Linux平台RS232/485串口编程实例

在Linux下，串口的读写跟文件的读写无异，我们只需对相应的设备文件操作，即可实现对串口的通讯，这里给出的是一个实例，具体概念的东西可能不会详细解释，可自行百度，简单来说串口通讯就是双方按照一定的数据格式发送接收数据，一般是主从模式，即主机发请求数据，从机收到后返回对应的数据。

串口通讯的应用场景非常广泛，常见的温湿度采集、自动门的控制等等。因为需要对这些简单的装置信息采集或控制，从而构建出一个综合的系统，这里串口通讯必不可少，方便、廉价。

下面就以温湿度采集作为实例写一篇博文。

我手上的这款温湿度是上海拓福电气SZ-WS系列温湿度变送器，如下图：（大家不用细究报文格式含义，弄懂通讯原理即可举一反三）

其中说明书主要是说了通讯规约，即报文的格式：如下

/************************************************************************************************

 * 传感器->主站RS485帧结构

 *  _________________________________________________________________________

 * | DestAddr 1Byte | MSG_TYPE 1Byte| DataLen 1Byte  | Data <= 255Byte | CRC 2Byte |

 * |________________|________________|________________|______________|______________

 *

 * 主站->传感器 RS485帧结构

 * __________________________________________________________________________

 * | DestAddr 1Byte | MSG_TYPE 1Byte|star add 2Byte |Register Num 2Byte | CRC 2Byte 

 * |_______________|_______________|_______________|____________________|___________|

 *

 *****************************************************************************/
程序的流程大概如下，没有消息发送和无数据接收时都是睡眠状态，释放CPU。

部分代码解析如下：
main函数主要是创建温湿度类，然后0.5秒获取一次值，将其打印出来。
其中串口的参数要根据具体的设备来，tty设备就是对应的串口文件，具体怎么找出使用的串口是哪个tty这里就不详解了，可自行百度。

int main()
{
    SERIAL_S stSerialParam;
    stSerialParam.u8BaudRate = BR_9600;
    stSerialParam.u8DataBit = 0; // 8bit
    stSerialParam.u8StopBit = 0; // 1bit
    stSerialParam.u8Check = 0; // None
    CHumitureManager *m_pCHumiture = new CHumitureManager("/dev/ttyS2", &stSerialParam, 1);

    while(1)
    {
        printf("\033[0;31m [%s][%d] humidity=%d, temperature=%f\033[0;39m \n", __func__, __LINE__, m_pCHumiture->humidity(), m_pCHumiture->temperature());

        mSleep(500);
    }
    return 0;
}

温湿度管理模块的构造函数：
主要功能是根据传进来的参数初始化串口、创建读写和数据发送线程。

CHumitureManager::CHumitureManager(const WD_C8 *pTtyDevPath, const SERIAL_S *pstSerialPara, WD_U8 SensorAdd) :
    m_fRtTemper(0), m_u32RtHumidity(0), m_enBaudRate(BR_9600)

{
    assert(pTtyDevPath != NULL && pstSerialPara != NULL);

    m_u8SensorAdd = SensorAdd;

    /* 初始化串口并连接 */
    m_pCUart = new CUartOperator();
    m_pCUart->init(pTtyDevPath, pstSerialPara);

    CreateNormalThread(SendMsgThread, this, NULL);
    CreateNormalThread(ReceMsgThread, this, NULL);
    CreateNormalThread(cycleGetDeviceParam, this, NULL);
}

串口初始化大体流程：

/*******************************************
* Function Name : init
* Parameter : pTtyDevPath,串口所使用的tty设备绝对路径,如/dev/tty02
* Description : 配置串口参数
* Return Value : On success, 0 is returned.
                  On error, -1 is returned
* Author : LiangLiCan
* Created : 2019/06/26
********************************************/
WD_S32 CUartOperator::init(const WD_C8 *pTtyDevPath, const SERIAL_S *pstSerialPara)
{
    if (NULL == pTtyDevPath || NULL == pstSerialPara)
    {
        printf("Get Null pointer, Check!!!\n");
        return WD_FAILURE;
    }
    /* O_NOCTTY : 表示当前进程不期望与终端关联 */
    m_s32DevFd = open(pTtyDevPath, O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (m_s32DevFd < 0)
    {
        printf("Open dev %s fail! \n", pTtyDevPath);
        return WD_FAILURE;
    }
    printf("Open dev %s success! \n", pTtyDevPath);

