Linux环境下使用线程方式操作UART读写功能

news2024/10/7 8:21:14

目录

 

概述

1 Linux环境下UART设备

2 轮询方式操作UART功能实现

2.1 打开串口函数：usr_serial_open

2.2 关闭串口函数： usr_serial_close

2.3 发送数据函数： usr_serial_sendbytes

2.4 接收数据函数： thread_uart_readbytes

3 完整代码

3.1 usr_serial.c 文件内容

3.1 usr_serial.h 文件内容

4 编写应用代码

4.1 使用接口

4.2 编写应用程序Makefile

5 测试使用信号量实现串口数据的发送和接收功能

源代码下载地址： Linux环境下使用线程方式操作UART读写功能资源-CSDN文库

概述

本文介绍Linux环境下使用线程方式操作UART的方法，实现了串口打开，关闭，发送数据，接收数据功能，还编写测试代码，验证该功能。

1 Linux环境下UART设备

在linux环境下,UART作为一个终端设备存在，可使用命令， 系统会罗列出该目录下所有的device,其中以tty开头的设备为终端设备。串口也是这些设备之一。

ls /dev/ -l

执行该命令后，可以看见许多以tty开头的设备：

user根据板卡的信息，找到对应的端口，然后才能使用这些串口，笔者使用是基于iMX6ull芯片的板卡，板卡上COM1被用于调试终端，COM3可作为用户终端。

2 轮询方式操作UART功能实现

2.1 打开串口函数：usr_serial_open

函数参数

参数描述
port终端设备: /dev/tty0
baudrate波特率： 1200/2400/4800 ... /115200
databit数据bit位： /5/6/7/8
stopbit停止位："1" / "1.5" / "2"
parity奇偶位使能： 'N' / 'E' / 'O'

函数实现方法：

代码 43行： 打开端口

代码 49行： 保存termios数据结构中，旧的参数

代码 51行：设置当前用户参数

源代码：

int usr_serial_open( char *port, unsigned int baudrate, 
                     unsigned int databit, const char *stopbit, char parity)
{
    int err;
    
    fd = open (port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (-1 == fd) {
        fprintf(stderr, "cannot open port %s\n", port);
        return (-1);
    }
    
    tcgetattr (fd, &termios_old);       /* save the form termios value */
      
    err = set_portattr (baudrate, databit, stopbit, parity);
    if ( err ) {
        fprintf ( stderr, "\nport %s cannot set baudrate at %d\n",
                  port, baudrate);
    }
    usr_baudrate = baudrate;
    
    return fd;
}

2.2 关闭串口函数： usr_serial_close

函数实现方法：

代码 64行： 恢复termios default参数

代码 65行：关闭fd端口

void usr_serial_close( void )
{
    /* flush output data before close and restore old attribute */
    tcsetattr(fd, TCSADRAIN, &termios_old);
    close(fd);
}

2.3 发送数据函数： usr_serial_sendbytes

函数参数

参数描述
*data存贮数据的数组
datalength发送的数据长度

函数实现方法：

代码 72行： 使用write函数发送数据

源代码：

unsigned int usr_serial_sendbytes (void * data, unsigned int datalength)
{
    unsigned int total_len = 0;
    
    total_len = write(fd, data, datalength);

    return (total_len);
}

2.4 接收数据函数： thread_uart_readbytes

函数参数

参数描述
*arg线程函数传入的参数

函数实现方法：

代码 39行： 使用read函数写数据

源代码

void *thread_uart_readbytes(void *arg) 
{
    int fd = *(int *)arg;
    char buf[128];
    int n;
 
    while (1) {
        // 读取串口数据
        n = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if (n > 0) {
            printf("Received data: %.*s\n", n, buf);
        }
    }
}

3 完整代码

代码文件命名为usr_serial， 包含两个文件

usr_serial.c
usr_serial.h

3.1 usr_serial.c 文件内容

/***************************************************************
Copyright  2024-2029. All rights reserved.
文件名     : 01_usr_serial.c
作者       : tangmingfei2013@126.com
版本       : V1.0
描述       : linux 串口应用程序接口
其他       : 无
日志       : 初版V1.0 2024/03/01

