Linux串口通信编程

    串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议，常用PC机上包含的是RS232规格的串口，具有连接线少，通讯简单，得到广泛的使用。

    Linux对所有设备的访问是通过设备文件来进行的，串口也是这样，为了访问串口，只需打开其设备文件即可操作串口设备。在linux系统下面，每一个串口设备都有设备文件与其关联，设备文件位于系统的/dev目录下面。如linux下的/ttyS0，/ttyS1分别表示的是串口1和串口2。

    在串口编程中，比较重要的是串口的设置，我们要设置的部分包括:波特率，数据位，停止位，奇偶校验位；要注意的是，每台机器的串口默认设置可能是不同的，如果你没设置这些，仅仅按照默认设置进行发送数据，很可能出现n多异想不到而又查不出来的情况。

1) 设置波特率

#include <termios.h>
#include <unistd.h>
int cfsetispeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

2) 设置属性：奇偶校验位、数据位、停止位。主要设置中的termios结构体即可：

#define NCCS 19
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 */
};

有相应的函数供获取和设置属性：

int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
int tcsetattr(int fd, int optional_actions, struct termios *termios_p);

3) 打开、关闭和读写串口。串口作为设备文件，可以直接用文件描述符来进行操作。

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);

#include <unistd.h>
int close(int fd);

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
       
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

网上的一个例子：

/*串口设备无论是在工控领域，还是在嵌入式设备领域，应用都非常广泛。而串口编程也就显得必不可少。
偶然的一次机会，需要使用串口，而且操作系统还要求是Linux，因此，趁着这次机会，综合别人的代码，
进行了一次整理和封装。具体的封装格式为C代码，这样做是为了很好的移植性，使它可以在C和C++环境下，
都可以编译和使用。代码的头文件如下： */

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//filename:stty.h

#ifndef __STTY_H__
#define __STTY_H__

//包含头文件

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

// 串口设备信息结构

typedef struct tty_info_t
{
    int fd; // 串口设备ID

    pthread_mutex_t mt; // 线程同步互斥对象

    char name[24]; // 串口设备名称，例："/dev/ttyS0"

    struct termios ntm; // 新的串口设备选项

    struct termios otm; // 旧的串口设备选项

} TTY_INFO;
//

// 串口操作函数

TTY_INFO *readyTTY(int id);
int setTTYSpeed(TTY_INFO *ptty, int speed);
int setTTYParity(TTY_INFO *ptty,int databits,int parity,int stopbits);
int cleanTTY(TTY_INFO *ptty);
int sendnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size);
int recvnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size);
int lockTTY(TTY_INFO *ptty);
int unlockTTY(TTY_INFO *ptty);

#endif


/*从头文件中的函数定义不难看出，函数的功能，使用过程如下：
（1） 打开串口设备，调用函数setTTYSpeed（）；
（2） 设置串口读写的波特率，调用函数setTTYSpeed（）；
（3） 设置串口的属性，包括停止位、校验位、数据位等，调用函数setTTYParity（）；
（4） 向串口写入数据，调用函数sendnTTY（）；
（5） 从串口读出数据，调用函数recvnTTY（）；
（6） 操作完成后，需要调用函数cleanTTY（）来释放申请的串口信息接口；
其中，lockTTY（）和unlockTTY（）是为了能够在多线程中使用。在读写操作的前后，需要锁定和释放串口资源。
具体的使用方法，在代码实现的原文件中，main（）函数中进行了演示。下面就是源代码文件： */

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//stty.c


#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "stty.h"

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// 初始化串口设备并进行原有设置的保存

TTY_INFO *readyTTY(int id)
{
    TTY_INFO *ptty;

    ptty = (TTY_INFO *)malloc(sizeof(TTY_INFO));
    if(ptty == NULL)
        return NULL;
    memset(ptty,0,sizeof(TTY_INFO));
    pthread_mutex_init(&ptty->mt,NULL);
    sprintf(ptty->name,"/dev/ttyS%d",id);
    //

