Linux環(huán)境下串口通信的設(shè)計方法和步驟

引言

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中由于單片機側(cè)重于控制，數(shù)據(jù)處理能力較弱，對采集的數(shù)據(jù)進行運算處理比較繁瑣，如果通過串口與上位機通信，利用上位機強大的數(shù)據(jù)處理能力和友好的控制界面對數(shù)據(jù)進行處理和顯示則可以提高設(shè)計效率。串口通信以其簡單的硬件連接，成熟的通信協(xié)議，成為上下位機之間通信的首選。移植了Linux操作系統(tǒng)的s3c2440可以在Linux環(huán)境下操作串口，降低了串口操作的難度，可以使開發(fā)者集中精力開發(fā)大規(guī)模的應(yīng)用程序，而不必在操作底層設(shè)計上耗費時間。

1 硬件連接

s3c2440是三星公司生產(chǎn)的基于ARM9核的處理器，采用3.3V電壓供電;C8051Fxxx系列單片機是美國CYGNAL公司推出的與8051兼容的高性能高速單片機，采用3.3V電壓供電。兩者供電電壓相同，所以進行串行口通信時不需要進行電平轉(zhuǎn)換。硬件連接采用最常用的TXD,RXD,GND三線連接方式。注意采用交叉連接方式，即TXD?RXD,RXD?TXD.

2Linux下串口通信

2.1Linux下串口設(shè)備描述

s3c2440上移植了Linux2.6.32操作系統(tǒng)，加載了s3c2440的串口驅(qū)動程序，通過Linux提供的串口操作函數(shù)和文件操作函數(shù)把對串口的操作等同于文件操作，降低了串口的操作難度，提高了效率。在程序中設(shè)備和文件都是通過文件描述符來操作的，文件描述符在Linux內(nèi)核中是一個非負整數(shù)。Linux設(shè)備文件都存放在"/dev"目錄下，串口也不例外，在/dev中可以找到串口對應(yīng)的設(shè)備文件，本文對應(yīng)的串口1的設(shè)備文件路徑是"/dev/ttySAC1"。

2.2Linux下串口通信程序設(shè)計

串口通信需要設(shè)置一些參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位，輸入輸出方式等。這些參數(shù)都存在于Linux提供的termios結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)是Linux系統(tǒng)用于查詢和操作各個終端的一個標準接口，定義在頭文件中，如下所示：

STructtermios{

tcflag_tc_iflag;/*輸入標志*/

tcflag_tc_oflag;/*輸出標志*/

tcflag_tc_cflag/*控制標志*/

tcflag_tc_lflag/*本地標志*/

CC_tc_cc[NCCS];/*控制特性*/

};

Linux串口通信步驟可分為以下三步，操作流程如圖1所示。

圖1操作流程

第一步：打開串口

調(diào)用open()函數(shù)打開串口設(shè)備文件，若出錯則返回-1,成功則返回文件句柄。

#defineUART1/dev/ttySAC1

intfd;

fd=open("UART1",O_RDWR)/*以可讀可寫方式打開串口設(shè)備*/

第二步：設(shè)置串口屬性

函數(shù)tcsetattr()可以設(shè)置串口的結(jié)構(gòu)屬性，tcgetatt()可以得到串口的結(jié)構(gòu)屬性。在termios結(jié)構(gòu)中，最重要的是c_cflag,用戶通過對其進行賦值可以實現(xiàn)串口波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗位等參數(shù)的設(shè)置。c_cc數(shù)組中的兩個變量VMIN和VTIME判斷是否返回輸入，c_cc[VTIME]設(shè)定字節(jié)輸入時間計時器，c_cc[VMIN]設(shè)定滿足讀取功能的最低接收字節(jié)數(shù)。這兩個變量的值要設(shè)定合理，才能保證串口的通信成功率。

intset_attr(intfd)

{

structtermiosnewtio,oldtio;

tcgetattr(fd,&oldtio);

cfsetispeed(&newtio,B9600);/*設(shè)置讀波特率為9600*/

cfsetospeed(&newtio,B9600);/*設(shè)置寫波特率為9600*/

MEMSet(&newtio,0

,sizeof(newtio))

