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Linux串列埠程式設計，實現不定長收發資料包

阿新 • • 發佈：2019-01-26

一、需求：

需要利用串列埠對兩臺裝置進行資料互動。

要求：資料包大小不定。能夠實現阻塞讀取每一個數據包。粘包，丟包問題在解析資料包中處理。

二、設計

為了實現不定長接收資料包，利用了 struct termios的兩個成員屬性： 

newtio.c_cc[VTIME]  = inTimeout;

newtio.c_cc[VMIN]     = inReadLen;

在串列埠程式設計模式下，open未設定O_NONBLOCK或O_NDELAY的情況下。
c_cc[VTIME]和c_cc[VMIN]影響read函式的返回阻塞時長。
VTIME定義等待的時間，單位是百毫秒(通常是一個8位的unsigned char變數，取值不能大於cc_t)。
VMIN定義了要求等待的最小位元組數，這個位元組數可能是0。
如果VTIME取0，VMIN定義了要求等待讀取的最小位元組數。函式read()只有在讀取了VMIN個位元組的資料或者收到一個訊號的時候才返回。
如果VMIN取0，VTIME定義了即使沒有資料可以讀取，read()函式返回前也要等待幾百毫秒的時間量。這時，read()函式不需要像其通常情況那樣要遇到一個檔案結束標誌才返回0。
如果VTIME和VMIN都不取0，VTIME定義的是當接收到第一個位元組的資料後開始計算等待的時間量。如果當呼叫read函式時可以得到資料，計時器 馬上開始計時。
    如果當呼叫read函式時還沒有任何資料可讀，則等接收到第一個位元組的資料後，計時器開始計時。函式read可能會在讀取到VMIN個位元組 的資料後返回，也可能在計時完畢後返回，
    這主要取決於哪個條件首先實現。不過函式至少會讀取到一個位元組的資料，因為計時器是在讀取到第一個資料時開始計時 的。
如果VTIME和VMIN都取0，即使讀取不到任何資料，函式read也會立即返回。同時，返回值0表示read函式不需要等待檔案結束標誌就返回了。

為了實現長時間無資料時返回無資料利用了select機制：

1、匯出串列埠裝置節點：

不使用裝置樹：以S3C2440為例，在mach-smdk2440.c中新增一下程式碼。

static struct s3c2410_uartcfg smdk2440_uartcfgs[] __initdata = {
	[0] = {
		.hwport	     = 0,
		.flags	     = 0,
		.ucon	     = 0x3c5,
		.ulcon	     = 0x03,
		.ufcon	     = 0x51,
	},
	[1] = {
		.hwport	     = 1,
		.flags	     = 0,
		.ucon	     = 0x3c5,
		.ulcon	     = 0x03,
		.ufcon	     = 0x51,
	},
	/* IR port */
	[2] = {
		.hwport	     = 2,
		.flags	     = 0,
		.ucon	     = 0x3c5,
//		  .ulcon	   = 0x43,	// www.100ask.net
		 .ulcon	   = 0x33,
		.ufcon	     = 0x51,
	}
};

static void __init smdk2440_map_io(void)
{
    //.....
	s3c24xx_init_uarts(smdk2440_uartcfgs, ARRAY_SIZE(smdk2440_uartcfgs));
}

使用裝置樹：以imx6ul為例，使用到串列埠2和串列埠3，

//	imx6ul.dtsi		
uart2: [email protected] {
				compatible = "fsl,imx6ul-uart",
					     "fsl,imx6q-uart", "fsl,imx21-uart";
				reg = <0x021e8000 0x4000>;
				interrupts = <GIC_SPI 27 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
				clocks = <&clks IMX6UL_CLK_UART2_IPG>,
					 <&clks IMX6UL_CLK_UART2_SERIAL>;
				clock-names = "ipg", "per";
				dma-names = "rx", "tx";
				status = "disabled";
			};

			uart3: 
 
[email protected] {
				compatible = "fsl,imx6ul-uart",
					     "fsl,imx6q-uart", "fsl,imx21-uart";
				reg = <0x021ec000 0x4000>;
				interrupts = <GIC_SPI 28 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
				clocks = <&clks IMX6UL_CLK_UART3_IPG>,
					 <&clks IMX6UL_CLK_UART3_SERIAL>;
				clock-names = "ipg", "per";
				dma-names = "rx", "tx";
				status = "disabled";
			};
//   imx6ul-14x14-evk.dts
&uart2 {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&pinctrl_uart2>;
	status = "okay";
};
&uart3 {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&pinctrl_uart3>;
	status = "okay";
};

結果：

[email protected] /$ ls /dev/ttymxc*
/dev/ttymxc0  /dev/ttymxc1  /dev/ttymxc2

2、應用層介面：

開啟-配置-使用，妥妥的。

直接上程式碼：

uart.h

#ifndef _UART_H__
#define _UART_H__
/********************************************************************************************************
【類名】UART
【描述】實現阻塞方式不定長讀取資料。不定長阻塞方式寫入資料
【屬性】
     devFile:GPIO對應的裝置檔案。
     fd:GPIO裝置檔案的檔案描述符。
【函式】
     UART:	UART類建構函式，開啟對應裝置檔案
     cfg:				配置UART
     write:			寫串列埠
     read:			讀串列埠
********************************************************************************************************/
#include "common.h"
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
class UART
{
public:
    UART(char* cnDevFile);
    ~UART();
    int cfg(int inSpeed,int inBits,int inEvent ,int inStop, int inReadLen, int inTimeout);
    int mwrite(char* pcnBuf, int inLen);
    int mread(char* pcnBuf, int inLen);
    int mselect(int inTimeoutMs);
    int mflush(void);
private:
    int mFd;
    fd_set mRd;
    struct timeval mTimeout;
};

uart.c

/********************************************************************************************************
【檔案】uart.cpp
【描述】串列埠讀寫控制:適用於linux串列埠裝置平臺
【時間】2018-6-29
********************************************************************************************************/
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>