    /* 先清空参数 */
    struct termios stOldParm;
    bzero(&stOldParm, sizeof(stOldParm));
    tcsetattr(m_s32DevFd, TCSANOW, &stOldParm);
    //设置波特率
    if (SetBaudRate(m_s32DevFd, (BAUD_RATE_E)pstSerialPara->u8BaudRate) != WD_SUCCESS)
    {
        printf("SetBaudRate(%d) fail! \n", pstSerialPara->u8BaudRate);
        close(m_s32DevFd);
        return WD_FAILURE;
    }
    //设置数据位
    if (SetDataBit(m_s32DevFd, pstSerialPara->u8DataBit) != WD_SUCCESS)
    {
        printf("SetDataBit fail! \n");
        close(m_s32DevFd);
        return WD_FAILURE;
    }
    // 设置校验位
    if (SetCheck(m_s32DevFd, pstSerialPara->u8Check) != WD_SUCCESS)
    {
        printf("SetCheck fail! \n");
        close(m_s32DevFd);
        return WD_FAILURE;
    }
    //停止位
    if (SetStopBit(m_s32DevFd, pstSerialPara->u8StopBit) != WD_SUCCESS)
    {
        printf("SetStopBit fail! \n");
        close(m_s32DevFd);
        return WD_FAILURE;
    }

    m_bIsInit = true;
    return WD_SUCCESS;
}

构建一帧数据函数体并加入链表：
构建好后添加入链表，并唤醒发送线程。实际应用中我们会再增加一个对外的接口，如sendMsg()。用于二次封建AddSendFrameToList函数，在需要的时候再发送消息，该例子是直接用了一个线程定时循环去获取温湿度。

/*******************************************
* Function Name : AddSendFrameToList
* Parameter : enAddr是寄存器地址, bWrites是否是写寄存器
* Description : 构建一帧完整的485数据，包括地址、功能码、CRC的赋值,并加入到发送链表中去
* Return Value : On success, 0 is returned.
                  錯誤返回非0.
* Author : LiangLiCan
* Created : 2019/11/26
********************************************/
WD_S32 CHumitureManager::AddSendFrameToList(REGISTER_ADD_E enAddr, WD_U16 u16ReadNum/* = 0 */, bool bWrite/* = false */, WD_U16 u16SetData/* = 0 */)
{
    CObjectLock ObjLock(&m_MuteSendLock);

    WD_U8 *pNode = NULL;
    WD_U8 aFrameHead[8] = {0};
    WD_S32 ret = 0;
    WD_U16 u16Temp = enAddr;
    aFrameHead[SFI_DEST_ADDR] = m_u8SensorAdd; // 总线上的设备地址
    aFrameHead[SFI_MSG_TYPE] = bWrite ? MT_WRITE : MT_READ;
    ShortToChar(u16Temp, &aFrameHead[SFI_REG_ADDR], true);

    if(bWrite){
        ShortToChar(u16SetData, &aFrameHead[SFI_REG_PARM], true);
    }
    else {
        ShortToChar(u16ReadNum, &aFrameHead[SFI_REG_PARM], true);
    }
    // 填充CRC
    ShortToChar(createCrcCode(aFrameHead, 6), &aFrameHead[SFI_CRC]);
    pNode = (WD_U8 *)malloc(sizeof(aFrameHead)); /* 发送线程会free掉它 */
    memcpy(pNode, aFrameHead, sizeof(aFrameHead));

    /* 添加入发送的列表 */
    m_SendBufLock.Lock();
    if (m_pSendBufList.empty()){
        m_SendBufLock.Signal();
    }
    m_pSendBufList.push_back(pNode);
    m_SendBufLock.UnLock();
    return ret;
}