    // 打开并且设置串口

    ptty->fd = open(ptty->name, O_RDWR | O_NOCTTY |O_NDELAY);
    if (ptty->fd <0)
    {
        free(ptty);
        return NULL;
    }
    //

    // 取得并且保存原来的设置

    tcgetattr(ptty->fd,&ptty->otm);
    return ptty;
}

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// 清理串口设备资源

int cleanTTY(TTY_INFO *ptty)
{
    //

    // 关闭打开的串口设备

    if(ptty->fd>0)
    {
        tcsetattr(ptty->fd,TCSANOW,&ptty->otm);
        close(ptty->fd);
        ptty->fd = -1;
        free(ptty);
        ptty = NULL;
    }

    return 0;
}


///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// 设置串口通信速率

// ptty 参数类型(TTY_INFO *),已经初始化的串口设备信息结构指针

// speed 参数类型(int),用来设置串口的波特率

// return 返回值类型(int),函数执行成功返回零值，否则返回大于零的值

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

int setTTYSpeed(TTY_INFO *ptty, int speed)
{
    int i;
    //

    // 进行新的串口设置,数据位为8位

    bzero(&ptty->ntm, sizeof(ptty->ntm));
    tcgetattr(ptty->fd,&ptty->ntm);
    ptty->ntm.c_cflag = /*CS8 |*/ CLOCAL | CREAD;

    switch(speed)
    {
    case 300:
        ptty->ntm.c_cflag |= B300;
        break;
    case 1200:
        ptty->ntm.c_cflag |= B1200;
        break;
    case 2400:
        ptty->ntm.c_cflag |= B2400;
        break;
    case 4800:
        ptty->ntm.c_cflag |= B4800;
        break;
    case 9600:
        ptty->ntm.c_cflag |= B9600;
        break;
    case 19200:
        ptty->ntm.c_cflag |= B19200;
        break;
    case 38400:
        ptty->ntm.c_cflag |= B38400;
        break;
    case 115200:
        ptty->ntm.c_cflag |= B115200;
        break;
    }
    ptty->ntm.c_iflag = IGNPAR;
    ptty->ntm.c_oflag = 0;
    //

    //

    tcflush(ptty->fd, TCIFLUSH);
    tcsetattr(ptty->fd,TCSANOW,&ptty->ntm);
    //

    //

    return 0;
}
// 设置串口数据位，停止位和效验位

// ptty 参数类型(TTY_INFO *),已经初始化的串口设备信息结构指针

// databits 参数类型(int), 数据位,取值为7或者8

// stopbits 参数类型(int),停止位,取值为1或者2

// parity 参数类型(int),效验类型 取值为N,E,O,,S

// return 返回值类型(int),函数执行成功返回零值，否则返回大于零的值

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

int setTTYParity(TTY_INFO *ptty,int databits,int parity,int stopbits)
{
    //

    // 取得串口设置

    if( tcgetattr(ptty->fd,&ptty->ntm) != 0)
    {
        printf("SetupSerial [%s]\n",ptty->name);
        return 1;
    }

    bzero(&ptty->ntm, sizeof(ptty->ntm));
    ptty->ntm.c_cflag = CS8 | CLOCAL | CREAD;
    ptty->ntm.c_iflag = IGNPAR;
    ptty->ntm.c_oflag = 0;
    //

    // 设置串口的各种参数

    ptty->ntm.c_cflag &= ~CSIZE;
    switch (databits)
    { //设置数据位数

    case 7:
        ptty->ntm.c_cflag |= CS7;
        break;
    case 8:
        ptty->ntm.c_cflag |= CS8;
        break;
    default:
        printf("Unsupported data size\n");
        return 5;
    }
    //

