linux串口編程 非規範模式 read()問題

火星人 @ 2014-03-09 , reply:0


在linux下編寫終端程序時,有規範模式 ,非規範模式(原始模式特殊的非規範模式)之分.不用於終端,而是在串口這種使用情況下,一般設置為原始模式(非規範的一種特殊情況).但用read()函數,希望從串口接收指定的數量的字元時,往往接收到的實際字元數,都與指定的不同.如本人用read()希望接收 10 bytes的數據,但實驗后發現,分了幾次才接收到,倆次接收2bytes ,兩次接收3bytes.

查閱相關資料得知:

一般地串口的讀寫模式有直接模式和緩存模式,在直接模式下,串口的讀寫都是單位元組的,也就是說一次的read或write只能操作一個位元組;

但是大部份串口晶元都支持緩存模式,緩存模式一般同時支持中斷聚合和超時機制,也就是說在有數據時,當緩存滿或者超時時間到時,都會觸發讀或寫中斷.寫的時候可以將要操作的數據先搬到緩存里,然後啟動寫操作,晶元會自動將一連串的數據寫出,在讀的時候類似,一次讀到的是串口晶元緩存里的數據.串口設備的緩存一般有限,一次能read到的最大位元組數就是緩存的容量.所以串口晶元的緩存容量決定了你一次能收到的位元組數.本人用一個usb轉232來充當串口接收時,發現一次可以接收8個bytes.

對於具體一次傳輸多少位元組也不去追究了,總之通訊過程中無法保證一次發送的數據肯定是一次接收的,所以寫代碼 來一次一次的接收,直到接收滿足預定的為止,當然在此過程中得使用select/poll來避免超時接收.

即從通訊的角度來說,接受方自己解決如何識別一個禎的問題.

(操作串口相當於操作物理層,OSI/ISO模型中的第一層,解決禎同步問題是第二層的任務,所以我們需要自己搭一個第二層.

也就是說:我們需要通過定義通訊協議,規定數據的內容自己分析什麼時候收完了一次需要的數據.通訊過程中無法保證一次發送的數據肯定是一次接收的)

下面來解決識別幀的問題:

不是編寫終端,我們一幫都採用原始模式;進行簡單的串口編程,一般設置成阻塞模式,便可以了.但是在大多數應用場合,把串口設置成阻塞模式是很不實用的,如read()時,如果沒有數據發來,這程序一直會阻塞在這裡(除非用多線程).因此一般把其設置為非阻塞模式.一般是需要用串口讀取指定長度的數據,但是read函數實際讀取的數據長度,往往會與指定的不同,所以自己編寫一個讀寫N位元組數據的函數:

很快想到用個循環,但是循環中有 『即使一直沒有收到指定長度的數據但在一定時間后也跳出循環』的機制,否則就與阻塞模式的沒有區別了(也就是讓函數一直等,等到指定長度數據接收為止).參考下APUE的程序清單14-11的readn()函數,此函數看似很好,但是它不適合用於串口的讀取,它一旦if(nread = read(fd, ptr, nleft) < 0) 就立刻會跳出循環,沒有絲毫的時間上的容限,而串口的接收必然沒有這麼快,如若波特率為1200,是比較慢的.倆個位元組傳輸的間隔,其都會被判斷為錯誤而跳出.當然該函數對於讀寫文件是非常好用的.

ssize_t /* Read "n" bytes from a descriptor */

readn(int fd, void *ptr, size_t n)

{

size_t nleft;

ssize_t nread;

nleft = n;

while (nleft > 0) {

if ((nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0) {

if (nleft == n)

return(-1); /* error, return -1 */

else

break; /* error, return amount read so far */

} else if (nread == 0) {

break; /* EOF */

}

nleft -= nread;

ptr = nread;

}

return(n - nleft); /* return >= 0 */

}

再次參考下APUE的tread() 和treadn()函數,這組函數結合了select函數,在放棄之前,有了個時間來阻塞.有了一定的時間容限.例如把select中的tv.tv_sec = 1;這樣就不會把 原本正常的倆個位元組的時間間隔,誤判為錯誤了.

