英創(chuàng)信息技術(shù)嵌入式Linux串口通訊的C++設(shè)計(jì)概述

嵌入式Linux主板EM9160提供了6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)異步串口：ttyS1——ttyS6，其中ttyS4、ttyS5、ttyS6和GPIO的管腳復(fù)用，每個(gè)串口都有獨(dú)立的中斷模式，使得多個(gè)串口能夠同時(shí)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。各個(gè)串口的驅(qū)動(dòng)均已經(jīng)包含在嵌入式Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，EM9160在嵌入式Linux系統(tǒng)啟動(dòng)完成時(shí)，各個(gè)串口已作為字符設(shè)備完成了注冊(cè)加載，用戶的應(yīng)用程序可以以操作文件的方式對(duì)串口進(jìn)行讀寫(xiě)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)的功能。

串口編程接口函數(shù)

在嵌入式Linux系統(tǒng)下，所有的設(shè)備文件都位于“/dev”目錄下，EM9160上6個(gè)串口所對(duì)應(yīng)的設(shè)備名依次為“/dev/ttyS1”——“/dev/ttyS6”。

嵌入式Linux下操作設(shè)備的方式和操作文件的方式是一樣的：調(diào)用open（ ）打開(kāi)設(shè)備文件，再調(diào)用read（ ）、write（ ）對(duì)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作。這里需要注意的是打開(kāi)串口除了設(shè)置普通的讀寫(xiě)之外，還需要設(shè)置O_NOCTTY和O_NDLEAY，以避免該串口成為一個(gè)控制終端，因?yàn)槿绻鳛橐粋€(gè)終端有可能會(huì)影響到用戶的進(jìn)程。打開(kāi)的方式如下：

sprintf（ portname， ‘/dev/ttyS%d’， PortNo ）; //PortNo為串口端口號(hào)，從1開(kāi)始

m_fd = open（ portname，O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK）;

作為串口通訊還需要一些通訊參數(shù)的配置，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位等參數(shù)。在實(shí)際的操作中，主要是通過(guò)設(shè)置struct termios結(jié)構(gòu)體的各個(gè)成員值來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般會(huì)用到的函數(shù)包括：

tcgetattr（ ） ;

tcflush（ ）;

cfsetispeed（ ）;

cfsetospeed（ ）;

tcsetattr（ ）;

其中各個(gè)函數(shù)的具體使用方法這里就不一一介紹了，用戶可以參考嵌入式Linux應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的相關(guān)書(shū)籍，也可參看Step2_SerialTest中Serial.cpp模塊中set_port（ ）函數(shù)代碼。

串口應(yīng)用的C++設(shè)計(jì)

Step2 _SerialTest是一個(gè)支持異步串口數(shù)據(jù)通訊的示例，該例程采用了面向?qū)ο蟮腃++編程，把串口數(shù)據(jù)通訊作為一個(gè)對(duì)象進(jìn)行封裝，用戶調(diào)用該對(duì)象提供的接口函數(shù)即可方便地完成串口通訊的操作。

CSerial類介紹

利用上一小節(jié)中介紹的串口API函數(shù)，封裝了一個(gè)支持異步讀寫(xiě)的串口類CSerial，CSerial類中提供了4個(gè)公共函數(shù)、一個(gè)串口數(shù)據(jù)接收線程以及數(shù)據(jù)接收用到的數(shù)據(jù)Buffer。

class CSerial

{

private：

//通訊線程標(biāo)識(shí)符ID

pthread_t m_thread;

// 串口數(shù)據(jù)接收線程

static int ReceiveThreadFunc（ void* lparam ）;

public：

CSerial（）;

virtual ~CSerial（）;

int m_fd; // 已打開(kāi)的串口文件描述符

int m_DatLen;

char DatBuf［1500］;

int m_ExitThreadFlag;

// 按照指定的串口參數(shù)打開(kāi)串口，并創(chuàng)建串口接收線程

int OpenPort（ int PortNo， int baudrate， char databits， char stopbits， char parity ）;

// 關(guān)閉串口并釋放相關(guān)資源

int ClosePort（ ）;

// 向串口寫(xiě)數(shù)據(jù)

int WritePort（ char* Buf， int len ）;

// 接收串口數(shù)據(jù)處理函數(shù)

virtual int PackagePro（ char* Buf， int len ）;

};

OpenPort函數(shù)用于根據(jù)輸入串口參數(shù)打開(kāi)串口，并創(chuàng)建串口數(shù)據(jù)接收線程。在嵌入式Linux環(huán)境中是通過(guò)函數(shù)pthread_create（ ）創(chuàng)建線程，通過(guò)函數(shù)pthread_exit（ ）退出線程。嵌入式Linux線程屬性存在有非分離（缺省）和分離兩種，在非分離情況下，當(dāng)一個(gè)線程結(jié)束時(shí)，它所占用的系統(tǒng)資源并沒(méi)有被釋放，也就是沒(méi)有真正的終止；只有調(diào)用pthread_join（ ）函數(shù)返回時(shí)，創(chuàng)建的線程才能釋放自己占有的資源。在分離屬性下，一個(gè)線程結(jié)束時(shí)立即釋放所占用的系統(tǒng)資源?；谶@個(gè)原因，在我們提供的例程中通過(guò)相關(guān)函數(shù)將數(shù)據(jù)接收線程的屬性設(shè)置為分離屬性。如：

