

 //等待所有输出都被发送
 int tcdrain(int fd);

 //在一个指定的时间区内发送连续的0位流
 int tcsendbreak(int fd, int duration);

 //用于对输入和输出流控制进行控制
 int tcflow(int fd, int action);

 //将终端设置为原始模式
 void cfmakeraw(struct termios *termios_p);

14.3.2. 编写应用程序

根据上面介绍termios相关数据结构及函数，编写应用程序如下

ebf_6ull_quick_start_code/Source/tty_uart/tty_uart.c
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 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <fcntl.h>

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>

 #include <unistd.h>
 #include <termios.h>

 const char default_path[] = "/dev/ttymxc2";

 /*
 *串口配置成功返回0，失败返回-1；
 */
 int set_uart(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop);

 int main(int argc,char *argv[])
 {
     int fd;
     int res;
     char *path;
     char buf[1024] = "Embedfire tty send test.\n";

     if(argc > 1)
     {
         path = argv[1];
     }
     else
     {
         path = (char *)default_path;
     }

     fd = open(path,O_RDWR);
     if(fd < 0)
     {
         perror(path);
         exit(-1);
     }

     if( set_uart(fd,115200,8,'n',1) )
     {
         printf("set uart error\n");
     }

     while(1)
     {
         write(fd, buf, strlen(buf));
         //printf("send res = %d bytes data: %s",strlen(buf), buf);
         memset(buf,0,1024);
         res = read(fd, buf, 1024);
         if(res > 0)
         {
             printf("Receive res = %d bytes data: %s",res, buf);
         }
     }

     close(fd);

     return 0;
 }

 int set_uart(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
 {

     struct termios opt;

     //清空串口接收缓冲区
     tcflush(fd, TCIOFLUSH);

     //获取串口配置参数
     tcgetattr(fd, &opt);

     opt.c_cflag &= (~CBAUD);    //清除数据位设置
     opt.c_cflag &= (~PARENB);   //清除校验位设置

     //opt.c_iflag |= IGNCR;       //忽略接收数据中的'\r'字符，在windows中换行为'\r\n'
     opt.c_iflag &= (~ICRNL);    //不将'\r'转换为'\n'

     opt.c_lflag &= (~ECHO);     //不使用回显

     //设置波特率
     switch(nSpeed)
     {
         case 2400:
             cfsetspeed(&opt,B2400);
             break;

         case 4800:
             cfsetspeed(&opt,B4800);
             break;

         case 9600:
             cfsetspeed(&opt,B9600);
             break;

         case 38400:
             cfsetspeed(&opt,B38400);
             break;

         case 115200:
             cfsetspeed(&opt,B115200);
             break;

         default:
             return -1;
     }

     //设置数据位
     switch(nBits)
     {
         case 7:
             opt.c_cflag |= CS7;
             break;

         case 8:
             opt.c_cflag |= CS8;
             break;

         default:
             return -1;
     }

     //设置校验位
     switch(nEvent)
     {
         //无奇偶校验
         case 'n':
         case 'N':
             opt.c_cflag &= (~PARENB);
             break;

         //奇校验
         case 'o':
         case 'O':
             opt.c_cflag |= PARODD;
             break;

         //偶校验
         case 'e':
         case 'E':
             opt.c_cflag |= PARENB;
             opt.c_cflag &= (~PARODD);
             break;

         default:
             return -1;
     }

     //设置停止位
     switch(nStop)
     {
         case 1:
             opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
             break;
         case 2:
             opt.c_cflag |= CSTOPB;
             break;
         default:
             return -1;
     }
     //设置串口
     tcsetattr(fd,TCSANOW,&opt);

     return 0;
 }

最后使用直接使用arm-linux-gnueabihf-gcc进行编译即可。

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arm-linux-gnueabihf-gcc -o  tty_uart tty_uart.c

14.4. 串口设备树插件修改

野火imx6ull提供了很多的设备树插件源码，若想要添加或修改不同的引脚作为串口， 可参考:

仓库中提供了串口2-串口8的设备树插件， 其中串口3的设备树插件文件为 imx-fire-uart3-overlay.dts ，源码如下所示

/arch/arm/boot/dts/overlays/ebf/imx-fire-uart3-overlay.dts
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/dts-v1/;
/plugin/;
#include "imx6ul-pinfunc.h"
#include "dt-bindings/gpio/gpio.h"

/ {
   fragment@0 {
      target=<&uart3>;
      __overlay__ {
         pinctrl-names = "default";
         pinctrl-0 = <&pinctrl_uart3>;
         status = "okay";
      };
   };
   fragment@1 {
      target=<&iomuxc>;
      __overlay__ {
         pinctrl_uart3:uart3grp {
            fsl,pins = <
               MX6UL_PAD_UART3_TX_DATA__UART3_DCE_TX 0x1b0b1
               MX6UL_PAD_UART3_RX_DATA__UART3_DCE_RX 0x1b0b1
            >;
         };
      };
   };
};

串口设备树插件修改相对简单，若想修改相对应的引脚，只需修改代码第20-21行即可。

14.5. 参考资料

本文档主要提供有一定经验的使用者快速入门使用，对于初学者可查看以下文档：

《串口通讯与终端设备》

《stty工具命令》

设备树相关知识点请阅读下面章节的内容：

《设备树修改基础知识》

《设备树插件修改方法指导》