ssize_t

tread(int fd, void *buf, size_t nbytes, unsigned int timout)

{

int nfds;

fd_set readfds;

struct timeval tv;

tv.tv_sec = timout;

tv.tv_usec = 0;

FD_ZERO(&readfds);

FD_SET(fd, &readfds);

nfds = select(fd 1, &readfds, NULL, NULL, &tv);

if (nfds <= 0) {

if (nfds == 0)

errno = ETIME;

return(-1);

}

return(read(fd, buf, nbytes));

}

ssize_t

treadn(int fd, void *buf, size_t nbytes, unsigned int timout)

{

size_t nleft;

ssize_t nread;

nleft = nbytes;

while (nleft > 0) {

if ((nread = tread(fd, buf, nleft, timout)) < 0) {

if (nleft == nbytes)

return(-1); /* error, return -1 */

else

break; /* error, return amount read so far */

} else if (nread == 0) {

break; /* EOF */

}

nleft -= nread;

buf = nread;

}

return(nbytes - nleft); /* return >= 0 */

}

實際應用如:

某個串口通信協議一幀為10個位元組,linux 接收1幀後去解析該幀的命令.波特率1200 .在linux中有個讀取一幀數據的函數,該函數不能『一直等待接收10個位元組』,而在一定時間內沒有收到完整的一幀就放棄該幀,這樣才能防止對方發送錯誤或者通信中的錯誤帶來的問題. 利用treadn()很好的配合該思路的實現.可以定時限為10ms.如果超過10ms(可以設置長點)這treadn()也會返回,這時判斷如果實際收到的數據小於10,則丟棄即可.本人用1200的波特率,tv設置成了500us,工作的很好.

貼一個經典的串口編程基礎:

1.串口操作需要的頭文件

#include <stdio.h> //標準輸入輸出定義

#include <stdlib.h> //標準函數庫定義

#include <unistd.h> //Unix標準函數定義

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h> //文件控制定義

#include <termios.h> //POSIX中斷控制定義

#include <errno.h> //錯誤號定義

2.打開串口

串口位於/dev中,可作為標準文件的形式打開,其中:

串口1 /dev/ttyS0

串口2 /dev/ttyS1

代碼如下:

int fd;

fd = open(「/dev/ttyS0」, O_RDWR);

if(fd == -1)

{

Perror(「串口1打開失敗!」);

}

//else

//fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);除了使用O_RDWR標誌之外,通常還會使用O_NOCTTY和O_NDELAY這兩個標誌.

O_NOCTTY:告訴Unix這個程序不想成為「控制終端」控制的程序,不說明這個標誌的話,任何輸入都會影響你的程序.

O_NDELAY:告訴Unix這個程序不關心DCD信號線狀態,即其他埠是否運行,不說明這個標誌的話,該程序就會在DCD信號線為低電平時停止.

3.設置波特率

最基本的串口設置包括波特率、校驗位和停止位設置,且串口設置主要使用termios.h頭文件中定義的termios結構,如下:

struct termios

{

tcflag_t c_iflag; //輸入模式標誌

tcflag_t c_oflag; //輸出模式標誌

tcflag_t c_cflag; //控制模式標誌

tcflag_t c_lflag; //本地模式標誌

cc_t c_line; //line discipline

cc_t c_cc[NCC]; //control characters

}

代碼如下:

int speed_arr[] = { B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300, B38400, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300, };

int name_arr[] = {38400, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300, 38400, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300, };

void SetSpeed(int fd, int speed)

{

int i;

struct termios Opt; //定義termios結構

if(tcgetattr(fd, &Opt) != 0)

{

perror(「tcgetattr fd」);

return;

}

for(i = 0; i < sizeof(speed_arr) / sizeof(int); i )

{

if(speed == name_arr[i])

{

tcflush(fd, TCIOFLUSH);

cfsetispeed(&Opt, speed_arr[i]);

cfsetospeed(&Opt, speed_arr[i]);

if(tcsetattr(fd, TCSANOW, &Opt) != 0)

{

perror(「tcsetattr fd」);

return;

}

tcflush(fd, TCIOFLUSH);

}

}

}注意tcsetattr函數中使用的標誌:

TCSANOW:立即執行而不等待數據發送或者接受完成.

