“串口阻塞”你真的会用吗？

导读

在串口通信开发中，数据错乱是常见问题。本文将快速介绍串口标志位的作用及配置方法，帮助解决数据传输错误。

这是一个真实案例，用户反馈“串口向另外的设备发送数据，发现运行一段时间后，发送的消息会阻塞很久才会发出来，一下子出来很多数据”。经过帮客户检查应用程序源码，发现应用程序在串口阻塞方面没有做正确的处理，修改后解决。

 非阻塞打开串口

open("/dev/ttyS1", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);

• O_NOCTTY：如果打开的是一个终端设备，这个程序不会成为对应这个端口的控制终端，如果没有该标志，任何一个输入，例如键盘中止信号等，都将影响进程。
• O_NONBLOCK：该标志与早期使用的O_NDELAY标志作用差不多。程序不关心DCD信号线的状态，也就是不关心端口另一端是否已经连接。如果不指定该标志，进程将一直在休眠状态，直到DCD信号线为0。简单点就是以非阻塞方式打开串口。

 设置串口成阻塞方式可用fcntl设置串口的阻塞/非阻塞。1. 阻塞：fcntl(fd, F_SETFL, 0)fcntl中的F_SETFL只可以更改标志O_APPEND，O_NONBLOCK，O_SYNC 和 O_ASYNC；而 0 则表示清空这几个标志，其中O_NONBLOCK也没了，所以就变成了阻塞。2. 非阻塞：fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK)检测打开的文件描述符是否连接到一个终端设备，进一步确认串口是否正确打开。

 获取和设置termios1. 获取termios结构体(串口属性)

• int tcgetattr(int fd, struct termios *termptr);
• termptr：接收返回的termios，成功：0，失败：-1。

2. 保存先前的串口配置int tcsetattr(int fd, int opt, const struct termios *termptr);   3. 设置串口属性3.1 opt：在串口驱动程序里有输入缓冲区和输出缓冲区。在改变串口属性时，缓冲区可能有数据存在，如何处理缓冲区中的数据，可通过opt 参数实现。

• TCSANOW：更改立即发生；
• TCSADRAIN：发送了所有输出后更改才发生，若更改输出参数则应用此选项；
• TCSAFLUSH：发送了所有输出后更改才发生，在更改发生时未读的所有输入数据被删除（Flush）。

3.2 成功：0。3.2 失败：-1。

 设置波特率1. 设置输入波特率

int cfsetispeed(struct termios *termptr, speed_t speed);

2. 设置输出波特率

int cfsetospeed(struct termios *termptr, speed_t speed);

 设置数据位(也称设置字符大小)通过 c_cflag 设置。

CSIZE       //数据位屏蔽CS5          //5个数据位CS6          //6个数据位CS7          //7个数据位CS8          //8个数据位

例如，设置串口的数据位为 8 位：

c_cflag &= ~CSIZE;       //清除CSIZEc_cflag |= CS8;         //设置CS8

 设置奇偶校验位设置串口的奇偶校验是在 c_cflag 设置。

• PARENB     进行奇偶校验。
• PARODD    奇校验，否则为偶校验。

1. 无校验

c_cflag &= ~PARENB;

2. 偶校验

c_cflag |= PARENB;c_cflag &= ~PARODD;

3. 奇校验

c_cflag |= PARENB;c_cflag |= ~PARODD;

 设置停止位设置串口停止位是在 c_cflag 设置。1. 设置 1 位停止位

c_cflag &= ~CSTOPB;       //清除CSTOPB标志位

2. 设置 2 位停止位

c_cflag |= CSTOPB;          //设置CSTOPB标志位

 设置最少字符和等待时间c_cc[VTIME] 和c_cc[VMIN] 设置最少字符和等待时间，针对 read 而言。如果设置为0的话，则在任何情况下read()函数立即返回：

c_cc[VTIME] = 0;c_cc[VMIN] = 0;

 清除串口缓冲由于串口在重新设置之后，需要对当前的串口设备进行适当的处理，通常使用tcflush实现。

int tcdrain(int fd);          //使程序阻塞，直到输出缓冲区的数据全部发送完毕。int tcflow(int fd, int action);           // 用于暂停或重新开始输出。int tcflush(int fd, int queue_selector);  //用于清空输入/输出缓冲区。

使用tcflush()函数，对于在缓冲区中的尚未传输的数据，或者收到的，但是尚未读取的数据进行处理。queue_selector设置：
 

• TCIFLUSH： 对接收到而未被读取的数据进行清空处理。
• TCOFLUSH： 对尚未传送成功的输出数据进行清空处理。

TCIOFLUSH：即对尚未处理的输入输出数据进行清空处理。

 激活选项CLOCAL 和 CREAD 分别用于本地连接和接收使能。激活这两个选项：

c_cflag |= CLOCAL | CREAD;

 激活串口配置(属性)

在完成全部串口配置之后， 要激活刚才的配置并使配置生效。使用属性设置函数 tcsetattr() ，前面已有其说明。

 向串口写数据

直接调用wtrite()即可。

 从串口读数据调用read()读取串口数据，但在非规范模式/原始模式下需要设置VMIN和VTIME。

• VMIN：非规范模式下读取的最小字符数。
• VTIME：非规范模式下读数据时的延时，VTIME个1/10秒。

VMIN和VTIME组合有四种情况：

• VMIN=0,VTIME=0:  读取的最少字符数为0，延时时间为0，read立即返回。
• VMIN>0,VTIME=0:  read阻塞到读取VMIN个字符才返回。
• VMIN=0,VTIME>0:  有数据就返回，无数据等待VTIME个1/10秒返回。

VMIN>0,VTIME>0:  读取VMIN个字符或前后两个字符的输入间隔超过VTIME个1/10秒后返回，因为在输入第一个字符之后系统才会启动定时器，所以在这种情况下，read至少读取一个字符。

 串口操作顺序

1. 保存原有串口属性（可选）；
2. 设置波特率；
3. 设置激活选项，如c_cflag |= CLOCAL | CREAD；
4. 设置数据位大小；
5. 设置奇偶校验位；
6. 设置停止位；
7. 设置输出（可选），如c_oflag=0；0是清空标志；c_oflag&=~OPOST；
8. 设置输入（可选）；
9. 设置c_lflag，如原始模式cfmakeraw(&termios)；
10. 设置读取特性，c_cc[VTIME]和c_cc[VMIN]；
11. 刷新缓冲区，tcflush()；
12. 设置串口属性，tcsetattr()。