Linux学习系列七: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语言操作

我们看下在C代码里如何操作串口,下面是一个例子:

/***********************************************
 * @{
 * @file  : gpio_demo.c
 * @brief : 
 * @author: Wenxue Wang
 * @email : topsemic@sina.com
 * @date  : 2019-06-12 
***********************************************/

//--------------------------------------------------
// Copyright (c) Topsemic
//--------------------------------------------------

#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:

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

/***********************************************
 * @{
 * @file  : gpio_demo.c
 * @brief : 
 * @author: Wenxue Wang
 * @email : topsemic@sina.com
 * @date  : 2019-06-12 
***********************************************/

//--------------------------------------------------
// Copyright (c) Topsemic
//--------------------------------------------------

#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:

/***********************************************
 * @{
 * @file  : gpio_demo.c
 * @brief : 
 * @author: Wenxue Wang
 * @email : topsemic@sina.com
 * @date  : 2019-06-17
***********************************************/

//--------------------------------------------------
// Copyright (c) Topsemic
//--------------------------------------------------

#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

本篇为大家介绍了Linux下UART的使用。

大家有任何想法,可以在网页下方留言,或者发邮件:Topsemic@sina.com ,微信公众号如下,欢迎关注:

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链接: https://pan.baidu.com/s/1k7ZyoUgv-8xzcRsjKWanjg   提取码:js0r;

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本篇文章完整内容见附件pdf文档:

本系列往期文章见:

1:Linux学习系列一:开发环境搭建

2:Linux 学习系列二:运行 Hello World

3:Linux学习系列三:uboot编译下载

4:Linux学习系列四:Kernel编译下载

5:Linux学习系列五:Nand Flash根文件系统制作

6:Linux学习系列六:操作GPIO

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