TCSADRAIN:等待所有數據傳遞完成後執行.

TCSAFLUSH:Flush input and output buffers and make the change

4.設置數據位、停止位和校驗位

以下是幾個數據位、停止位和校驗位的設置方法:(以下均為1位停止位)

8位數據位、無校驗位:

Opt.c_cflag &= ~PARENB;

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS8;

7位數據位、奇校驗:

Opt.c_cflag |= PARENB;

Opt.c_cflag |= PARODD;

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS7;

7位數據位、偶校驗:

Opt.c_cflag |= PARENB;

Opt.c_cflag &= ~PARODD;

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS7;

7位數據位、Space校驗:

Opt.c_cflag &= ~PARENB;

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS7;

代碼如下:

int SetParity(int fd, int databits, int stopbits, int parity)

{

struct termios Opt;

if(tcgetattr(fd, &Opt) != 0)

{

perror("tcgetattr fd");

return FALSE;

}

Opt.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); //一般必設置的標誌

switch(databits) //設置數據位數

{

case 7:

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS7;

break;

case 8:

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS8;

berak;

default:

fprintf(stderr, "Unsupported data size.\n");

return FALSE;

}

switch(parity) //設置校驗位

{

case 'n':

case 'N':

Opt.c_cflag &= ~PARENB; //清除校驗位

Opt.c_iflag &= ~INPCK; //enable parity checking

break;

case 'o':

case 'O':

Opt.c_cflag |= PARENB; //enable parity

Opt.c_cflag |= PARODD; //奇校驗

Opt.c_iflag |= INPCK //disable parity checking

break;

case 'e':

case 'E':

Opt.c_cflag |= PARENB; //enable parity

Opt.c_cflag &= ~PARODD; //偶校驗

Opt.c_iflag |= INPCK; //disable pairty checking

break;

case 's':

case 'S':

Opt.c_cflag &= ~PARENB; //清除校驗位

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB; //??????????????

Opt.c_iflag |= INPCK; //disable pairty checking

break;

default:

fprintf(stderr, "Unsupported parity.\n");

return FALSE;

}

switch(stopbits) //設置停止位

{

case 1:

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

break;

case 2:

Opt.c_cflag |= CSTOPB;

break;

default:

fprintf(stderr, "Unsupported stopbits.\n");

return FALSE;

}

opt.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);

opt.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);

opt.c_oflag &= ~OPOST;

opt.c_oflag &= ~(ONLCR | OCRNL); //添加的

opt.c_iflag &= ~(ICRNL | INLCR);

opt.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); //添加的

tcflush(fd, TCIFLUSH);

Opt.c_cc[VTIME] = 0; //設置超時為15sec

Opt.c_cc[VMIN] = 0; //Update the Opt and do it now

if(tcsetattr(fd, TCSANOW, &Opt) != 0)

{

perror("tcsetattr fd");

return FALSE;

}

return TRUE;

}

5.某些設置項

在第四步中我們看到一些比較特殊的設置,下面簡述一下他們的作用.

c_cc數組的VSTART和VSTOP元素被設定成DC1和DC3,代表ASCII標準的XON和XOFF字元,如果在傳輸這兩個字元的時候就傳不過去,需要把軟體流控制屏蔽,即:

Opt.c_iflag &= ~ (IXON | IXOFF | IXANY);

有時候,在用write發送數據時沒有鍵入回車,信息就發送不出去,這主要是我們在輸入輸出時是按照規範模式接收到回車或換行才發送,而更多情況下我們是不必鍵入回車或換行的.此時應轉換到行方式輸入,不經處理直接發送,設置如下:

Opt.c_lflag &= ~ (ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);

還存在這樣的情況:發送字元0X0d的時候,往往接收端得到的字元是0X0a,原因是在串口設置中c_iflag和c_oflag中存在從NL-CR和CR-NL的映射,即串口能把回車和換行當成同一個字元,可以進行如下設置屏蔽之:

Opt.c_iflag &= ~ (INLCR | ICRNL | IGNCR);

Opt.c_oflag &= ~(ONLCR | OCRNL);

6.讀寫串口

發送數據方式如下,write函數將返回寫的位數或者當錯誤時為-1.

char buffer[1024];

int length;

int nByte;

nByte = write(fd, buffer, length);

讀取數據方式如下,原始數據模式下每個read函數將返回實際串口收到的字元數,如果串口中沒有字元可用,回叫將會阻塞直到以下幾種情況:有字元進入;一個間隔計時器失效;錯誤發送.

