程序员经验分享-hwhale

Ubuntu18.04 实现串口通信

2023-05-16

 最近由于项目需要， 研究了关于在ubuntu下串口通信的功能实现。期间遇到一些问题，跟大家分享下。

 1. 代码 

comm_service.h


#ifndef comm_service_h
#define comm_service_h

//串口相关的头文件
#include <stdio.h>  /*标准输入输出定义*/
#include <stdlib.h> /*标准函数库定义*/
#include <unistd.h> /*Unix 标准函数定义*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/serial.h>
#include <fcntl.h>   /*文件控制定义*/
#include <termios.h> /*PPSIX 终端控制定义*/
#include <errno.h>   /*错误号定义*/
#include <string.h>
//宏定义
#define FALSE -1
#define TRUE 0

namespace dst_ccms_api
{
    class comm_service
    {
    public:
        comm_service();
        ~comm_service();

        /*******************************************************************  
            *名称：             CommOpen  
            *功能：            打开串口并返回串口设备文件描述  
            *param：         port  串口号(ttyS0,ttyS1,ttyS2)
            *return：         void  
        *******************************************************************/
        int CommOpen(char *port);

        /*******************************************************************  
            *名称：             CommClose  
            *功能：             关闭串口并返回串口设备文件描述  
            *param：         fd  文件描述符     
            *return：         void  
        *******************************************************************/
        void CommClose();

        /*******************************************************************  
            *名称：             CommInit  
            *功能：             串口初始化  
            *param：         fd          串口文件描述符
            *                           speed       串口速度  
            *                           flow_ctrl   数据流控制  (0:不使用 1:硬件流控制 2:软件流控制)
            *                           databits    数据位   取值为 7 或者8  
            *                           stopbits    停止位   取值为 1 或者2  
            *                           parity      效验类型 取值为N(无校验位),E(偶检验),O(奇校验)  
            *return：         正确返回为1，错误返回为-1 
        *******************************************************************/
        int CommInit(int baudrate, int flow_ctrl, int databits, int stopbits, int parity);

        /*******************************************************************  
            *名称：             CommRecv  
            *功能：             接收串口数据  
            *param：         rcv_buf  接收串口中数据存入rcv_buf缓冲区中     
            *                           data_len  一帧数据的长度
            *return：         正确返回为1，错误返回为-1   
        *******************************************************************/
        int CommRecv(char *rcv_buf, int data_len);

        /*******************************************************************  
            *名称：             CommSend  
            *功能：             发送数据  
            *param：         send_buf  存放串口发送数据     
            *                           data_len  一帧数据的长度
            *return：         正确返回为1，错误返回为-1    
        *******************************************************************/
        int CommSend(char *send_buf, int data_len);

        /*******************************************************************  
            *名称：             getCommFD  
            *功能：             获取文件描述  
            *return：         文件描述句柄
        *******************************************************************/
        int CommGetFD() const;

        /*******************************************************************  
            *名称：             serialFlush  
            *功能：             清除缓冲区 TCIOFLUSH(刷清输入、输出队列)   TCIFLUSH(刷清输入队列) TCIFLUSH (刷清输出队列)
            *return：         true:开启 flase:关闭
        *******************************************************************/
        void CommFlush(int flush);

    private:
        /*******************************************************************  
            *名称：             commSet  
            *功能：             设置串口数据位，停止位和效验位   
            *param：         fd          串口文件描述符
            *                           baudrate    波特率  
            *                           flow_ctrl   数据流控制  
            *                           databits    数据位   取值为 7 或者8  
            *                           stopbits    停止位   取值为 1 或者2  
            *                           parity      效验类型 取值为N,E,O,,S  
            *return：          void  
        *******************************************************************/
        int commSet(int baudrate, int flow_ctrl, int databits, int stopbits, int parity);

        /*******************************************************************  
            *名称：             commIsOpen  
            *功能：             串口是否开启  
            *return：         true:开启 flase:关闭
        *******************************************************************/
        bool commIsOpen() const;

        /*******************************************************************  
            *名称：             serial_set_speci_baud  
            *功能：             非特定波特率设置  
            *param：         options    配置
                                         baud         非标准波特率(如28800..)
            *return：         正确返回为0，错误返回为-1  
        *******************************************************************/
        int serial_set_speci_baud(struct termios &options,int baud);

        int m_fd; // 文件描述句柄
    };
} // namespace qh_dst_ccms_api
#endif

comm_service.cpp


#include "comm_service.h"
#include "common_logger.h"

using namespace dst_ccms_api;
using namespace J_COMMON_UTIL;

comm_service::comm_service() : m_fd(-1) {}
comm_service::~comm_service() {}

int comm_service::CommOpen(char *port)
{

    if (commIsOpen())
        return 1;

