当前位置：首页 > news >正文

Linux---终端 I/O 控制接口开发＜termios.h＞终端输入输出系统

news 2025/10/20 10:03:01

<termios.h> 是 POSIX 标准 中定义的终端 I/O 控制接口，主要用于 Unix/Linux 系统下配置和控制终端设备（TTY）的行为。它是对传统 Unix termio 接口的改进版本，在 BSD 和 System V 系统中都有支持，并被纳入 POSIX.1 标准。

在现代 Linux 系统中，<termios.h> 是控制终端属性的核心头文件，常用于：

串口通信参数配置（波特率、数据位、校验位等）
终端输入模式切换（规范模式 / 非规范模式 / raw 模式）
关闭或开启输入回显（Echo）
自定义特殊控制字符（如 Ctrl+C、Ctrl+Z）
实时输入处理（游戏、实时监控、快捷键响应）

可以说，只要在 Linux/Unix 下精确控制终端或串口，<termios.h> 就是绕不开的工具。

2. 核心数据结构：`struct termios`

<termios.h> 的所有配置都围绕 struct termios 结构体展开。它保存了终端的全部属性：

struct termios {tcflag_t c_iflag;  // 输入模式标志 (input flags)tcflag_t c_oflag;  // 输出模式标志 (output flags)tcflag_t c_cflag;  // 控制模式标志 (control flags)tcflag_t c_lflag;  // 本地模式标志 (local flags)cc_t     c_cc[NCCS]; // 控制字符数组 (control characters)speed_t  c_ispeed; // 输入波特率 (POSIX.1 不强制要求)speed_t  c_ospeed; // 输出波特率
};

2.1 `c_iflag`（输入模式标志）

控制终端接收数据时的处理方式，常见标志：

标志	作用
`IGNBRK`	忽略输入中的中断条件（break condition）
`BRKINT`	当收到 break 时，产生 SIGINT 信号
`ICRNL`	将输入中的 CR（回车）转换为 NL（换行）
`IXON`	启用输出软件流控制（XON/XOFF 协议）
`IXOFF`	启用输入软件流控制
`INPCK`	启用奇偶校验检测
`ISTRIP`	将 8 位字符的最高位清除（变为 7 位）

2.2 `c_oflag`（输出模式标志）

控制终端发送数据时的处理方式，常见标志：

标志	作用
`OPOST`	启用输出处理（如 NL→CR+NL 转换）
`ONLCR`	将 NL 转换为 CR+NL
`OCRNL`	将 CR 转换为 NL
`ONOCR`	在第 0 列不输出 CR
`ONLRET`	NL 执行 CR 功能

2.3 `c_cflag`（控制模式标志）

控制终端硬件特性，尤其是串口参数：

标志	作用
`CLOCAL`	忽略调制解调器控制线路（本地连接）
`CREAD`	启用接收数据
`CSIZE`	数据位掩码（需配合 CS5/CS6/CS7/CS8 使用）
`CS8`	8 位数据位
`PARENB`	启用奇偶校验位
`PARODD`	使用奇校验（默认偶校验）
`CSTOPB`	2 个停止位（默认 1 个）
`HUPCL`	关闭设备时挂断（hang up）调制解调器

2.4 `c_lflag`（本地模式标志）

控制终端本地行为（不涉及硬件线路）：

标志	作用
`ICANON`	启用规范模式（行缓冲）
`ECHO`	启用输入字符回显
`ECHOE`	当输入 ERASE 字符时，删除前一个字符并刷新显示
`ECHOK`	当输入 KILL 字符时，清空当前行并刷新显示
`ISIG`	启用信号生成（如 Ctrl+C 产生 SIGINT）
`IEXTEN`	启用扩展功能（如特殊函数键）

2.5 `c_cc`（控制字符数组）

定义特殊控制字符，通过下标访问，常见下标：

下标	含义	默认值
`VINTR`	中断字符	Ctrl+C
`VQUIT`	退出字符	Ctrl+\
`VERASE`	删除字符	Backspace
`VKILL`	行删除字符	Ctrl+U
`VEOF`	文件结束字符	Ctrl+D
`VMIN`	非规范模式下最小读取字符数	1
`VTIME`	非规范模式下超时时间（0.1 秒为单位）	0