在打開串口成功后,使用fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY)語句,可以使read函數立即返回而不阻塞.FNDELAY選項使read函數在串口無字元時立即返回且為0.

char buffer[1024];

int length;

int readByte;

readByte = read(fd, buffer, len);

注意:設置為原始模式傳輸數據的話,read函數返回的字元數是實際串口收到的字元數.Linux下直接用read讀串口可能會造成堵塞,或者數據讀出錯誤,此時可使用tcntl或者select等函數實現非同步讀取.用select先查詢com口,再用read去讀就可以避免上述錯誤.

7.關閉串口

串口作為文件來處理,所以一般的關閉文件函數即可:

close(fd);

8.例子

這個例子中,需要打開串口1,設置9600波特率、8位數據位、1位停止位以及空校驗,之後利用while語句循環判斷串口中是否可以讀出數據,將串口中數據連續讀出后重新寫回到串口中.

該程序可與minicom聯合測試.

#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>

main()

{

int fd;

int i;

int len;

int n = 0;

char read_buf[256];

char write_buf[256];

struct termios opt;

fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY); //默認為阻塞讀方式

if(fd == -1)

{

perror("open serial 0\n");

exit(0);

}

tcgetattr(fd, &opt);

cfsetispeed(&opt, B9600);

cfsetospeed(&opt, B9600);

if(tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt) != 0 )

{

perror("tcsetattr error");

return -1;

}

opt.c_cflag &= ~CSIZE;

opt.c_cflag |= CS8;

opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

opt.c_cflag &= ~PARENB;

opt.c_cflag &= ~INPCK;

opt.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);

opt.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);

opt.c_oflag &= ~OPOST;

opt.c_oflag &= ~(ONLCR | OCRNL); //添加的

opt.c_iflag &= ~(ICRNL | INLCR);

opt.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); //添加的

opt.c_cc[VTIME] = 0;

opt.c_cc[VMIN] = 0;

tcflush(fd, TCIOFLUSH);

printf("configure complete\n");

if(tcsetattr(fd, TCSANOW, &opt) != 0)

{

perror("serial error");

return -1;

}

printf("start send and receive data\n");

while(1)

{

n = 0;

len = 0;

bzero(read_buf, sizeof(read_buf)); //類似於memset

bzero(write_buf, sizeof(write_buf));

while( (n = read(fd, read_buf, sizeof(read_buf))) > 0 )

{

for(i = len; i < (len n); i )

{

write_buf[i] = read_buf[i - len];

}

len = n;

}

write_buf[len] = '\0';

printf("Len %d \n", len);

printf("%s \n", write_buf);

n = write(fd, write_buf, len);

printf("write %d chars\n",n);

sleep(2);

}

}

9.附錄

c_cflag用於設置控制參數,除了波特率外還包含以下內容:

EXTA External rate clock

EXTB External rate clock

CSIZE Bit mask for data bits

CS5 5個數據位

CS6 6個數據位

CS7 7個數據位

CS8 8個數據位

CSTOPB 2個停止位(清除該標誌表示1個停止位

PARENB 允許校驗位

PARODD 使用奇校驗(清除該標誌表示使用偶校驗)

CREAD Enable receiver

HUPCL Hangup (drop DTR) on last close

CLOCAL Local line – do not change 「owner」 of port

LOBLK Block job control outpu

c_cflag標誌可以定義CLOCAL和CREAD,這將確保該程序不被其他埠控制和信號干擾,同時串口驅動將讀取進入的數據.CLOCAL和CREAD通常總是被是能的.

c_lflag用於設置本地模式,決定串口驅動如何處理輸入字元,設置內容如下:

ISIG Enable SIGINTR, SIGSUSP, SIGDSUSP, and SIGQUIT signals

ICANON Enable canonical input (else raw)

XCASE Map uppercase \lowercase (obsolete)

ECHO Enable echoing of input characters

ECHOE Echo erase character as BS-SP-BS

ECHOK Echo NL after kill character

ECHONL Echo NL

NOFLSH Disable flushing of input buffers after interrupt or quit characters

IEXTEN Enable extended functions

ECHOCTL Echo control characters as ^char and delete as ~?

