Linux C串口编程如何实现数据收发与参数配置？

Linux C串口编程基础与实践

在嵌入式开发、工业控制以及通信领域，串口编程是Linux系统下与外部设备进行数据交互的重要技术，通过C语言操作串口，开发者可以实现高效、稳定的设备通信，本文将详细介绍Linux C串口编程的核心概念、关键步骤及代码实现，帮助读者快速掌握这一技术。

串口通信基础

串口（Serial Port）是一种按位（bit）传输数据的通信方式，常用于连接调制解调器、GPS模块、单片机等设备，Linux系统将串口设备抽象为文件，如/dev/ttyS0（COM1）、/dev/ttyUSB0（USB转串口），通过标准文件操作函数（open()、read()、write()、close()）即可完成通信。

串口通信的关键参数包括：

• 波特率（Baud Rate）：数据传输速率，如9600、115200等。
• 数据位（Data Bits）：通常为8位。
• 校验位（Parity）：无校验（None）、奇校验（Odd）、偶校验（Even）。
• 停止位（Stop Bits）：通常为1位或2位。

串口配置与初始化

在Linux C中，串口配置主要通过修改termios结构体实现，以下是配置步骤及关键代码：

1 打开串口设备

int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);  
if (fd < 0) {  
    perror("Failed to open serial port");  
    exit(EXIT_FAILURE);  
}  
fcntl(fd, F_SETFL, 0); // 设置为阻塞模式  

2 配置串口参数

struct termios options;  
tcgetattr(fd, &options); // 获取当前配置  
// 设置波特率  
cfsetispeed(&options, B115200);  
cfsetospeed(&options, B115200);  
// 设置数据位、校验位、停止位  
options.c_cflag &= ~CSIZE;  
options.c_cflag |= CS8; // 8位数据位  
options.c_cflag &= ~PARENB; // 无校验  
options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 1位停止位  
// 启用接收、忽略控制线  
options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);  
// 设置原始输入模式  
options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);  
// 设置超时（100ms）  
options.c_cc[VMIN] = 0;  
options.c_cc[VTIME] = 1;  
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options); // 应用配置  

串口数据读写

配置完成后,可通过read()和write()函数进行数据传输：

1 写数据

char *send_data = "Hello, Serial Port!";  
int write_len = write(fd, send_data, strlen(send_data));  
if (write_len < 0) {  
    perror("Failed to write data");  
}  

2 读数据

char buffer[256];  
int read_len = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);  
if (read_len > 0) {  
    buffer[read_len] = '\0';  
    printf("Received: %s\n", buffer);  
}  

高级功能与错误处理

1 串口状态查询

通过ioctl()函数可以获取串口状态，如线路信号（CTS/RTS）：

int status;  
ioctl(fd, TIOCMGET, &status);  
if (status & TIOCM_CTS) {  
    printf("CTS is active\n");  
}  

2 错误处理与超时控制

使用tcflush()清空缓冲区，避免数据残留：

tcflush(fd, TCIOFLUSH); // 清空输入输出缓冲区  

3 常见问题及解决方案

完整示例代码

以下是一个完整的串口通信示例,实现双向数据收发：

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <termios.h>  
#include <errno.h>  
int init_serial(const char *port) {  
    int fd = open(port, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);  
    if (fd < 0) return -1;  
    struct termios options;  
    tcgetattr(fd, &options);  
    cfsetispeed(&options, B115200);  
    cfsetospeed(&options, B115200);  
    options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);  
    options.c_cflag &= ~PARENB;  
    options.c_cflag &= ~CSTOPB;  
    options.c_cflag &= ~CSIZE;  
    options.c_cflag |= CS8;  
    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);  
    options.c_cc[VMIN] = 0;  
    options.c_cc[VTIME] = 1;  
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);  
    return fd;  
}  
int main() {  
    int fd = init_serial("/dev/ttyS0");  
    if (fd < 0) {  
        perror("Serial init failed");  
        return 1;  
    }  
    char *msg = "Test Message";  
    write(fd, msg, strlen(msg));  
    char buf[256];  
    int n = read(fd, buf, sizeof(buf));  
    if (n > 0) {  
        buf[n] = '\0';  
        printf("Received: %s\n", buf);  
    }  
    close(fd);  
    return 0;  
}  

Linux C串口编程是嵌入式开发的核心技能之一，通过合理配置termios结构体和灵活运用文件操作函数，可实现稳定可靠的设备通信，开发者需注意参数匹配、错误处理及超时控制，同时结合实际需求优化数据收发逻辑，掌握这些技术，将为物联网、工业自动化等领域的开发奠定坚实基础。