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Linux应用开发基础知识——串口应用编程（十二）

🕗 发布于 2024-11-09 23:02 linux  运维  服务器  Linux应用开发基础  LInux串口应用编程  

文章目录

一、认识串口

1.1、串口

串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。
串口可以将接收来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接收的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。一般完成这种功能的电路，我们称为串行接口电路。

1.2、串口通信

串口通信（Serial Communications）是串口按位（bit）发送和接收字节的通信方式，它是嵌入式物联网领域中常用的通讯方式。
典型的串口通信使用3根线完成，分别是发送、接收、地线。
由于串口通信是异步的，所以端口能够在一根线上发送数据，同时在另一根线上接收数据。
异步通信和同步通信都要进行发送方和接收方的“同步”。其中异步通信按字符进行传输，利用每一帧的起始位和停止位实现同步；而同步通信采用共同外部时钟来进行同步。
在这里插入图片描述
TX(Transmit Exchange)数据发送脚
RX(Receive Exchange)数据接收脚
GND(Ground)底线

1.3、波特率

这里是引用

二、串口应用编程

参考资料：串口编程

2.1、串口API函数

在 Linux 系统中，操作设备的统一接口就是：open/ioctl/read/write。
对于 UART，又在 ioctl 之上封装了很多函数，主要是用来设置行规程。所以对
于 UART，编程的套路就是：
在这里插入图片描述
怎么设置行规程？行规程的参数用结构体 termios 来表示，可以参考 Linux
串口—struct termios 结构体：
在这里插入图片描述
这些函数在名称上有一些惯例：

tc：terminal contorl
cf: control flag

下面列出一些函数：
在这里插入图片描述
具体函数参数使用时，可以查找手册！
函数不多，主要是需要设置好 termios 中的参数，这些参数很复杂，可以参考Linux 串口—struct termios 结构体。

2.2、串口应用编程demo1

程序：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
#include <stdlib.h>

/* set_opt(fd,115200,8,'N',1) */
int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
{
struct termios newtio,oldtio;          //行规程的参数用结构体 termios 来表示

if ( tcgetattr( fd,&oldtio) != 0) { 
perror("SetupSerial 1");
return -1;
}//获取驱动程序中的默认参数，保存在oldtio里面

bzero( &newtio, sizeof( newtio ) );  //清零结构体
newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD; 
newtio.c_cflag &= ~CSIZE; 
newtio.c_lflag  &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);  /*Input*/
newtio.c_oflag  &= ~OPOST;   /*Output*/

switch( nBits )                    //设置数据位
{
case 7:
newtio.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
newtio.c_cflag |= CS8;
break;
}

switch( nEvent )                   //设置校验位
{
case 'O':
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag |= PARODD;
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
break;
case 'E': 
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
break;
case 'N': 
newtio.c_cflag &= ~PARENB;
break;
}

switch( nSpeed )                  //设置波特率
{
case 2400:
cfsetispeed(&newtio, B2400);
cfsetospeed(&newtio, B2400);
break;
case 4800:
cfsetispeed(&newtio, B4800);
cfsetospeed(&newtio, B4800);
break;
case 9600:
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
case 115200:
cfsetispeed(&newtio, B115200);
cfsetospeed(&newtio, B115200);
break;
default:
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
}

if( nStop == 1 )                 //设置停止位
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
else if ( nStop == 2 )
newtio.c_cflag |= CSTOPB;

newtio.c_cc[VMIN]  = 1;  /* 读数据时的最小字节数: 没读到这些数据我就不返回! */
newtio.c_cc[VTIME] = 0; /* 等待第1个数据的时间: 
                         * 比如VMIN设为10表示至少读到10个数据才返回,
                         * 但是没有数据总不能一直等吧? 可以设置VTIME(单位是10秒)
                         * 假设VTIME=1，表示: 
                         *    10秒内一个数据都没有的话就返回
                         *    如果10秒内至少读到了1个字节，那就继续等待，完全读到VMIN个数据再返回
                         */

tcflush(fd,TCIFLUSH);

if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0){         //上面完成了结构体newtio的配置，现在使用这个函数来设置行规层、驱动、硬件
perror("com set error");
return -1;
}
//printf("set done!\n");
return 0;
}

int open_port(char *com)
{
int fd;
//fd = open(com, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
fd = open(com, O_RDWR|O_NOCTTY);
    if (-1 == fd){
return(-1);
    }

  if(fcntl(fd, F_SETFL, 0)<0) /* 设置串口为阻塞状态*/
  {
printf("fcntl failed!\n");
return -1;
  }
  
  return fd;
}


/*
 * ./serial_send_recv <dev>
 */
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int iRet;
char c;

