嵌入式Linux系列第7篇：操作UART
1 引言
串口是我们实际工作中经常使用的一个接口，比如我们在Linux下使用的debug串口，它用来登录Linux系统，输出log。另外我们也会使用串口和外部的一些模块通信，比如GPS模块、RS485等。这里对Linux下串口使用做个总结，希望对大家有所帮助。
2 环境介绍
2.1.硬件
1) 网上的一个第三方做的NUC972开发板：
有兴趣购买的朋友，可以去他们的淘宝店购买：
https://s.click.taobao.com/X8mza8w
这次要控制的是板子底板上DB9串口：
对应NUC972的PE3和PE2引脚。
2) 2根USB转RS232线，一个用来连接板子的debug串口UART0，另外一个用来连接板子上的串口UART1.
2.2.软件
1) 我们在上一篇《Linux学习系列六：操作GPIO》的基础上改动下Linux内核配置，生成新的970uimage并烧写到板子里。
2) uboot、rootfs使用板子里默认的，为了增加micorcom命令，需要使用busybox生成，然后通过U盘导入到板子里。Busybox具体使用参考《Linux学习系列五：Nand Flash根文件系统制作》
3)交叉工具链arm_linux_4.8.tar.gz
3 Busybox生成microcom命令
microcom命令类似于windows下的串口调试助手，在调试串口时非常有用，默认情况下板子里不支持这个命令，需要用busybox去生成。
1）busybox的使用如果大家有遗忘，可以参考《Linux 学习系列五：Nand Flash 根文件系统制作》中详细介绍，首先我们把原来的~/nuc972/rootfs目录里的内容给删掉
2）进入到busybox目录，make menuconfig，输入/, 搜索microcom，找到配置它的位置
然后进入到对应的位置，把microcom选中。
3) 编译make，安装make install，然后压缩一下生成rootfs.tar
4) 通过U盘导入到板子里，放到根目录下解压，这样板子就支持microcom命令了。
4 内核配置
1)为了使用UART1，需要在内核里做如下配置：
Device Drivers --->
Character devices --->
Serial drivers
[*] NUC970/N9H30 UART1 support
保存生成新的.config 文件。
2）make uImage，生成新的970uimage文件，将其单独下载到板子里即可。
5 UART操作
5.1.命令行操作
我们将板子上的两个串口同时和PC机连接，通过debug串口登录Linux系统操作UART1，PC端打开串口调试助手，选择UART1对应的串口，这样板子通过UART1就可以和PC之间进行数据的收发了。
登录板子后，输入下面指令：
microcom -s 115200 /dev/ttyS1
/dev下的ttyS1对应的就是UART1设备。
microcom 命令后的-s 115200，表示设置波特率为115200bps。
如果你想了解microcom的详细实现机制，可以到busybox的目录miscutils查看microcom.c源代码即可。
输入上述命令后，当此串口收到数据后，就会自动在窗口中显示出来，如果键盘输入字符，就会自动通过此串口发送出去。我们可以双向收发测试。
注意：
1) micrcom指令退出的方式是Ctrl+x，不是Ctrl+c，如果输入Ctrl+c，它其实是发送了0x03字符。
2) 有些工程师喜欢用cat 指令去查看串口就没有收到数，其实这是不对的，我们做下面这个测试，为了方便起见，我们让PC端1s一次定时发送
使用micrcom的话，
microcom -s 115200 /dev/ttyS1
会看到在不断的接收数据
我们Ctrl+x先关掉microcom，直接输入
cat /dev/ttyS1
会有什么结果呢？
什么都没有收到。
所以千万不要直接用cat去判断串口是否有数据接收，为什么有时能收到呢，那是因为串口设备在某个地方被打开(调用了open函数)了。
比如你让microcom指令在后台执行
microcom -s 115200 /dev/ttyS1 &
这时再使用cat指令就可以显示数据了。
5.2.C语言串口编程
我们看下在C代码里如何操作串口，下面是一个例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <asm/termios.h>
#include <memory.h>
#define DEV_NAME "/dev/ttyS1"
int main (int argc, char *argv[])
{
int fd;
int len, i,ret;
char buf[] = "Hello TopSemic! \n";
fd = open(DEV_NAME, O_RDWR | O_NOCTTY);
if(fd < 0)
{
perror(DEV_NAME);
return -1;
}
len = write(fd, buf, sizeof(buf));
if (len < 0)
{
printf("write data error \n");
}
memset(buf,0x00,sizeof(buf));
len = read(fd, buf, sizeof(buf));
if (len < 0)
{
printf("read error \n");
return -1;
}
printf("%s", buf);
return(0);
}将它编译后放到板子里，注意上述代码没有设置串口波特率，默认值是9600，需要在串口调试助手中正确配置，运行一下我们先看看效果：
交叉验证下，我们把UART1的波特率设置为115200后，结果如下，可以看到是无法正确接收到数据的。
上述程序工作过程是串口先发送一串数据，然后一直停在read函数处不动，直到接收到数据后返回退出。此时串口工作在阻塞模式下。所谓阻塞和非阻塞的含义如下：
阻塞：
对于read，指当串口输入缓存区没有数据的时候，read函数将会阻塞在这里，直到串口输入缓存区中有数据可读取，read读到了需要的字节数之后，返回值为读到的字节数；
对于write，指当串口输出缓冲区满，或剩下的空间小于将要写入的字节数，则write将阻塞，一直到串口输出缓冲区中剩下的空间大于等于将要写入的字节数，执行写入操作，返回写入的字节数。
非阻塞：
对于read，指当串口输入缓冲区没有数据的时候，read函数立即返回，返回值为-1。
对于write，指当串口输出缓冲区满，或剩下的空间小于将要写入的字节数，则write将进行写操作，写入当前串口输出缓冲区剩下空间允许的字节数，然后返回写入的字节数。
在打开串口文件时，打开模式加上O_NDELAY可以以非阻塞方式打开串口；反之，不加上O_NDEAY，默认以阻塞方式打开串口。上述第一例子中没有加O_NDEAY标志，所以工作在阻塞模式下，下面再看个例子，我们加上O_NDEAY
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <asm/termios.h>