ECHOPRT Echo erased character as character erased

ECHOKE BS-SP-BS entire line on line kill

FLUSHO Output being flushed

PENDIN Retype pending input at next read or input char

TOSTOP Send SIGTTOU for background output

c_iflag用於設置如何處理串口上接收到的數據,包含如下內容:

INPCK Enable parity check

IGNPAR Ignore parity errors

ParmRK Mark parity errors

ISTRIP Strip parity bits

IXON Enable software flow control (outgoing)

IXOFF Enable software flow control (incoming)

IXANY Allow any character to start flow again

IGNBRK Ignore break condition

BRKINT Send a SIGINT when a break condition is detected

INLCR Map NL to CR

IGNCR Ignore CR

ICRNL Map CR to NL

IUCLC Map uppercase to lowercase

IMAXBEL Echo BEL on input line too long

c_oflag用於設置如何處理輸出數據,包含如下內容:

OPOST Postprocess output (not set = raw output)

OLCUC Map lowercase to uppercase

ONLCR Map NL to CR-NL

OCRNL Map CR to NL

NOCR No CR output at column 0

ONLRET NL performs CR function

OFILL Use fill characters for delay

OFDEL Fill character is DEL

NLDLY Mask for delay time needed between lines

NL0 No delay for NLs

NL1 Delay further output after newline for 100 milliseconds

CRDLY Mask for delay time needed to return carriage to left column

CR0 No delay for CRs

CR1 Delay after CRs depending on current column position

CR2 Delay 100 milliseconds after sending CRs

CR3 Delay 150 milliseconds after sending CRs

TABDLY Mask for delay time needed after TABs

TAB0 No delay for TABs

TAB1 Delay after TABs depending on current column position

TAB2 Delay 100 milliseconds after sending TABs

TAB3 Expand TAB characters to spaces

BSDLY Mask for delay time needed after BSs

BS0 No delay for BSs

BS1 Delay 50 milliseconds after sending BSs

VTDLY Mask for delay time needed after VTs

VT0 No delay for VTs

VT1 Delay 2 seconds after sending VTs

FFDLY Mask for delay time needed after FFs

FF0 No delay for FFs

FF1 Delay 2 seconds after sending FFs

c_cc定義了控制字元,包含以下內容:

VINTR Interrupt CTRL-C

VQUIT Quit CTRL-Z

VERASE Erase Backspace (BS)

VKILL Kill-line CTRL-U

VEOF End-of-file CTRL-D

VEOL End-of-line Carriage return (CR)

VEOL2 Second end-of-line Line feed (LF)

VMIN Minimum number of characters to read

VSTART Start flow CTRL-Q (XON)

VSTOP Stop flow CTRL-S (XOFF)

VTIME Time to wait for data (tenths of seconds)

注意:控制符VTIME和VMIN之間有複雜的關係.VTIME定義要求等待的時間(百毫米,通常是unsigned char變數),而VMIN定義了要求等待的最小位元組數(相比之下,read函數的第三個參數指定了要求讀的最大位元組數).

如果VTIME=0,VMIN=要求等待讀取的最小位元組數,read在讀取了VMIN個位元組的數據或者收到一個信號才會返回.

如果VTIME=時間量,VMIN=0,不管能否讀取到數據,read也要等待VTIME的時間量.

如果VTIME=時間量,VMIN=要求等待讀取的最小位元組數,那麼將從read讀取第一個位元組的數據時開始計時,並會在讀取到VMIN個位元組或者VTIME時間后返回.

如果VTIME=0,VMIN=0,不管能否讀取到數據,read都會立即返回.





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