嵌入式Linux——8 串口
目录
1.终端（tty）
/dev/tty*：物理/虚拟终端
/dev/pts/*：伪终端
/dev/tty：当前进程的控制终端
/dev/tty0：当前活动的虚拟控制台
2.行规程模式（line discipline）
比较行规程和原始模式：
1. 行规程模式
2.原始模式
3.串口API
termios 结构体
基本的API
4.串口实验（看看代码怎么写）
4.1 串口回环实验（传出去马上传回来）
自定义 set_opt 设置串口参数函000数:
自定义 open_port 打开串口设备函数
main函数示例
4.2 GPS 模块实验 （不看也行，差不多的，就是加了点应用性）
1.终端（tty）
/dev/tty*：物理/虚拟终端
/dev/ttyS*：物理串口（如 RS-232）
/dev/ttyUSB*：USB 转串口设备
/dev/tty1 ~ tty63：本地虚拟控制台（通过 Ctrl+Alt+F1~F12 切换）
/dev/pts/*：伪终端
特点：
动态创建：由终端模拟器或 SSH 会话按需生成，退出后自动消失。无硬件关联：完全由软件模拟，用于多用户会话管理。
典型用途：SSH 远程连接
图形界面中的终端模拟器（就是Ubuntu图形化界面的终端，虽然它是tty2，但它是运行在 X Server/Wayland 上的，而不是原生的文本控制台，是通过 伪终端（/dev/pts/*） 实现的，与 /dev/tty0 无直接关联）
/dev/tty：当前进程的控制终端
指向当前会话实际使用的终端设备。
切换到 tty3，执行su root之后，执行下面命令观察现象：
while [ 1 ]; do echo msg_from_tty3 > /dev/tty; sleep 3; done现象：只有执行命令的那个终端会收到并打印信息
/dev/tty0：当前活动的虚拟控制台
代表当前前台虚拟终端，不适用于伪终端（如 SSH 或图形终端）
切换到 tty3，执行su root之后，执行下面命令观察现象：
while [ 1 ]; do echo msg_from_tty3 > /dev/tty0; sleep 3; done现象：把哪个终端切换到前台，那个终端就会收到并打印信息
2.行规程模式（line discipline）
在终端和串口通信的过程中，设备和程序之间有一个行规程模式处理方式
韦的图，大致意思就是说 pc 在调试开发板的串口终端上输入一个字符 “a” ，通过串口传到开发板后，先不传入程序（app）中，而是保存在行规程中，然后行规程会把当前字符回传给 pc，所以串口终端界面上会出现我们输入的字符，这个过程叫做 “回显”，需要退格删掉一个字符也是把退格传到行规程，行规程删除字符后再把现存字符回显到 pc 上。直到行规程收到 “回车键” ，才会把保存的字符都发送给程序（app）处理
后面需要把设备的行规程模式设置为原始模式，是因为需要把信息的处理全权交给程序
比较行规程和原始模式：
1. 行规程模式
特点：
行缓冲：数据按行处理（遇到\n或EOF才提交给程序）
字符回显：输入字符会显示在终端上
特殊字符处理：支持Ctrl+C（中断）、Ctrl+Z（暂停）等控制功能
典型场景：用户交互式终端（如SSH会话、本地Shell）
需要逐行输入的命令行工具
示例：在行规程模式下，输入 hello 后按回车，程序才会收到完整字符串
2.原始模式
特点：
无缓冲：数据立即传递给程序，无需等待行结束符
无回显：输入字符不自动显示
禁用控制字符：Ctrl+C等被视为普通数据
完全控制：可精确设置数据位、超时等参数
典型场景：
串口通信（如与单片机、传感器通信）
需要实时响应的应用（如游戏、网络协议栈）
二进制数据传输
示例：在原始模式下，每次接收到1个字节就会立即触发读取操作。
可以看看下面原因：
3.串口API
在 Linux 系统中，操作设备的统一接口就是：open/ioctl/read/write。
对于 UART，又在 ioctl 之上封装了很多函数，主要是用来设置行规程等参数
所以UART应用编程的套路就是：
- open；
- 设置行规程，比如波特率、数据位、停止位、检验位、RAW 模式（ioctl）；
- read/write；
termios 结构体
struct termios 是 Linux 系统中用于终端 I/O 控制的关键数据结构，定义在 <termios.h> 头文件中。它包含了终端设备的全部控制参数，用于配置串口、控制台等设备的通信行为。
基本的API
tc：terminal contorl
cf：control flag
tcgetattr：获取终端的属性
tcsetattr：修改终端参数
tcflush：清空终端未完成的输入/输出请求及数据
cfsetispeed： 设置输入波特率
cfsetospeed： 设置输出波特率
cfsetspeed： 同时设置输入、输出波特率
这些API其实就是修改上面的 termios 结构体，这些函数更底层其实就是调用 ioctl 修改 termios 结构体
4.串口实验（看看代码怎么写）
4.1 串口回环实验（传出去马上传回来）
自定义 set_opt 设置串口参数函000数:
/**
* 设置串口参数
* @param fd 串口文件描述符