***************************************************************/
#include "usr_serial.h"

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
#define TIMEOUT_SEC(buflen,baud)    (buflen*20/baud+2)
#define TIMEOUT_USEC                 0

#define CH_TO_WAIT 5
#define CH_BITS 11

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
static unsigned int fd;  

static struct timeval tv_timeout;
static struct termios termios_old;
static struct termios termios_new;

static fd_set fs_read;
static unsigned int usr_baudrate;



/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
static speed_t baudrate_to_Bxx (unsigned int baudrate);
static void set_data_bit (unsigned int databit);
static unsigned int set_portattr ( unsigned int baudrate,unsigned int databit, const char *stopbit,char parity);


int usr_serial_open( char *port, unsigned int baudrate, 
                     unsigned int databit, const char *stopbit, char parity)
{
    int err;
    
    fd = open (port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (-1 == fd) {
        fprintf(stderr, "cannot open port %s\n", port);
        return (-1);
    }
    
    tcgetattr (fd, &termios_old);       /* save the form termios value */
      
    err = set_portattr (baudrate, databit, stopbit, parity);
    if ( err ) {
        fprintf ( stderr, "\nport %s cannot set baudrate at %d\n",
                  port, baudrate);
    }
    usr_baudrate = baudrate;
    
    return fd;
}

void usr_serial_close( void )
{
    /* flush output data before close and restore old attribute */
    tcsetattr(fd, TCSADRAIN, &termios_old);
    close(fd);
}

unsigned int usr_serial_sendbytes (void * data, unsigned int datalength)
{
    unsigned int total_len = 0;
    
    total_len = write(fd, data, datalength);

    return (total_len);
}

int usr_serial_readbytes (void *data, unsigned int datalength)
{
    unsigned int total_len = 0;
    total_len = read(fd, data, datalength);
    if (total_len > 0) {
        printf("Receive %d bytes: %.*s\n", total_len, (char*)data);
    }

    return (total_len);
}

unsigned int usr_serial_readinterrupt (void *data, unsigned int datalength)
{
    int total_len = 0;

    /**
     * caculate the time of 5 characters and get the maxim
     * with 3ms and 5 ch's time
    */
    tv_timeout.tv_sec = 0;
    tv_timeout.tv_usec = ( (CH_TO_WAIT * CH_BITS) * (1000000/usr_baudrate));

    while(1){
        FD_ZERO (&fs_read);
        FD_SET (fd, &fs_read);
        select (fd + 1, &fs_read, NULL, NULL, &tv_timeout);
        
        total_len = read(fd, data, datalength);
        if (total_len > 0) {
            printf("Receive %d bytes: %.*s\n", total_len, (char*)data);
            return total_len;
        }
    }

    return total_len;

}

static void set_data_bit (unsigned int databit)
{
    termios_new.c_cflag &= ~CSIZE;
    switch (databit) {
    default:
    case 8:
        termios_new.c_cflag |= CS8;
        break;
    case 7:
        termios_new.c_cflag |= CS7;
        break;
    case 6:
        termios_new.c_cflag |= CS6;
        break;
    case 5:
        termios_new.c_cflag |= CS5;
        break;
    }
}

static void set_stopbit (const char *stopbit)
{
    if (0 == strcmp (stopbit, "1")) {
        termios_new.c_cflag &= ~CSTOPB;    /* 1 stop bit */
    }
    else if (0 == strcmp (stopbit, "1.5")) {
        termios_new.c_cflag &= ~CSTOPB;     /* 1.5 stop bits */
    }
    else if (0 == strcmp (stopbit, "2")) {
        termios_new.c_cflag |= CSTOPB;       /* 2 stop bits */
    }
    else {
        termios_new.c_cflag &= ~CSTOPB;     /* 1 stop bit */
    }
}

static void set_parity (char parity)
{
    switch (parity) {
    case 'N':                  /* no parity check */
        termios_new.c_cflag &= ~PARENB;
        break;
    case 'E':                  /* even */
        termios_new.c_cflag |= PARENB;
        termios_new.c_cflag &= ~PARODD;
        break;
    case 'O':                  /* odd */
        termios_new.c_cflag |= PARENB;
        termios_new.c_cflag |= ~PARODD;
        break;
    default:                   /* no parity check */
        termios_new.c_cflag &= ~PARENB;
        break;
    }
}

