Linux串口独占打开技巧：顺利实现设备连接 (linux 串口独占打开)
序言
作为一台计算机的基本输入/输出设备之一，串口在很多场合得到重视。但是Linux系统下，对于串口的使用并不像我们平时想象中的那样简单。在Linux系统下，上电之后，针对每一个串口都会开启一个设备文件。通过串口访问器可以实现终端的连接，实现与设备的通讯。然而，由于Linux系统系统的多用户，多任务并发特性，串口的并发访问很容易造成竞争，进而导致系统异常，阻碍设备的访问。本文旨在分享一些Linux串口独占打开技巧，帮助用户实现串口的顺利连接。
一、串口设备特别之处
与其他的设备不同，串口有特别的地方。串口的写操作可以直接进入硬件缓冲区，而实际的写操作是异步完成的；串口的读操作也是异步的，当缓冲区有数据时，Linux内核会通知应用程序调用指定的的读缓冲函数。因此，每个串口都有独立的读写缓冲区，读/写操作互不干扰，此处不作深入讨论。
二、串口独占打开技巧
（1）文件IO模型
在使用Linux系统串口接口时，首先要了解Linux的文件IO模型，并据此进行串口数据通讯的设计。
在Linux系统中，IO与具体的设备无关，对于系统任何一个文件都是可以操作的。对于Linux内核来说，每一个打开的文件都会对应一个结构体，其中包含了打开这个文件的进程信息、IO缓冲信息、FIFO缓冲、文件位置指针等信息。LINUX文件IO模型大概如下图所示：
（2）串口用户空间API
Linux下的串口读写相关的API接口有如下几组：
– 打开串口：open
– 配置串口参数：ioctl
– 读：read
– 写：write
– 关闭串口：close
其中需要注意的是，串口在读写数据时，需要设置一个合适的读写超时，否则会出现卡住现象。
（3）串口独占打开
在Linux系统下，串口的打开方式是独占方式。即每个串口只支持被一个程序打开，当一个进程打开一个串口时，其他进程无法打开此串口，直到打开这个串口的进程关闭此串口之后，其他进程才有机会打开此串口。因此，我们在设计应用程序时，要特别注意对串口进行独占文件IO访问，防止出现结果混乱的现象。
接下来，我们以一个串口实际的使用场景作为例子，介绍串口独占打开技巧。假设在底层，有一个嵌入式设备需要通过串口与PC机进行通讯。因此，我们需要设计一个上位机程序，与此嵌入式设备进行通讯。同时，我们也要进行编程，将相应的系统接口封装起来，供其他应用程序调用。在具体的代码实现中，需遵循如下的原则：
– 独占串口，防止串口访问冲突
– 进行数据的接收和处理
– 设置读写超时，避免出现卡死现象
三、串口数据的收发操作
在设计串口数据的发送操作时，需要先打开串口设备，然后通过write函数将要发送的数据写入串口缓冲区，核对数据无误后，可以将设备关闭。在实现的时候，根据需要，还可以添加等待数据传输完成的超时计时器。串口发送操作的示例代码如下：
“`
#include
#include
#include
#include
int mn(void)
{
int fd;
if((fd = open (“dev/ttyS0”, O_RDWR | O_NONBLOCK))
{
perror(“open fled”);
return -1;
}
struct termios opt;
tcgetattr (fd, &opt);
cfsetispeed (&opt, B115200);
cfsetospeed (&opt, B115200);
opt.c_cflag |= CLOCAL;
opt.c_cflag |= CREAD;
opt.c_cflag &= ~CSIZE;
opt.c_cflag |= CS8;
opt.c_cflag &= ~PARENB;
opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
tcsetattr (fd, TCSANOW, &opt);
sleep(5);
char buf[] = {0x31,0x32,0x33,0x34,0x35};
int len = write(fd,buf,sizeof(buf));
tcflush (fd, TCIOFLUSH);
close (fd);
return 0;
}
“`
在设计串口数据的接收操作时，也需先打开串口，然后再读取串口缓冲区中的数据。如果读取的数据比较少，可以将read函数设置为非阻塞方式；如果读取的数据较多，可以将read函数设置为阻塞方式，直到缓冲区中有足够的数据可以读取。数据的接收操作示例代码如下：
“`
#include
#include
#include
#include
int mn(void)
{
int fd;
if((fd = open(“dev/ttyS0”, O_RDWR | O_NONBLOCK))
{
perror(“open fled”);
return -1;
}
struct termios opt;
tcgetattr (fd, &opt);
cfsetispeed (&opt, B115200);
cfsetospeed (&opt, B115200);
opt.c_cflag |= CLOCAL;
opt.c_cflag |= CREAD;
opt.c_cflag &= ~CSIZE;
opt.c_cflag |= CS8;
opt.c_cflag &= ~PARENB;
opt.c_cflag &= ~CSTOPB;
tcsetattr (fd, TCSANOW, &opt);
sleep(5);
char buf[1024] ={0};
int len = 0, total = 0;
while(1)
{
len = read(fd,buf,total + 1024);
if(len > 0)
{
total += len;
printf(“read total %d data is %s”, total, buf);
fflush(stdout);
}
else
printf(“no data to read\n”);
usleep(100);
}
tcflush (fd, TCIOFLUSH);
close (fd);
return 0;
}
“`
四、
相关问题拓展阅读：
LINUX控制台怎么定向到串口终端