* @param nSpeed 波特率（2400/4800/9600/115200）
* @param nBits 数据位（7或8）
* @param nEvent 校验方式（N:无校验，O:奇校验，E:偶校验）
* @param nStop 停止位（1或2）
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int set_opt(int fd, int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
{
struct termios newtio, oldtio;
/* 1. 获取当前串口配置 */
if (tcgetattr(fd, &oldtio) != 0) {
perror("tcgetattr failed");
return -1;
}
/* 2. 初始化新配置结构体 */
bzero(&newtio, sizeof(newtio));
/* 3. 设置控制模式标志 */
newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD; // 保持本地连接和启用接收
newtio.c_cflag &= ~CSIZE; // 清除数据位掩码
/* 4. 设置输入/输出模式 */
newtio.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); // 原始输入模式（非规范模式）
newtio.c_oflag &= ~OPOST; // 原始输出模式（无处理）
/* 5. 设置数据位 */
switch (nBits) {
case 7:
newtio.c_cflag |= CS7;
break;
case 8:
newtio.c_cflag |= CS8;
break;
default:
newtio.c_cflag |= CS8; // 默认8位数据位
break;
}
/* 6. 设置校验位 */
switch (nEvent) {
case 'O': // 奇校验
newtio.c_cflag |= PARENB | PARODD;
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
break;
case 'E': // 偶校验
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
break;
case 'N': // 无校验
newtio.c_cflag &= ~PARENB;
break;
}
/* 7. 设置波特率 */
switch (nSpeed) {
case 2400:
cfsetispeed(&newtio, B2400);
cfsetospeed(&newtio, B2400);
break;
case 4800:
cfsetispeed(&newtio, B4800);
cfsetospeed(&newtio, B4800);
break;
case 9600:
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
case 115200:
cfsetispeed(&newtio, B115200);
cfsetospeed(&newtio, B115200);
break;
default: // 默认9600
cfsetispeed(&newtio, B9600);
cfsetospeed(&newtio, B9600);
break;
}
/* 8. 设置停止位 */
if (nStop == 1) {
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB; // 1位停止位
} else if (nStop == 2) {
newtio.c_cflag |= CSTOPB; // 2位停止位
}
/* 9. 设置非规范模式下的读取参数 */
newtio.c_cc[VMIN] = 1; // 最小读取字节数：至少读取1字节才返回
newtio.c_cc[VTIME] = 0; // 超时时间（单位：0.1秒），0表示无限等待
//等待第1个数据的时间
//比如VMIN设为10表示至少读到10个数据才返回,但是没有数据总不能一直等吧? 可以设置VTIME，如果超时时间内至少读到了1个字节，那就继续等待，完全读到VMIN个数据再返回
/* 10. 清空输入缓冲区 */
tcflush(fd, TCIFLUSH);
/* 11. 应用新配置（立即生效） */
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio) != 0) {
perror("tcsetattr failed");
return -1;
}
return 0;
}自定义 open_port 打开串口设备函数
/**
* 打开并初始化串口设备
* @param com 串口设备路径（如 "/dev/ttyS0"）
* @return 成功返回文件描述符，失败返回-1
*/
int open_port(char *com)