3. 主要 API 函数

3.1 获取和设置终端属性

#include <termios.h>
int tcgetattr(int fd, struct termios *termios_p);
int tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p);

fd：终端设备文件描述符（通常是 STDIN_FILENO 表示标准输入）
optional_actions：生效时机
- TCSANOW：立即生效
- TCSADRAIN：等待输出完成后生效
- TCSAFLUSH：等待输出完成，并丢弃未读输入后生效

3.2 波特率设置

speed_t cfgetispeed(const struct termios *termios_p);
speed_t cfgetospeed(const struct termios *termios_p);
int cfsetispeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);
int cfsetospeed(struct termios *termios_p, speed_t speed);

常见 speed 值：B9600, B19200, B38400, B115200 等。

3.3 模式切换函数

void cfmakeraw(struct termios *termios_p);

将终端设置为 raw 模式（非规范、无回显、无信号处理）。

3.4 队列刷新

int tcflush(int fd, int queue_selector);

TCIFLUSH：清空输入队列
TCOFLUSH：清空输出队列
TCIOFLUSH：清空输入和输出队列

3.5 发送 Break 信号

int tcsendbreak(int fd, int duration);

持续发送 0 值比特流（break 信号）

4. 终端工作模式详解

4.1 规范模式（Canonical Mode）

输入以行为单位缓冲，用户按 Enter 后才交给程序
支持行编辑（删除、退格、整行删除）
可以通过特殊字符产生信号（Ctrl+C 中断）
默认模式

4.2 非规范模式（Non-canonical Mode）

输入不经过行缓冲，直接发送给程序
常用于实时响应场景（游戏、串口调试）
由 VMIN 和 VTIME 控制读取行为：
- VMIN = 0, VTIME = 0：非阻塞读取，有数据就读，无数据就返回 0
- VMIN > 0, VTIME = 0：阻塞直到读取到 VMIN 个字符
- VMIN = 0, VTIME > 0：等待数据，超时返回 0
- VMIN > 0, VTIME > 0：读取到第一个字符后开始计时，超时前读到 VMIN 个字符则返回，否则返回已读字符数

4.3 Raw 模式

非规范模式的一种极端形式
关闭所有输入输出处理（不转换 CR/NL，不回显，不产生信号）
常用于需要完全控制输入输出的场景

5. 代码示例

5.1 将终端设为非规范模式（无回显）

#include <termios.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>int main() {struct termios oldt, newt;tcgetattr(STDIN_FILENO, &oldt); // 保存旧设置newt = oldt;// 禁用规范模式和回显newt.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO);// 非规范模式读取参数newt.c_cc[VMIN] = 1;  // 至少读取 1 个字符newt.c_cc[VTIME] = 0; // 不超时tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &newt);std::cout << "请输入字符（按 q 退出）：" << std::endl;char c;while (true) {read(STDIN_FILENO, &c, 1);if (c == 'q') break;std::cout << "你输入了: " << c << std::endl;}tcsetattr(STDIN_FILENO, TCSANOW, &oldt); // 恢复原设置return 0;
}

5.2 串口通信配置示例

#include <termios.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>int main() {int fd = open("/dev/ttyUSB0", O_RDWR | O_NOCTTY);if (fd < 0) {perror("无法打开串口");return 1;}struct termios tio;memset(&tio, 0, sizeof(tio));// 配置控制模式tio.c_cflag = B115200 | CS8 | CLOCAL | CREAD;// 无奇偶校验tio.c_cflag &= ~PARENB;// 1 个停止位tio.c_cflag &= ~CSTOPB;// 禁用输入处理tio.c_iflag = 0;// 禁用输出处理tio.c_oflag = 0;// 禁用本地模式（非规范、无回显、无信号）tio.c_lflag = 0;// 非规范模式读取参数tio.c_cc[VMIN] = 1;tio.c_cc[VTIME] = 0;// 应用设置tcflush(fd, TCIFLUSH);tcsetattr(fd, TCSANOW, &tio);// 发送数据const char* msg = "Hello Serial\n";write(fd, msg, strlen(msg));// 读取数据char buf[256];ssize_t n = read(fd, buf, sizeof(buf));if (n > 0) {buf[n] = '\0';printf("收到: %s", buf);}close(fd);return 0;
}