Linux系统串口编程详解：打开、配置及数据收发290

Linux系统作为一款强大的开源操作系统，广泛应用于嵌入式系统、工业自动化和机器人等领域。在这些应用中，串口通信扮演着至关重要的角色，用于与各种外围设备进行数据交互。因此，掌握Linux系统下串口编程的知识至关重要。本文将深入探讨Linux系统下打开串口的相关操作系统专业知识，涵盖串口设备文件、权限控制、串口配置以及数据收发等方面。

一、 串口设备文件及定位

在Linux系统中，串口设备被抽象成设备文件，位于`/dev/`目录下。通常，串口设备文件以`/dev/ttyS*` (例如`/dev/ttyS0`, `/dev/ttyS1`) 或 `/dev/ttyACM*` (USB转串口设备)命名。 `ttyS*` 代表传统的串口，而 `ttyACM*` 通常代表USB转串口设备，具体的设备文件名称取决于系统配置和连接的设备。 找到正确的串口设备文件是进行串口编程的第一步，可以通过以下方法确定：
查看`/dev/`目录： 使用 `ls /dev/tty*` 命令列出所有tty设备，并根据硬件连接情况判断目标串口。
使用`dmesg`命令： 该命令显示内核消息，当连接新的串口设备时，内核会打印相关的消息，其中包含设备文件的名称。
使用`lsusb`命令(USB转串口)： 该命令列出所有连接的USB设备，可以帮助确定USB转串口的设备ID，进而推断对应的串口设备文件。
查看系统文档： 系统文档中通常包含串口设备的分配信息。

二、 打开串口：系统调用 `open()`

在Linux中，打开串口使用标准的系统调用 `open()` 函数。该函数的原型如下：#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
int open(const char *pathname, int flags);

`pathname` 是串口设备文件的路径，例如`/dev/ttyS0`。 `flags` 指定打开串口的模式，常用的标志包括：
O_RDWR：读写模式
O_NOCTTY：防止将打开的串口设置为控制终端，避免终端输入输出被串口占用。
O_NDELAY 或 O_NONBLOCK：非阻塞模式，如果串口不可读或不可写，则 `read()` 或 `write()` 函数不会阻塞。

打开串口成功后，`open()` 函数返回一个文件描述符，这是一个非负整数，后续对串口的读写操作都将通过该文件描述符进行。

三、 串口配置： `termios` 结构体

打开串口后，需要对其进行配置，例如波特率、数据位、校验位、停止位等。在Linux中，串口配置通过 `termios` 结构体完成。该结构体包含许多成员，用于设置串口的各种属性。常用的成员包括：
c_cflag: 控制模式标志
c_iflag: 输入模式标志
c_oflag: 输出模式标志
c_lflag: 本地模式标志
c_cc: 控制字符数组

使用 `tcgetattr()` 函数获取当前串口配置，使用 `tcsetattr()` 函数设置串口配置。 例如设置波特率为 9600：struct termios newtio;
tcgetattr(fd, &newtio); // 获取当前配置
cfsetispeed(&newtio, B9600); // 设置输入波特率
cfsetospeed(&newtio, B9600); // 设置输出波特率
tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio); // 设置新的配置

其他配置，例如数据位、校验位和停止位，也需要通过修改 `c_cflag` 中的相应位来设置。 具体的位设置方法请参考 `termios.h` 头文件中的定义。

四、 数据收发： `read()` 和 `write()`

数据收发使用标准的 `read()` 和 `write()` 函数。 `read()` 从串口读取数据，`write()` 向串口写入数据。 需要注意的是，在进行读写操作之前，需要确保串口已经正确配置。char buffer[1024];
ssize_t nread = read(fd, buffer, sizeof(buffer)); // 读取数据
ssize_t nwrite = write(fd, "Hello, world!", 14); // 写入数据

五、 权限控制

访问串口通常需要 root 权限。 如果普通用户需要访问串口，需要修改串口设备文件的权限，例如使用 `chmod` 命令：sudo chmod 660 /dev/ttyS0

这将允许用户组中的所有用户读写该串口。 但是，不建议将串口权限设置为过于开放，以免造成安全风险。

六、 错误处理

串口编程中可能发生各种错误，例如串口打开失败、配置失败、读写失败等。 需要使用 `errno` 变量和相关的错误码来处理这些错误。 良好的错误处理机制对于串口程序的稳定性和可靠性至关重要。

七、 总结

本文详细介绍了Linux系统下打开串口并进行数据收发的操作系统专业知识，涵盖了串口设备文件定位、`open()` 函数、`termios` 结构体配置以及 `read()` 和 `write()` 函数的使用。 掌握这些知识，可以开发出功能强大且可靠的串口应用程序。 此外，还需要注意权限控制和错误处理，以确保程序的稳定性和安全性。 实际应用中，还需要根据具体硬件和应用场景选择合适的配置参数。

2025-05-09

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