;

newtio.c_cflag=CS8|CREAD;/*設(shè)置數(shù)據(jù)位為8位并且使能接收*/

newtio.c_cflag&=~PARENB;/*不進行奇偶校驗*/

newtio.c_cflag&=~CSTOPB;/*1位停止位*/

newtio.c_cc[VMIN]=1;/*當接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)就讀取*/

newtio.c_cc[VTIME]=0;/*不使用計時器*/

tcflush(fd,TCIOFLUSH);/*刷清輸入輸出緩沖區(qū)*/

tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio)/*使設(shè)置的終端屬性立即生效*/

}

第三步：串口讀寫，串口關(guān)閉

設(shè)置完通信參數(shù)后，就可以用標準的文件讀寫命令read()和write()操作串口了。最后在退出之前，用close()函數(shù)關(guān)閉串口。

voidrd_wr()

{

write(fd,wbuf,10);

usleep(500000);/*延時50ms等待下位機發(fā)送數(shù)據(jù)*/

read(fd,rbuf,10);

printf("readstringis%sn",rbuf);

}

3通信程序設(shè)計

ARM與單片機的串口通信程序包括兩方面：一方面是作為上位機的ARM的串口通信程序，另一方面是作為下位機的單片機的串口通信程序。在通信之前必須制定合理的通信協(xié)議以保證通信的可靠性和成功率?，F(xiàn)約定雙方通信協(xié)議如下：

(1)波特率為9600bit/s,幀格式為1-8-N-1(1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，1位停止位);(2)由于上位機ARM的速度遠遠高于下位機單片機的速度，所以采用上位機主動聯(lián)絡(luò)，下位機等待的方式。在數(shù)據(jù)傳送前ARM先發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號/0xaa,單片機收到后回答一個/0xbb,表示可以發(fā)送，否則繼續(xù)聯(lián)絡(luò);(3)單片機端可以有中斷和查詢方式收發(fā)串口數(shù)據(jù)。本文采用中斷方式;(4)ARM處理器s3c2440采用UART1和單片機通信，UART0則作為s3c2440終端控制臺。

3.1上位機ARM的通信程序設(shè)計

由于s3c2440移植了定制和裁剪后的Linux2.6.32內(nèi)核的操作系統(tǒng)，對串口的操作采用上述的Linux下串口操作方法，程序流程圖如圖2所示。

圖2程序流程圖

3.2下位機單片機的通信程序設(shè)計

選用C8051F021的定時器T1作為波特率發(fā)生器，晶振采用11.0592MHz,定時器工作在方式2,計數(shù)初值為0xfd,串口工作在串行方式1(1-8-N-1),采用中斷方式收發(fā)數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖3所示。

Linux下的串口通信程序在PC機LinuxRHEL5下用arm-linux-gCC4.4.3交叉編譯工具編譯通過NFS掛載在s3c2440上運行，單片機端的通信程序用Cygnal的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)編譯并下載到C8051F021中運行。

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圖3程序流程圖

4結(jié)束語

隨著近年來嵌入式Linux在國內(nèi)的應(yīng)用范圍日益壯大，基于ARM平臺的嵌入式Linux設(shè)備也將會越來越多地用在數(shù)據(jù)采集中作為上位機對數(shù)據(jù)進行處理、顯示、存儲、發(fā)送。本文所介紹方案適用于大多數(shù)場合Linux下ARM和單片機的串口通信設(shè)計，設(shè)計人員只需根據(jù)自己的實際需要修改或重新制定通信協(xié)議即可。另外需要注意的是由于上位機ARM的速度比單片機快很多，所以一次不能發(fā)送過多的數(shù)據(jù)，否則極有可能使發(fā)送緩沖區(qū)溢出而出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，開發(fā)人員要根據(jù)通信雙方設(shè)備的狀況選擇合適的幀長度，以達到最佳的傳輸狀態(tài)。