static speed_t baudrate_to_Bxx (unsigned int baudrate)
{
    switch (baudrate) {
    case 0:
        return (B0);
    case 50:
        return (B50);
    case 75:
        return (B75);
    case 110:
        return (B110);
    case 134:
        return (B134);
    case 150:
        return (B150);
    case 200:
        return (B200);
    case 300:
        return (B300);
    case 600:
        return (B600);
    case 1200:
        return (B1200);
    case 2400:
        return (B2400);
    case 9600:
        return (B9600);
    case 19200:
        return (B19200);
    case 38400:
        return (B38400);
    case 57600:
        return (B57600);
    case 115200:
        return (B115200);
    default:
        return (B9600);
    }
}

static void set_baudrate (unsigned int baudrate)
{
    speed_t speed;
    
    speed = baudrate_to_Bxx (baudrate);  /* set baudrate */
    cfsetispeed(&termios_new, speed);    // set input speed
    cfsetospeed(&termios_new, speed);    // set output speed
}

static unsigned int set_portattr ( unsigned int baudrate,  // 1200 2400 4800 9600 .. 115200
                                   unsigned int databit,   // 5, 6, 7, 8
                                   const char *stopbit,    //  "1", "1.5", "2"
                                   char parity)            // N(o), O(dd), E(ven)
{
    bzero(&termios_new, sizeof (termios_new));
    cfmakeraw (&termios_new);

    set_baudrate (baudrate);
    
    termios_new.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;   /* | CRTSCTS */
    
    set_data_bit (databit);
    set_parity (parity);
    set_stopbit (stopbit);
 
    termios_new.c_cc[VTIME] = 1;            /* unit: 1/10 second. */
    termios_new.c_cc[VMIN]  = 255;          /* minimal characters for reading */
    
    return (tcsetattr (fd, TCSANOW, &termios_new));
}



/* End of this file */

3.1 usr_serial.h 文件内容

#ifndef __USR_SERIAL_H
#define __USR_SERIAL_H

#include <termios.h>            /* tcgetattr, tcsetattr */
#include <stdio.h>              /* perror, printf, puts, fprintf, fputs */
#include <unistd.h>             /* read, write, close */
#include <fcntl.h>              /* open */
#include <sys/signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>             /* bzero, memcpy */
#include <limits.h>             /* CHAR_MAX */

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

int usr_serial_open( char *port, unsigned int baudrate, unsigned int databit, const char *stopbit, char parity);
void usr_serial_close( void );

unsigned int usr_serial_sendbytes (void * data, unsigned int datalength);
int usr_serial_readbytes (void *data, unsigned int datalength);
unsigned int usr_serial_readinterrupt (void *data, unsigned int datalength);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif /* __USR_SERIAL_H */

4 编写应用代码

4.1 使用接口

代码实现功能介绍：

代码 56行：初始化串口设备，设置baud，数据位，停止位等参数

代码 63行：创建线程

代码 72行：向串口写数据

源代码如下：

/***************************************************************
Copyright  2024-2029. All rights reserved.
文件名     :  test_serial.c
作者       : tangmingfei2013@126.com
版本       : V1.0
描述       : 使用线程方式读取串口数据
其他       : 无
日志       : 初版V1.0 2024/03/04

***************************************************************/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <linux/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/fs.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <errno.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include "usr_serial.h"

#define SERILA_PORT   "/dev/ttymxc2"


void *thread_uart_readbytes(void *arg) 
{
    int fd = *(int *)arg;
    char buf[128];
    int n;
 
    while (1) {
        // 读取串口数据
        n = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if (n > 0) {
            printf("Received data: %.*s\n", n, buf);
        }
    }
}


int main()
{
    pthread_t tid;
    char buf[255];
    int n;
    int fd,err;
    void *tret;
 
    // 打开串口设备
    fd = usr_serial_open(SERILA_PORT, 115200, 8, "1", 'N');
    if (fd == -1) {
        printf("open err\n");
        exit(1);
    }
    