// 設(shè)置線程綁定屬性

res = pthread_attr_setscope（ &attr， PTHREAD_SCOPE_SYSTEM ）;

// 設(shè)置線程分離屬性

res += pthread_attr_setdetachstate（ &attr， THREAD_CREATE_DETACHED ）;

ReceiveThreadFunc函數(shù)是串口數(shù)據(jù)接收和處理的主要核心代碼，在該函數(shù)中調(diào)用select（ ），阻塞等待串口數(shù)據(jù)的到來(lái)。對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)處理也是在該函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，在本例程中處理為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)回發(fā)，用戶可結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用修改此處代碼，修改PackagePro（ ）函數(shù)即可。流程如下：

int CSerial：：ReceiveThreadFunc（void* lparam）

{

CSerial *pSer = （CSerial*）lparam;

//定義讀事件集合

fd_set fdRead;

int ret;

struct timeval aTime;

while（ 1 ）

{

//收到退出事件，結(jié)束線程

if（ pSer-》m_ExitThreadFlag ）

{

break;

}

FD_ZERO（&fdRead）;

FD_SET（pSer-》m_fd，&fdRead）;

aTime.tv_sec = 0;

aTime.tv_usec = 300000;

ret = select（ pSer-》m_fd+1，&fdRead，NULL，NULL，&aTime ）;

if （ret 《 0 ）

{

//關(guān)閉串口

pSer-》ClosePort（ ）;

break;

}

if （ret 》 0）

{

//判斷是否讀事件

if （FD_ISSET（pSer-》m_fd，&fdRead））

{

//data available， so get it！

pSer-》m_DatLen = read（ pSer-》m_fd， pSer-》DatBuf， 1500 ）;

// 對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這里為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)回發(fā)

if（ pSer-》m_DatLen 》 0 ）

{

pSer-》PackagePro（ pSer-》DatBuf， pSer-》m_DatLen）;

}

// 處理完畢

}

}

}

printf（ ‘ReceiveThreadFunc finished\n’）;

pthread_exit（ NULL ）;

return 0;

}

需要注意的是，select（ ）函數(shù)中的時(shí)間參數(shù)在嵌入式Linux中每次都需要重新賦值，否則會(huì)自動(dòng)歸0。

CSerial類的實(shí)現(xiàn)代碼請(qǐng)參見(jiàn)Serial.CPP文件。

CSerial類的調(diào)用

CSerial類的具體使用也比較簡(jiǎn)單，主要是對(duì)于類中定義的4個(gè)公共函數(shù)的調(diào)用，以下為 Step2_SerialTest.cpp中相關(guān)代碼。

class CSerial m_Serial;

int main（ int argc，char* argv［］ ）

{

int i1;

int portno， baudRate;

char cmdline［256］;

printf（ ‘Step2_SerialTest V1.0\n’ ）;

// 解析命令行參數(shù)：串口號(hào) 波特率

if（ argc 》 1 ） strcpy（ cmdline， argv［1］ ）;

else portno = 1;

if（ argc 》 2 ）

{

strcat（ cmdline， ‘ ’ ）;

strcat（ cmdline， argv［2］ ）;

scanf（ cmdline， ‘%d %d’， &portno， &baudRate ）;

}

else

{

baudRate = 115200;

}

printf（ ‘port：%d baudrate：%d\n’， portno， baudRate）;

//打開(kāi)串口相應(yīng)地啟動(dòng)了串口數(shù)據(jù)接收線程

i1 = m_Serial.OpenPort（ portno， baudRate， ‘8’， ‘1’， ‘N’）;

if（ i1《0 ）

{

printf（ ‘serial open fail\n’）;

return -1;

}

//進(jìn)入主循環(huán)，這里每隔1s輸出一個(gè)提示信息

for（ i1=0; i1《10000;i1++）

{

sleep（1）;

printf（ ‘%d \n’， i1+1）;

}

m_Serial.ClosePort（ ）;

return 0;

}

從上面的代碼可以看出，程序的主循環(huán)只需要實(shí)現(xiàn)一些管理性的功能，在本例程中僅僅是每隔1s輸出一個(gè)提示信息，在實(shí)際的應(yīng)用中，可以把一些定時(shí)查詢狀態(tài)的操作、看門狗的喂狗等操作放在主循環(huán)中，這樣充分利用了嵌入式Linux多任務(wù)的編程優(yōu)勢(shì)，利用內(nèi)核的任務(wù)調(diào)度機(jī)制，將各個(gè)應(yīng)用功能模塊化，以便于程序的設(shè)計(jì)和管理。這里順便再提一下，在進(jìn)行多個(gè)串口編程時(shí)，也可以利用本例程中的CSerial類為基類，根據(jù)應(yīng)用需求派生多個(gè)CSerial派生類實(shí)例，每一個(gè)派生類只是重新實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)PackagePro（…），這樣每個(gè)串口都具有一個(gè)獨(dú)立的串口數(shù)據(jù)處理線程，利用Linux內(nèi)核的任務(wù)調(diào)度機(jī)制以實(shí)現(xiàn)多串口通訊功能。