    m_fd = open(port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (m_fd < 0)
    {
        LError("Can't Open Serial Port.");
        return -1;
    }
    //恢复串口为阻塞状态
    if (fcntl(m_fd, F_SETFL, 0) < 0)
    {
        LError("fcntl failed.");
        return -1;
    }
    //测试是否为终端设备
    if (0 == isatty(STDIN_FILENO))
    {
        LError("standard input is not a terminal device.");
        return -1;
    }
    return 1;
}

void comm_service::CommClose()
{
    if (!commIsOpen())
        return;
    close(m_fd);
}

int comm_service::commSet(int baudrate, int flow_ctrl, int databits, int stopbits, int parity)
{
    if (!commIsOpen())
        return -1;

    int i;
    int status;
    int speed_arr[] = {B115200, B19200, B9600, B4800, B2400, B1200, B300};
    int name_arr[] = {115200, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200, 300};

    struct termios options;

    /*  tcgetattr(fd,&options)得到与fd指向对象的相关参数，并将它们保存于options,该函数还可以测试配置是否正确，
        该串口是否可用等。若调用成功，函数返回值为0，若调用失败，函数返回值为1.  */
    if (tcgetattr(m_fd, &options) != 0)
    {
        LError("commSet tcgetattr error.");
        return (FALSE);
    }
     bool isStandard = false;
     //设置串口输入波特率和输出波特率
     for (i = 0; i < sizeof(speed_arr) / sizeof(int); i++)
     {
         if (baudrate == name_arr[i])
         {
             cfsetispeed(&options, speed_arr[i]);
             cfsetospeed(&options, speed_arr[i]);
             isStandard =true;
             break;
         }
     }

     if(!isStandard){
         // 非标准波特率
         int res = serial_set_speci_baud(options, baudrate);
         if (res != 0)
         {
             LError("commSet serial_set_speci_baud error.");
             return (FALSE);
        }
     }    

    //修改控制模式，保证程序不会占用串口
    options.c_cflag |= CLOCAL;
    //修改控制模式，使得能够从串口中读取输入数据
    options.c_cflag |= CREAD;

    //设置数据流控制
    switch (flow_ctrl)
    {
    case 0: //不使用流控制
        options.c_cflag &= ~CRTSCTS;
        break;
    case 1: //使用硬件流控制
        options.c_cflag |= CRTSCTS;
        break;
    case 2: //使用软件流控制
        options.c_cflag |= IXON | IXOFF | IXANY;
        break;
    }

    //设置数据位,屏蔽其他标志位
    options.c_cflag &= ~CSIZE;
    switch (databits)
    {
    case 5:
        options.c_cflag |= CS5;
        break;
    case 6:
        options.c_cflag |= CS6;
        break;
    case 7:
        options.c_cflag |= CS7;
        break;
    case 8:
        options.c_cflag |= CS8;
        break;
    default:
        LError("Unsupported data size.");
        return (FALSE);
    }

    //设置校验位
    switch (parity)
    {
    case 'n':
    case 'N': //无奇偶校验位。
        options.c_cflag &= ~PARENB;
        options.c_iflag &= ~INPCK;
        //options.c_iflag &= ~(BRKINT | ICRNL | INPCK | ISTRIP | IXON);
        break;
    case 'o':
    case 'O': //设置为奇校验
        options.c_cflag |= (PARODD | PARENB);
        options.c_iflag |= INPCK;
        break;
    case 'e':
    case 'E': //设置为偶校验
        options.c_cflag |= PARENB;
        options.c_cflag &= ~PARODD;
        options.c_iflag |= INPCK;
        break;
    case 's':
    case 'S': //设置为空格
        options.c_cflag &= ~PARENB;
        options.c_cflag &= ~CSTOPB;
        break;
    default:
        LError("Unsupported parity.");
        return (FALSE);
    }

    // 解决二进制传输时，数据遇到0x0d , 0x11,0x13 会被丢掉的问题   J.  1027
    options.c_iflag &= ~(BRKINT | ICRNL | ISTRIP | IXON);

    // 设置停止位
    switch (stopbits)
    {
    case 1:
        options.c_cflag &= ~CSTOPB;
        break;
    case 2:
        options.c_cflag |= CSTOPB;
        break;
    default:
        LError("Unsupported stop bits.");
        return (FALSE);
    }

    //修改输出模式，原始数据输出
    options.c_oflag &= ~OPOST;

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

    //设置等待时间和最小接收字符
    options.c_cc[VTIME] = 1; /* 读取一个字符等待1*(1/10)s */
    options.c_cc[VMIN] = 1;  /* 读取字符的最少个数为1 */

    //如果发生数据溢出，接收数据，但是不再读取 刷新收到的数据但是不读
    tcflush(m_fd, TCIFLUSH);