/* 1. open */

/* 2. setup 
 * 115200,8N1
 * RAW mode
 * return data immediately
 */

/* 3. write and read */

if (argc != 2)
{
printf("Usage: \n");
printf("%s </dev/ttySAC1 or other>\n", argv[0]);
return -1;
}

fd = open_port(argv[1]);                 //打开串口设备
if (fd < 0)
{
printf("open %s err!\n", argv[1]);
return -1;
}

iRet = set_opt(fd, 115200, 8, 'N', 1);    //设置波特率为115200，数据位为8，不使用校验位，停止位个数为1
if (iRet)
{
printf("set port err!\n");
return -1;
}

printf("Enter a char: ");
while (1)
{
scanf("%c", &c);
iRet = write(fd, &c, 1);
iRet = read(fd, &c, 1);
if (iRet == 1)
printf("get: %02x %c\n", c, c);
else
printf("can not get data\n");
}

return 0;
}

我使用的是imx6ull板子
在这里插入图片描述
上机实验：

编译：arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o serial_send_recv serial_send_recv.c
复制过去板子上：cp serial_send_recv~/nfs_rootfs/
板子上运行：/mnt/serial_send_recv /dev/ttymxc5

2.3、串口应用编程demo2（GPS 模块）

GPS 模块与外部控制器的通讯接口有多种方式，这里我们使用串口进行通讯，
波特率为 9600bps,1bit 停止位，无校验位，无流控，默认每秒输出一次标准格
式数据。

在这里插入图片描述

这里我们只分析$GPGGA (Global Positioning System Fix Data)即可，它包含了 GPS 定位经纬度、质量因子、HDOP、高程、参考站号等字段。其标准格式如下：

$GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，M，<10>，M，<11>，<12>*hh
$XXGGA 语句各字段的含义和取值范围各字段的含义和取值范围见下表所示，XX 取值有：
◼ GPGGA：单 GPS
◼ BDGGA：单北斗
◼ GLGGA：单 GLONASS
◼ GNGGA：多星联合定位

在这里插入图片描述

例子：$GPGGA，074529.82，2429.6717，N，11804.6973，E，1，8，1.098，42.110，，，M，，*76。

编程：我们只需要在上面的实验代码上修改即可（修改while里面的内容即可）

int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int iRet;
char c;
char buf[1000];
char time[100];
char Lat[100]; 
char ns[100]; 
char Lng[100]; 
char ew[100];

float fLat, fLng;

/* 1. open */

/* 2. setup 
 * 115200,8N1
 * RAW mode
 * return data immediately
 */

/* 3. write and read */

if (argc != 2)
{
printf("Usage: \n");
printf("%s </dev/ttySAC1 or other>\n", argv[0]);
return -1;
}

fd = open_port(argv[1]);
if (fd < 0)
{
printf("open %s err!\n", argv[1]);
return -1;
}

iRet = set_opt(fd, 9600, 8, 'N', 1);
if (iRet)
{
printf("set port err!\n");
return -1;
}

while (1)
{
/* eg. $GPGGA,082559.00,4005.22599,N,11632.58234,E,1,04,3.08,14.6,M,-5.6,M,,*76"<CR><LF>*/
/* read line */
iRet = read_gps_raw_data(fd, buf);

/* parse line */
if (iRet == 0)
{
iRet = parse_gps_raw_data(buf, time, Lat, ns, Lng, ew);
}

/* printf */
if (iRet == 0)
{
printf("Time : %s\n", time);
printf("ns   : %s\n", ns);
printf("ew   : %s\n", ew);
printf("Lat  : %s\n", Lat);
printf("Lng  : %s\n", Lng);

/* 纬度格式: ddmm.mmmm */
sscanf(Lat+2, "%f", &fLat);
fLat = fLat / 60;
fLat += (Lat[0] - '0')*10 + (Lat[1] - '0');

/* 经度格式: dddmm.mmmm */
sscanf(Lng+3, "%f", &fLng);
fLng = fLng / 60;
fLng += (Lng[0] - '0')*100 + (Lng[1] - '0')*10 + (Lng[2] - '0');
printf("Lng,Lat: %.06f,%.06f\n", fLng, fLat);
}
}

return 0;
}

子函数实现：

int read_gps_raw_data(int fd, char *buf)
{
int i = 0;
int iRet;
char c;
int start = 0;

while (1)
{
iRet = read(fd, &c, 1);
if (iRet == 1)
{
if (c == '$')
start = 1;
if (start)
{
buf[i++] = c;
}
if (c == '\n' || c == '\r')
return 0;
}
else
{
return -1;
}
}
}

/* eg. $GPGGA,082559.00,4005.22599,N,11632.58234,E,1,04,3.08,14.6,M,-5.6,M,,*76"<CR><LF> */
int parse_gps_raw_data(char *buf, char *time, char *lat, char *ns, char *lng, char *ew)
{
char tmp[10];

if (buf[0] != '$')
return -1;
else if (strncmp(buf+3, "GGA", 3) != 0)
return -1;
else if (strstr(buf, ",,,,,"))
{
printf("Place the GPS to open area\n");
return -1;
}
else {
//printf("raw data: %s\n", buf);
sscanf(buf, "%[^,],%[^,],%[^,],%[^,],%[^,],%[^,]", tmp, time, lat, ns, lng, ew);
return 0;
}
}

上机实验：
板子接线（imx6ull）:
在这里插入图片描述

编译代码：arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o gps_read gps_read.c
复制过去板子：cp gps_read ~/nfs_rootfs/
板子上运行：/mnt/gps_read /dev/ttymxc5

实验效果：
在这里插入图片描述


原文地址：https://blog.csdn.net/2302_80169672/article/details/143604218

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