发送数据线程：
主要功能是从链表中取出一帧数据发送，无数据可写时处于休眠状态。

WD_VOID CHumitureManager::SendMsgThreadBody()
{
    prctl(PR_SET_NAME, (WD_U32 *)"HumitSend");
    WD_U8 *pu8SenBufNode = NULL;
    while(1)
    {
        /* 从消息队列中取出一条发送的消息 */
        m_SendBufLock.Lock();
        if (m_pSendBufList.empty()){
            m_SendBufLock.Wait();
        }
        pu8SenBufNode = m_pSendBufList.front();
        m_pSendBufList.pop_front();
        m_SendBufLock.UnLock();

        m_pCUart->writeData(pu8SenBufNode, 8);
        delete pu8SenBufNode;
    }
}

接收数据线程体：

WD_VOID CHumitureManager::ReceMsgThreadBody()
{
    prctl(PR_SET_NAME, (WD_U32 *)"HumiRece");
    WD_S32 readLen = 0;
    WD_S32 readCount = 0; /* 已读数据长度 */
    WD_S32 MaxBufLen = sizeof(WD_U8) * MAX_FRAME_LEN;
    m_pReadBuf = new WD_U8[MaxBufLen];

    while(1)
    {
        if(!m_pCUart->dataAvailable(100)){ // 是否有数据可读
            continue;
        }
        memset(m_pReadBuf, 0, sizeof(MaxBufLen));
        readCount = 0;
        do{
            if(m_pCUart->dataAvailable(100))
            {
                readLen = m_pCUart->readData(m_pReadBuf + readCount, MaxBufLen);
                if (readLen < 0){
                    break;
                }
                readCount += readLen;
            }
        }while(readCount < m_pReadBuf[RFI_DATA_LEN] + FRAME_EXTRA_LEN);
        // 处理读到的数据-------------
        handleMsg(m_pReadBuf, readCount);
    }
    delete [] m_pReadBuf;
}

数据处理函数：
该函数在实际应用中也可以使用回调函数，主要功能是处理拿到的数据。

WD_VOID CHumitureManager::handleMsg(WD_U8 *pMsgData, WD_U32 )
{
    if(pMsgData[RFI_DEST_ADDR] != 0x1){// 判断有效性
        return ;
    }

    if(pMsgData[RFI_MSG_TYPE] == MT_READ)
    {
        /* Baud Rate */
        m_enBaudRate = (BAUD_RATE_E)pMsgData[RFI_DATA + 1];

        WD_U8 u8Backup = pMsgData[RFI_DATA + 2];
        /* 温度 */
         /* bit 15为温度正负值,0为正, 1为负 */
        pMsgData[RFI_DATA + 2] &= 0x7F;
        m_fRtTemper = (u8Backup & 0x80 ? -CharToShort(&pMsgData[RFI_DATA + 2], true)
                                        : CharToShort(&pMsgData[RFI_DATA + 2], true)) / 10;
        /* 湿度 */
        m_u32RtHumidity = CharToShort(&pMsgData[RFI_DATA + 4], true);
    }
    else if(pMsgData[RFI_MSG_TYPE] == MT_READ_ERR)
    {
        m_fRtTemper = 0;
        m_u32RtHumidity = 0;
        //DBG_HUMI_PRINT(LEVEL_ERROR, "Get Invalid read msg\n");
    }
    //printf("\033[0;31m [%s][%d]m_enBaudRate=%d Temper=%02f°C Humidity=%d\033[0;39m \n", __func__, __LINE__,m_enBaudRate, m_fRtTemper, m_u32RtHumidity);
}

大体的流程就在上面了。具体的数据分析是根据具体的设备来的，只需做下简单的修改即可移植到工程中来，主要需要配置两点，一是串口通讯参数和tty设备，二是帧结构。流程和方法都是一样的，以上例程供大家参考和学习，有疑问欢迎一起留言交流

源码下载地址：
GitHub：
百度云：，提取码uflk

源码下载下来直接make即可。需要交叉编译的修改一下编译选项，Makefile是通用模板，修改很方便。