{
int fd;
/* 以读写模式打开串口设备，并确保不被用作控制终端 */
fd = open(com, O_RDWR | O_NOCTTY);
if (fd == -1) {
perror("open serial port failed");
return -1;
}
/* 显式设置文件状态标志为阻塞模式，也就是当程序无法读/写数据，程序会休眠*/
if (fcntl(fd, F_SETFL, 0) < 0) {
perror("fcntl F_SETFL failed");
close(fd); // 失败时关闭文件描述符
return -1;
}
return fd; // 返回有效的文件描述符
}main函数示例
/**
* 串口通信测试程序
* 功能：打开串口，配置参数（115200,8N1），实现简单的回显测试
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd; // 串口文件描述符
int iRet; // 操作返回值
char c; // 读写数据的缓冲区
/* 参数检查 */
if (argc != 2) {
printf("Usage: %s </dev/ttySAC1 or other>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 1. 打开串口 */
fd = open_port(argv[1]);
if (fd < 0) {
printf("open %s err!\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 2. 配置串口参数（115200波特率，8数据位，无校验，1停止位）*/
iRet = set_opt(fd, 115200, 8, 'N', 1);
if (iRet) {
printf("set port err!\n");
close(fd); // 配置失败时关闭串口
return -1;
}
/* 3. 串口读写测试 */
printf("Enter a char: ");
while (1) {
/* 从标准输入获取字符 */
scanf("%c", &c);
/* 写入串口 */
iRet = write(fd, &c, 1);
if (iRet != 1) {
printf("write failed\n");
continue;
}
/* 从串口读取回显数据（非阻塞模式立即返回）*/
iRet = read(fd, &c, 1);
if (iRet == 1) {
printf("get: %02x %c\n", c, c); // 打印十六进制和ASCII格式
} else {
printf("can not get data\n");
}
}
close(fd); // 理论上不会执行到这里
return 0;
}因为有可能会出现读取串口数据时，由于串口回环设备传输太慢，导致发送后回环读取时会出现读取失败的情况，是因为数据还没传到。
set_opt 中 ：
newtio.c_cc[VMIN] = 1; // 最小读取字节数：至少读取1字节才返回
newtio.c_cc[VTIME] = 0; // 超时时间（单位：0.1秒），0表示无限等待
//等待第1个数据的时间
//比如VMIN设为10表示至少读到10个数据才返回,但是没有数据总不能一直等吧? 可以设置VTIME，如果超时时间内至少读到了1个字节，那就继续等待，完全读到VMIN个数据再返回这两段代码就设置了等待数据时间（这里设置为0，即无限等待）
这就解决了问题，把数据等到程序才继续运行，否则就一直阻塞
4.2 GPS 模块实验 （不看也行，差不多的，就是加了点应用性）
使用串口接收数据，收到的数据包含：$GPGGA（GPS 定位数据）、$GPGLL （地理定位信息）、$GPGSA（当前卫星信息）、$GPGSV（可见卫星状态信息）、 $GPRMC（推荐最小定位信息）、$GPVTG（地面速度信息）
只分析$GPGGA (Global Positioning System Fix Data)即可， 它包含了 GPS 定位经纬度、质量因子、HDOP、高程、参考站号等字段。
数据标准格式：
$GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，M，<10>，M，<11>，<12>*hh
其他关于gps的介绍看手册吧，这里只放代码
沿用上面的 set_opt 和 open_port 函数
/**
* GPS数据读取与解析程序
* 功能：从串口读取GPS模块的NMEA数据并解析位置信息
*/
/**
* 从串口读取一行GPS原始数据
* @param fd 串口文件描述符
* @param buf 存储读取数据的缓冲区
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int read_gps_raw_data(int fd, char *buf)
{
int i = 0;
int iRet;
char c;
int start = 0; // 标记是否开始接收有效数据
while (1) {
iRet = read(fd, &c, 1); // 每次读取1个字符