   // 创建读数据线程
    if (pthread_create(&tid, NULL, thread_uart_readbytes, &fd) != 0) {
        perror("pthread_create error \n");
        return -1;
    }

    while (1)
    {
        // 向串口发送数据
        strcpy(buf, "I am from iMX.6ULL board, hello world! \r\n");
        n = usr_serial_sendbytes(buf, strlen(buf));
        if (n < 0) {
            perror("write failed\n");
        }
        sleep(1);
    }
 
    err = pthread_join(tid, &tret);
    if (err) {
        fprintf(stderr, "pthread_join error: %s\n", strerror(err));
        exit(-1);
    }
 
    // 关闭串口设备
    usr_serial_close();
    printf("close uart\n");
 
    return 0;
}

4.2 编写应用程序Makefile

代码实现功能介绍：

代码 2行：编译器地址

代码 3行：linux内核地址

代码 3行：链接的.o文件名

代码 6行：生成可执行型文件

源代码

CFLAGS= -Wall -lpthread -O2
CC=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc
STRIP=/home/ctools/gcc-linaro-4.9.4-arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-strip

test_serial: test_serial.o usr_serial.o
	$(CC) $(CFLAGS) -o test_serial test_serial.o usr_serial.o
	$(STRIP) -s test_serial

clean:
	rm -f test_serial test_serial.o usr_serial.o

5 测试使用信号量实现串口数据的发送和接收功能

       使用Make命令编译代码，然后将生成的可执行性文件copy到NFS的共享目录下，然后在板卡中执行。

在代码中，定义要发送的数据如下：

 strcpy(buf, "I am from iMX.6ULL board, hello world! \r\n");

PC端，使用串口调试助手接收数据，详细信息如下：

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目录 一、计算机的发展史 1. 电子管计算机时代 2. 晶体管计算机时代 3. 小、中规模集成电路计算机时代 4. 大、超大规模集成电路计算机时代 二、计算机硬件组成 1. 输入设备 2. 输出设备 3. 存储器 4. 运算器 5. 控制器 三、计算机硬件间的连接 四、计算机系统的结…
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0201安装报错-hbase-大数据学习

0201安装报错-hbase-大数据学习

1 基础环境简介 linux系统&#xff1a;centos&#xff0c;前置安装&#xff1a;jdk、hadoop、zookeeper&#xff0c;版本如下 软件版本描述centos7linux系统发行版jdk1.8java开发工具集hadoop2.10.0大数据生态基础组件zookeeper3.5.7分布式应用程序协调服务hbase2.4.11分布式…
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Pytorch学习 day07（神经网络基本骨架的搭建、2D卷积操作、2D卷积层）

Pytorch学习 day07（神经网络基本骨架的搭建、2D卷积操作、2D卷积层）

神经网络基本骨架的搭建 Module&#xff1a;给所有的神经网络提供一个基本的骨架&#xff0c;所有神经网络都需要继承Module&#xff0c;并定义_ _ init _ _方法、 forward() 方法在_ _ init _ _方法中定义&#xff0c;卷积层的具体变换&#xff0c;在forward() 方法中定义&am…
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Java设计模式：适配器模式的三种形式（五）

Java设计模式：适配器模式的三种形式（五）

码到三十五 &#xff1a; 个人主页 心中有诗画&#xff0c;指尖舞代码&#xff0c;目光览世界&#xff0c;步履越千山&#xff0c;人间尽值得 ! 适配器模式用于将一个类的接口转换为客户端所期望的另一个接口&#xff0c;以实现不兼容接口之间的协作。它像电器插头转换器一样…
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单调栈（例题+解析）

单调栈（例题+解析）

1、应用场景 找出一个数的左面离概述最近的且小于该数的数&#xff08;同理右面也可以&#xff09; 例如&#xff1a; 数组a[i] 3 4 2 7 5 答案&#xff1a; -1 3 -1 2 2 2、如何实现找到规律 暴力写法&#xff1a; for(int i0;i<n;i) {for(int ji-1;j>0;j--){i…
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金融数据采集与风险管理：Open-Spider工具的应用与实践

金融数据采集与风险管理：Open-Spider工具的应用与实践

一、项目介绍 在当今快速发展的金融行业中&#xff0c;新的金融产品和服务层出不穷&#xff0c;为银行业务带来了巨大的机遇和挑战。为了帮助银行员工更好地应对这些挑战&#xff0c;我们曾成功实施了一个创新的项目&#xff0c;该项目采用了先进的爬虫技术&#xff0c;通过ope…
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