    //

    switch (parity)
    { // 设置奇偶校验位数

    case n:
    case N:
        ptty->ntm.c_cflag &= ~PARENB; /* Clear parity enable */
        ptty->ntm.c_iflag &= ~INPCK; /* Enable parity checking */
        break;
    case o:
    case O:
        ptty->ntm.c_cflag |= (PARODD|PARENB); /* 设置为奇效验*/
        ptty->ntm.c_iflag |= INPCK; /* Disnable parity checking */
        break;
    case e:
    case E:
        ptty->ntm.c_cflag |= PARENB; /* Enable parity */
        ptty->ntm.c_cflag &= ~PARODD; /* 转换为偶效验*/
        ptty->ntm.c_iflag |= INPCK; /* Disnable parity checking */
        break;
    case S:
    case s: /*as no parity*/
        ptty->ntm.c_cflag &= ~PARENB;
        ptty->ntm.c_cflag &= ~CSTOPB;
        break;
    default:
        printf("Unsupported parity\n");
        return 2;
    }
    //

    // 设置停止位

    switch (stopbits)
    {
    case 1:
        ptty->ntm.c_cflag &= ~CSTOPB;
        break;
    case 2:
        ptty->ntm.c_cflag |= CSTOPB;
        break;
    default:
        printf("Unsupported stop bits\n");
        return 3;
    }
    //

    //

    ptty->ntm.c_lflag = 0;
    ptty->ntm.c_cc[VTIME] = 0; // inter-character timer unused

    ptty->ntm.c_cc[VMIN] = 1; // blocking read until 1 chars received

    tcflush(ptty->fd, TCIFLUSH);
    if (tcsetattr(ptty->fd,TCSANOW,&ptty->ntm) != 0)
    {
        printf("SetupSerial \n");
        return 4;
    }

    return 0;
}

int recvnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size)
{
    int ret,left,bytes;

    left = size;

    while(left>0)
    {
        ret = 0;
        bytes = 0;

        pthread_mutex_lock(&ptty->mt);
        ioctl(ptty->fd, FIONREAD, &bytes);
        if(bytes>0)
        {
            ret = read(ptty->fd,pbuf,left);
        }
        pthread_mutex_unlock(&ptty->mt);
        if(ret >0)
        {
            left -= ret;
            pbuf += ret;
        }
        usleep(100);
    }

    return size - left;
}

int sendnTTY(TTY_INFO *ptty,char *pbuf,int size)
{
    int ret,nleft;
    char *ptmp;

    ret = 0;
    nleft = size;
    ptmp = pbuf;

    while(nleft>0)
    {
        pthread_mutex_lock(&ptty->mt);
        ret = write(ptty->fd,ptmp,nleft);
        pthread_mutex_unlock(&ptty->mt);

        if(ret >0)
        {
            nleft -= ret;
            ptmp += ret;
        }
        //usleep(100);

    }

    return size - nleft;
}

int lockTTY(TTY_INFO *ptty)
{
    if(ptty->fd < 0)
    {
        return 1;
    }

    return flock(ptty->fd,LOCK_EX);
}
int unlockTTY(TTY_INFO *ptty)
{
    if(ptty->fd < 0)
    {
        return 1;
    }

    return flock(ptty->fd,LOCK_UN);
}


#ifdef LEAF_TTY_TEST
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// 接口测试

int main(int argc,char **argv)
{
    TTY_INFO *ptty;
    int nbyte,idx;
    unsigned char cc[16];

    ptty = readyTTY(0);
    if(ptty == NULL)
    {
        printf("readyTTY(0) error\n");
        return 1;
    }
    //

    //

    lockTTY(ptty);
    if(setTTYSpeed(ptty,9600)>0)
    {
        printf("setTTYSpeed() error\n");
        return -1;
    }
    if(setTTYParity(ptty,8,N,1)>0)
    {
        printf("setTTYParity() error\n");
        return -1;
    }
    //

    idx = 0;
    while(1)
    {
        cc[0] = 0xFA;
        sendnTTY(ptty,&cc[0],1);
        nbyte = recvnTTY(ptty,cc,1);
        printf("%d:%02X\n",idx++,cc[0]);
    }

    cleanTTY(ptty);

}
#endif

参考：
http://hi.baidu.com/szimshan/blog/item/103f34dcb7c4b6a6cd1166aa.html
http://blog.chinaunix.net/u/19671/showart_194522.html