if (iRet == 1) {
if (c == '$') { // NMEA语句起始符
start = 1;
i = 0; // 重置缓冲区索引
}
if (start) {
buf[i++] = c; // 存储有效数据
}
// 遇到换行符表示一行数据结束
if (c == '\n' || c == '\r') {
buf[i] = '\0'; // 添加字符串结束符
return 0;
}
} else {
return -1; // 读取失败
}
}
}
/**
* 解析GPS原始数据（GPGGA格式）
* @param buf 原始数据缓冲区
* @param time 存储时间信息
* @param lat 存储纬度
* @param ns 存储南北半球
* @param lng 存储经度
* @param ew 存储东西半球
* @return 成功返回0，失败返回-1
*/
int parse_gps_raw_data(char *buf, char *time, char *lat, char *ns, char *lng, char *ew)
{
char tmp[10];
// 检查数据有效性
if (buf[0] != '$') { // 必须以$开头
return -1;
} else if (strncmp(buf+3, "GGA", 3) != 0) { // 必须是GPGGA语句
return -1;
} else if (strstr(buf, ",,,,,")) { // 无效定位数据
printf("Place the GPS to open area\n");
return -1;
} else {
// 解析关键字段
sscanf(buf, "%[^,],%[^,],%[^,],%[^,],%[^,],%[^,]",
tmp, time, lat, ns, lng, ew);
return 0;
}
}
/*
* 主函数
* 用法：./gps_reader </dev/ttySAC1 or other>
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd; // 串口文件描述符
int iRet; // 函数返回值
char buf[1000]; // 原始数据缓冲区
char time[100]; // 时间字段
char Lat[100]; // 纬度字段
char ns[100]; // 南北半球标识
char Lng[100]; // 经度字段
char ew[100]; // 东西半球标识
float fLat, fLng; // 转换后的经纬度
/* 1. 参数检查 */
if (argc != 2) {
printf("Usage: %s </dev/ttySAC1 or other>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开串口 */
fd = open_port(argv[1]);
if (fd < 0) {
printf("open %s err!\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 3. 配置串口（9600波特率，8N1）*/
iRet = set_opt(fd, 9600, 8, 'N', 1);
if (iRet) {
printf("set port err!\n");
close(fd);
return -1;
}
/* 4. 主循环：读取并解析GPS数据 */
while (1) {
/* 读取一行NMEA数据 */
iRet = read_gps_raw_data(fd, buf);
/* 解析GPGGA数据 */
if (iRet == 0) {
iRet = parse_gps_raw_data(buf, time, Lat, ns, Lng, ew);
}
/* 打印解析结果 */
if (iRet == 0) {
printf("\n------ GPS Data ------\n");
printf("Time : %s\n", time);
printf("Lat : %s %s\n", Lat, ns);
printf("Lng : %s %s\n", Lng, ew);
/* 转换纬度格式：ddmm.mmmm → 十进制 */
sscanf(Lat+2, "%f", &fLat);
fLat = fLat / 60;
fLat += (Lat[0] - '0')*10 + (Lat[1] - '0');
/* 转换经度格式：dddmm.mmmm → 十进制 */
sscanf(Lng+3, "%f", &fLng);
fLng = fLng / 60;
fLng += (Lng[0] - '0')*100 + (Lng[1] - '0')*10 + (Lng[2] - '0');
printf("Decimal Coordinates:\n");
printf("Lng,Lat: %.06f,%.06f\n", fLng, fLat);
}
}
close(fd); // 理论上不会执行到这里
return 0;
}