利用串口终端作为Linux控制台，可以免去额外的键盘，显示卡和显示器，同时可将Linux主机作为一个任意用途的嵌入式黑匣。那么LINUX控制台怎么定向到串口终端?下面跟着学习啦小编一起来了解一下吧。
LINUX控制台怎么定向到串口终端
目的: 台机已经装好Linux，显示器有问题，平时一般都SSH控制，当Linux网络挂的时候，想通过串口来管理。
硬件:台机自带两个串口(上面的是COM1) or ttyS0
目标机器:安装的CentOS 5.2 Linux 内核2.6.18-92.1.22.el5和2.6.18-92.1.22.el5xen
客户端: Windows XP SP3 IBM OEM. 安装USB转串口驱动。
需要把输出定向到串口，一般有下面几处：
BIOS中的设置
GRUB设置
/etc/inittab 设置
/etc/securetty 设置
BIOS中的设置
BIOS设置的作用我没尝试过，如果是可以连BIOS设置都可以定向到串口，那个强大了。也不知道如何去掉机器需要连键盘的限制。没拿出显示器所以没看我台机的BIOS，不过这个功能一般只有服务器级数带猜别的机器有。【注1】台机一般没有串口重定向功能。
GRUB设置
这里的配置是为了把grub菜单定薯型向到串口，这样你就可以在串口操作grub，选择启动项，使用single mode等等。
同时也要给kernel参数加上console选项。
# cat /boot/grub/menu.lst
# grub.conf generated by anaconda
#
# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
# NOTICE: You have a /boot partition. This means that
# all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
# root (hd0,0)
# kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/vg00/lv_root
# initrd /initrd-version.img
#boot=/dev/hdb1
serial –unit=0 –speed=word=8 –parity=no –stop=1
terminal –timeout=10 serial console
default=2
timeout=20
行皮#splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz =>这些在console下会工作不正常，注释掉。
#hiddenmenu
title CentOS (2.6.18-92.1.22.el5)
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.18-92.1.22.el5 ro root=/dev/vg00/lv_root rhgb quiet
initrd /initrd-2.6.18-92.1.22.el5.img
title CentOS Serial – Console (2.6.18-92.1.22.el5)
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.18-92.1.22.el5 ro root=/dev/vg00/lv_root console=ttyS0,9600 console=tty0
initrd /initrd-2.6.18-92.1.22.el5.img
title CentOS Console – serial (2.6.18-92.1.22.el5)
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.18-92.1.22.el5 ro root=/dev/vg00/lv_root console=tty0 console=ttyS0,9600
initrd /initrd-2.6.18-92.1.22.el5.img
title CentOS Xen (2.6.18-92.1.22.el5xen)
root (hd0,0)
kernel /xen.gz-2.6.18-92.1.22.el5
module /vmlinuz-2.6.18-92.1.22.el5xen ro root=/dev/vg00/lv_root rhgb quiet xencons=off
module /initrd-2.6.18-92.1.22.el5xen.img
title CentOS Xen Serial – Console (2.6.18-92.1.22.el5xen)
root (hd0,0)
kernel /xen.gz-2.6.18-92.1.22.el5
module /vmlinuz-2.6.18-92.1.22.el5xen ro root=/dev/vg00/lv_root xencons=off console=ttyS0,9600 console=tty0
module /initrd-2.6.18-92.1.22.el5xen.img
title CentOS Xen Console – serial (2.6.18-92.1.22.el5xen)
root (hd0,0)
kernel /xen.gz-2.6.18-92.1.22.el5
module /vmlinuz-2.6.18-92.1.22.el5xen ro root=/dev/vg00/lv_root xencons=off console=tty0 console=ttyS0,9600
module /initrd-2.6.18-92.1.22.el5xen.img
title Other
rootnoverify (hd0,0)
chainloader +1
后面的console有顺序关系，详见下文【注2】，我常用串口所以console=tty0 console=ttyS0,9600这个顺序的输出信息比较多。
因为我的机器有xen的内核，xen默认情况下会把串口做为xencons，所以这里设置xencons=off.