    //激活配置 (将修改后的termios数据设置到串口中）
    if (tcsetattr(m_fd, TCSANOW, &options) != 0)
    {
        LError("com set error!");
        return (FALSE);
    }
    return (TRUE);
}

int comm_service::CommInit(int speed, int flow_ctrl, int databits, int stopbits, int parity)
{
    if (!commIsOpen())
        return -1;
    //设置串口数据帧格式
     return commSet(speed, flow_ctrl, databits, stopbits, parity) ;
}

int comm_service::CommRecv(char *rcv_buf, int data_len)
{
    if (!commIsOpen())
        return -1;

    int len, fs_sel;
    fd_set fs_read;

    FD_ZERO(&fs_read);
    FD_SET(m_fd, &fs_read);

    struct timeval time;
    time.tv_sec = 10;
    time.tv_usec = 0;
    //使用select实现串口的多路通信
    fs_sel = select(m_fd + 1, &fs_read, NULL, NULL, &time);
    if (fs_sel)
    {
        len = read(m_fd, rcv_buf, data_len);
        return len;
    }
    else
        return FALSE;
}

int comm_service::CommSend(char *send_buf, int data_len)
{
    if (!commIsOpen())
        return -1;

    CommFlush(TCIFLUSH);
    int len = 0;
    len = write(m_fd, send_buf, data_len);
    if (len == data_len)
        return len;
    else
    {
        tcflush(m_fd, TCOFLUSH);
        return FALSE;
    }
}

void comm_service::CommFlush(int flush)
{
    if (!commIsOpen())
        return;

    tcflush(m_fd, flush);
}

int comm_service::CommGetFD() const
{
    return m_fd;
}

bool comm_service::commIsOpen() const
{
    return m_fd < 0 ? false : true;
}

int comm_service::serial_set_speci_baud(struct termios &options,int baud)
{
    struct serial_struct ss,ss_set;
    
    cfsetispeed(&options,B38400);
    cfsetospeed(&options,B38400);

    if((ioctl(m_fd,TIOCGSERIAL,&ss))<0){
        LInfo("1.serial_set_speci_baud ioctl.");
        return -1;
    }

    ss.flags = ASYNC_SPD_CUST;
    ss.custom_divisor = ss.baud_base / baud;

    if((ioctl(m_fd,TIOCSSERIAL,&ss))<0){
        return -1;
    }

    ioctl(m_fd,TIOCGSERIAL,&ss_set);

    return 0;
}

2. 代码注释写的挺详细，就不说代码了，下面说下遇到的几个问题

1. 非标准波特率的问题。参考： 转帖：linux串口编程中非标准波特率的实现 (amobbs.com 阿莫电子论坛 - 东莞阿莫电子网站)

通常,在linux下面,设置串口使用终端IO的相关函数设置,如tcsetattr等函数，linux内部有一个对常用波特率列表的索引,根据设置的波特率用底层驱动来设置异步通信芯片的寄存器
但是在一些特定应用中需要用到非标准的波特率，比如125000、28800等 。

对于非标准的任意波特率需要用ioctl(fd, TIOCGSERIAL, p)和ioctl(fd, TIOCSSERIAL, p)的配合，ioctl的最后一个参数是struct serial_struct *类型，在linux/serial.h中定义。其中baud_base是基准晶振频率/16(对于SEP4020来说，baud_base=sysclk/16)，你需要设的是custom_divisor这个值，最终的波特率计算公式为baud=baud_base/custom_divisor，所以要设置custom_divisor=baud_base/baud，。
具体过程为，先设置波特率设为38400(tcsetattr)，然后用TIOCGSERIAL得到当前的设置，将flags设置ASYNC_SPD_CUST位，设置custom_divisor，最后用TIOCSSERIAL设置。

             代码实现:

int comm_service::serial_set_speci_baud(struct termios &options,int baud)
{
    struct serial_struct ss,ss_set;
    
    cfsetispeed(&options,B38400);
    cfsetospeed(&options,B38400);

    if((ioctl(m_fd,TIOCGSERIAL,&ss))<0){
        LInfo("1.serial_set_speci_baud ioctl.");
        return -1;
    }

    ss.flags = ASYNC_SPD_CUST;
    ss.custom_divisor = ss.baud_base / baud;

    if((ioctl(m_fd,TIOCSSERIAL,&ss))<0){
        return -1;
    }

    ioctl(m_fd,TIOCGSERIAL,&ss_set);

    return 0;
}

   2. 在测试过程中，发现接受的字符中缺少内容，总是接受不全。

       解决办法：参考 ：解决方法：Linux串口接收字节0x11，0x0d，0x13丢失_Leung_ManWah的博客-CSDN博客

options.c_iflag &= ~(BRKINT | ICRNL | ISTRIP | IXON);

最后：

1. 以上内容均来自网上，有一些原文找不到了，就没附原文链接，如作者有意见，please 楼下留言，我会及时修改。

2. 有需要的小伙伴可以参考下，也许可以少绕一些弯路 。

             

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