linux串口编程非规范模式 read()问题

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linux串口编程非规范模式 read()问题

2013年10月21日 ⁄ 综合 ⁄ 共 5591字 ⁄ 字号小中大 ⁄ 评论关闭

在linux下编写终端程序时，有规范模式，非规范模式（原始模式特殊的非规范模式）之分。不用于终端，而是在串口这种使用情况下，一般设置为原始模式（非规范的一种特殊情况）。但用read()函数，希望从串口接收指定的数量的字符时，往往接收到的实际字符数，都与指定的不同。如本人用read（）希望接收
10 bytes的数据，但实验后发现，分了几次才接收到，俩次接收2bytes ，两次接收3bytes。

查阅相关资料得知：

一般地串口的读写模式有直接模式和缓存模式，在直接模式下，串口的读写都是单字节的，也就是说一次的read或write只能操作一个字节；

但是大部份串口芯片都支持缓存模式，缓存模式一般同时支持中断聚合和超时机制，也就是说在有数据时，当缓存满或者超时时间到时，都会触发读或写中断。写的时候可以将要操作的数据先搬到缓存里，然后启动写操作，芯片会自动将一连串的数据写出，在读的时候类似，一次读到的是串口芯片缓存里的数据。串口设备的缓存一般有限，一次能read到的最大字节数就是缓存的容量。所以串口芯片的缓存容量决定了你一次能收到的字节数。本人用一个usb转232来充当串口接收时，发现一次可以接收8个bytes。

对于具体一次传输多少字节也不去追究了，总之通讯过程中无法保证一次发送的数据肯定是一次接收的，所以必须写代码来一次一次的接收，直到接收满足预定的为止，当然在此过程中得使用select/poll来避免超时接收。

即从通讯的角度来说，接受方必须自己解决如何识别一个祯的问题。

（操作串口相当于操作物理层，OSI／ISO模型中的第一层，解决祯同步问题是第二层的任务，所以我们需要自己搭一个第二层。

也就是说：我们需要通过定义通讯协议，规定数据的内容自己分析什么时候收完了一次需要的数据。因为通讯过程中无法保证一次发送的数据肯定是一次接收的）

下面来解决识别帧的问题：

不是编写终端，我们一帮都采用原始模式；进行简单的串口编程，一般设置成阻塞模式，便可以了。但是在大多数应用场合，把串口设置成阻塞模式是很不实用的，如read()时，如果没有数据发来，这程序一直会阻塞在这里（除非用多线程）。因此一般把其设置为非阻塞模式。一般是需要用串口读取指定长度的数据，但是read函数实际读取的数据长度，往往会与指定的不同，所以必须自己编写一个读写N字节数据的函数:

很快想到用个循环，但是循环中必须有 ‘即使一直没有收到指定长度的数据但在一定时间后也必须跳出循环’的机制，否则就与阻塞模式的没有区别了（也就是让函数一直等，等到指定长度数据接收为止）。参考下APUE的程序清单14-11的readn（）函数，此函数看似很好，但是它不适合用于串口的读取，因为它一旦if(nread
= read(fd, ptr, nleft) < 0) 就立刻会跳出循环，没有丝毫的时间上的容限，而串口的接收必然没有这么快，如若波特率为1200，是比较慢的。俩个字节传输的间隔，其都会被判断为错误而跳出。当然该函数对于读写文件是非常好用的。

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 */

}

再次参考下APUE的tread() 和treadn（）函数，这组函数结合了select函数，使得在放弃之前，有了个时间来阻塞。有了一定的时间容限。例如把select中的tv.tv_sec
= 1;这样就不会把原本正常的俩个字节的时间间隔，误判为错误了。

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 */

}

实际应用如：

某个串口通信协议一帧为10个字节，linux 必须接收1帧后去解析该帧的命令。波特率1200 。在linux中必须有个读取一帧数据的函数，该函数不能‘一直等待接收10个字节’，而必须在一定时间内没有收到完整的一帧就放弃该帧，这样才能防止对方发送错误或者通信中的错误带来的问题。
利用treadn()很好的配合该思路的实现。可以定时限为10ms。如果超过10ms（可以设置长点）这treadn()也会返回，这时判断如果实际收到的数据小于10，则丢弃即可。本人用1200的波特率，tv设置成了500us，工作的很好。

最后贴一个经典的串口编程基础：

1.串口操作需要的头文件

#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 <fcntl.h>          //文件控制定义

#include <termios.h>     //POSIX中断控制定义

#include <errno.h>        //错误号定义

2.打开串口

串口位于/dev中，可作为标准文件的形式打开，其中：

串口1 /dev/ttyS0

串口2 /dev/ttyS1

代码如下：

int fd;

fd = open(“/dev/ttyS0”, O_RDWR);
if(fd == -1)

{

Perror(“串口1打开失败！”);

}
//else

//fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);

除了使用O_RDWR标志之外，通常还会使用O_NOCTTY和O_NDELAY这两个标志。

O_NOCTTY：告诉Unix这个程序不想成为“控制终端”控制的程序，不说明这个标志的话，任何输入都会影响你的程序。

O_NDELAY：告诉Unix这个程序不关心DCD信号线状态，即其他端口是否运行，不说明这个标志的话，该程序就会在DCD信号线为低电平时停止。

3.设置波特率

最基本的串口设置包括波特率、校验位和停止位设置，且串口设置主要使用termios.h头文件中定义的termios结构，如下：

struct termios

{

   tcflag_t  c_iflag;   //输入模式标志

   tcflag_t  c_oflag;  //输出模式标志

   tcflag_t  c_cflag;  //控制模式标志

   tcflag_t  c_lflag;   //本地模式标志

   cc_t   c_line;              //line discipline

   cc_t   c_cc[NCC];    //control characters

}

代码如下：

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;    //定义termios结构

    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函数中使用的标志：

TCSANOW：立即执行而不等待数据发送或者接受完成。

TCSADRAIN：等待所有数据传递完成后执行。

TCSAFLUSH：Flush input and output buffers and make the change

4.设置数据位、停止位和校验位

以下是几个数据位、停止位和校验位的设置方法：（以下均为1位停止位）

8位数据位、无校验位：

Opt.c_cflag &= ~PARENB;

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS8;

7位数据位、奇校验：

Opt.c_cflag |= PARENB;

Opt.c_cflag |= PARODD;

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS7;

7位数据位、偶校验：

Opt.c_cflag |= PARENB;

Opt.c_cflag &= ~PARODD;

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS7;

7位数据位、Space校验：

Opt.c_cflag &= ~PARENB;

Opt.c_cflag &= ~CSTOPB;

Opt.c_cflag &= ~CSIZE;

Opt.c_cflag |= CS7;

代码如下：

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