When multiple consoles are listed output is sent to all consoles and input is taken from the last listed console. The last console is the one Linux uses as the /dev/consoledevice.
/etc/inittab 设置
系统系统后，需要在串口上监听请求，所以要有个类似服务器的程序(agetty, mgetty etc)。
/etc/inittab中添加
s0:2345:respawn:/in/agetty -L -f /etc/issue.serial 9600 ttyS0 vt100
#s1:2345:respawn:/in/agetty -L -f /etc/issue.serial 9600 ttyS1 vt100
#S0:2345:respawn:/in/mgetty -r -x 9 ttyS0 ==> mgetty 用来调试比较好，log也丰富。
What is a getty?
A getty is is a program that opens a tty port, prompts for a login name, and runs the /bin/login command. It is normally invoked by init.
所以其他程序就不能再来占用ttyS0了，串口是独占模式的吧。
vt100:
vt100 is the terminal emulation. You can use others, but VT100 is the most common or “standard”. Another widely used termial type is VT102.
OK都可以了，可以重启server了。这里如果想测试下串口线，推荐先在Linux启动下mgetty，因为他的debug信息和log比较丰富，适合排错和测试。
#mgetty –r –x 9 ttyS0
Log在/var/log/mgetty*中。
/etc/securetty设置
因为一般我们都是使用root登陆串口来维护，所以需要设置root可以在COM1和COM2登陆。
在/etc/securetty中添加：
ttyS0
ttyS1
Windows客户端连接可以用超级终端或者Putty。
注意启动server的时候，putty就应该去连接串口了，这样才可以看到所有信息。
本来正常情况下，接下去kernel的boot信息应该也会打到串口的。但是没有，确定是Xen内核的关系。
系统启动起来后，过了init，agetty就起来了，这个时候就可以通过串口登陆了。(在/etc/securetty中需要添加ttyS0)
linux串口读取问题
首先你确定你那串口是否有东西可读？ 就是你上面说的“一个文件不停的写数据到串口”！你可以先不这样读取，你可以在终端巧陵上用cat试试是否有数据可读：cat /dev/ttyS0
如果有的话，那你就检查串口设置是否正确，如波特率，数据位，停止位，校验位等！
最后就是你读取的函数了，看看先不要用printf打印字符串了，孝前戚先看看十六进制是否有，然后再看字符等！
就是以上一些，你还可以参考Linux下串口文档，百度上很多的……悔御
取设备描述符）的时候州猛瞎设置的是非阻塞方式。导致串口上没数据的时候read也立即返回，但是你的while已经把有效的数据读走了，if里面读到的一定是空的，所以什么也不打印。
建议
1. 在打开串口设备时使用阻知辩塞方式，不会册空设置的话查查open系统调用的帮助，它有个flag；
2. 把while循环内的if语句去掉。
另外,团IDC网上有许多产品团购,便宜有口碑
你串口有数据给读吗？
串口接了什么设备？
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