#include <memory.h>
#define DEV_NAME "/dev/ttyS1"
int main (int argc, char *argv[])
{
int fd;
int len, i,ret;
char buf[] = "Hello TopSemic! \n";
fd = open(DEV_NAME, O_RDWR | O_NOCTTY|O_NDELAY);
if(fd < 0)
{
perror(DEV_NAME);
return -1;
}
len = write(fd, buf, sizeof(buf));
if (len < 0)
{
printf("write data error \n");
}
while(1)
{
memset(buf,0x00,sizeof(buf));
len = read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("len:%d \n",len);
if(len>0)
printf("%s", buf);
usleep(100000);
}
}这时程序运行结果如下，在串口接收不到数据时，read函数立即返回，返回值是-1，当接收到数据后，返回值是接收到数据值长度。
大家可能注意到，上述代码没有关于串口的参数配置，比如波特率、校验位、数据位、停止位的设置，实际应用中很可能是要修改这些参数的，最常见的就是修改波特率，下面例子在上面的基础上修改如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <asm/termios.h>
#include <memory.h>
#include <signal.h>
#define DEV_NAME "/dev/ttyS1"
static struct termios newtios,oldtios; /*termianal settings */
static int saved_portfd=-1; /*serial port fd */
static void reset_tty_atexit(void)
{
if(saved_portfd != -1)
{
tcsetattr(saved_portfd,TCSANOW,&oldtios);
}
}
/*cheanup signal handler */
static void reset_tty_handler(int signal)
{
if(saved_portfd != -1)
{
tcsetattr(saved_portfd,TCSANOW,&oldtios);
}
_exit(EXIT_FAILURE);
}
static set_port_attr (int portfd,int baudrate)
{
struct sigaction sa;
/*get serial port parnms,save away */
tcgetattr(portfd,&newtios);
memcpy(&oldtios,&newtios,sizeof newtios);
/* configure new values */
cfmakeraw(&newtios); /*see man page */
newtios.c_iflag |=IGNPAR; /*ignore parity on input */
newtios.c_oflag &= ~(OPOST | ONLCR | OLCUC | OCRNL | ONOCR | ONLRET | OFILL);
newtios.c_cc[VMIN]=1; /* block until 1 char received */
newtios.c_cc[VTIME]=0; /*no inter-character timer */
switch(baudrate) {
case 9600:
cfsetispeed(&newtios,B9600);
cfsetospeed(&newtios,B9600);
break;
case 19200:
cfsetispeed(&newtios,B19200);
cfsetospeed(&newtios,B19200);
break;
case 38400:
cfsetispeed(&newtios,B38400);
cfsetospeed(&newtios,B38400);
break;
case 115200:
cfsetispeed(&newtios,B115200);
cfsetospeed(&newtios,B115200);
break;
}
/* register cleanup stuff */
atexit(reset_tty_atexit);
memset(&sa,0,sizeof sa);
sa.sa_handler = reset_tty_handler;
sigaction(SIGHUP,&sa,NULL);
sigaction(SIGINT,&sa,NULL);
sigaction(SIGPIPE,&sa,NULL);
sigaction(SIGTERM,&sa,NULL);
/*apply modified termios */
saved_portfd=portfd;
tcflush(portfd,TCIFLUSH);
tcsetattr(portfd,TCSADRAIN,&newtios);
return portfd;
}
int main (int argc, char *argv[])
{
int fd;
int len, i,ret;
char buf[] = "Hello TopSemic! \n";
fd = open(DEV_NAME, O_RDWR | O_NOCTTY|O_NDELAY);
if(fd < 0)
{
perror(DEV_NAME);
return -1;
}
set_port_attr (fd,115200);
len = write(fd, buf, sizeof(buf));
if (len < 0)
{
printf("write data error \n");
}
while(1)
{
memset(buf,0x00,sizeof(buf));
len = read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("len:%d \n",len);
if(len>0)
printf("%s", buf);
usleep(100000);
}
return 0;
}这时我们把波特率修改为115200了，大家可以验证下，只有把uart1对应串口波特率设置为115200时才可以正确收发。
6 结束语
本期相关的资料在链接: https://github.com/TopSemic/NUC972_Linux 07 Lesson7 操作UART 中。
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