#include <signal.h>
#include "uart.h"

/********************************************************************************************************
【函式名】getBaudrate
【功  能】返回對應波特率巨集定義
【參  數】baudrate			波特率大小
【返回值】波特率巨集定義
********************************************************************************************************/
static speed_t getBaudrate(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 1800: return B1800;
    case 2400: return B2400;
    case 4800: return B4800;
    case 9600: return B9600;
    case 19200: return B19200;
    case 38400: return B38400;
    case 57600: return B57600;
    case 115200: return B115200;
    case 230400: return B230400;
    case 460800: return B460800;
    case 500000: return B500000;
    case 576000: return B576000;
    case 921600: return B921600;
    case 1000000: return B1000000;
    case 1152000: return B1152000;
    case 1500000: return B1500000;
    case 2000000: return B2000000;
    case 2500000: return B2500000;
    case 3000000: return B3000000;
    case 3500000: return B3500000;
    case 4000000: return B4000000;
    default: return -1;
    }
}
/********************************************************************************************************
【函式名】UART
【功  能】UART的建構函式，阻塞方式開啟一個串列埠裝置檔案
【參  數】devFile	:表示UART對應的裝置檔案
【返回值】無
********************************************************************************************************/
UART::UART(char* devFile)
{
/*
    先以非阻塞方式開啟一個串列埠裝置檔案：
    O_RDWR：可讀可寫
    O_NOCTTY：不以終端裝置方式開啟
    O_NDELAY：非阻塞方式讀，無資料時直接返回0
*/
    mFd=open(devFile,O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (mFd > 0)
    {
/*恢復串列埠為阻塞狀態*/
        if(fcntl(mFd, F_SETFL, 0)<0)
            printf("fcntl failed!\n");
        else
            printf("fcntl=%d\n",fcntl(mFd, F_SETFL,0));
    }else{
        printf("Can't open %s\n",devFile);
        exit(1);
    }
}
UART::~UART()
{
    close(mFd);
}
/********************************************************************************************************
【函式名】UART::cfg
【功  能】配置UART工作引數
【參  數】inSpeed  ：串列埠波特率
         inBits   ：資料位
         inEvent  ：奇偶校驗位
         inStop   ：停止位
         inReadLen: 阻塞方式一次讀取位元組最大長度
         inTimeout：阻塞超時等待時長，單位：inTimeout*100ms
【返回值】返回0表示配置成功；否則表示配置失敗
********************************************************************************************************/
int UART::cfg(int inSpeed,int inBits,int inEvent ,int inStop, int inReadLen, int inTimeout)
{
    struct termios newtio,oldtio;
    if ( tcgetattr (mFd,&oldtio)  !=  0 ){
        perror("Setup Serial");
        return -1;
    }
    bzero( &newtio, sizeof( newtio ) );
    newtio.c_cflag |=  CLOCAL|CREAD;
    newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
    switch(inBits){
//設定資料位
    case 7:
        newtio.c_cflag |= CS7;
        break;
    case 8:
        newtio.c_cflag |= CS8;
        break;
    }
//設定奇偶校驗位
    switch(inEvent){
    case 'O':
        newtio.c_cflag |=PARENB;
        newtio.c_cflag |=PARODD;
        newtio.c_iflag |=(INPCK|ISTRIP);
        break;
    case 'E':
        newtio.c_iflag |=(INPCK|ISTRIP);
        newtio.c_cflag |=PARENB;
        newtio.c_cflag &=~PARODD;
        break;
    case 'N':
        newtio.c_cflag &=~PARENB;
        break;
    }
//設定波特率
    cfsetispeed(&newtio, getBaudrate(inSpeed));
    cfsetospeed(&newtio, getBaudrate(inSpeed));
//停止位設定
    if(inStop==1){
        newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
    }else if(inStop==2){
        newtio.c_cflag |= CSTOPB;
    }
//阻塞讀取位元組設定：每讀取到inReadLen個位元組後read函式返回，或者是在接收到不夠inReadLen位元組時，等待時長超過inTimeout*100ms時函式返回
    newtio.c_cc[VTIME]  = inTimeout;
    newtio.c_cc[VMIN] 	= inReadLen;
    tcflush(mFd,TCIFLUSH);

    if((tcsetattr(mFd,TCSANOW,&newtio))!=0){
        perror("Set uart error");
        return -1;
    }

    printf("Set uart done\n");
    return 0;
}
int UART::mflush(void)
{
    return tcflush(mFd,TCIFLUSH);
}
/********************************************************************************************************
【函式名】UART::write
【功  能】往串列埠裝置傳送資料
【參  數】pcnBuf ：資料緩衝區
         inLen	：資料緩衝區長度
【返回值】返回0表示寫入成功；否則表示寫入失敗
********************************************************************************************************/
int UART::mwrite(char *pcnBuf, int inLen)
{
    int nw;
    nw = write(mFd, pcnBuf, inLen) ;
    if (nw == inLen)
    {
        return 0;
    }else
    {
        printf("Error write inLen = %d,nw = %d\n",inLen,nw);
        return -1;
    }return -1;
}

/********************************************************************************************************
【函式名】UART::read
【功  能】往串列埠裝置讀取資料
【參  數】pcnBuf ：資料緩衝區
         inLen  ：資料緩衝區長度
【返回值】返回0表示讀取成功；否則讀取失敗
********************************************************************************************************/
int UART::mread(char *pcnBuf, int inLen)
{
    int nr;
    nr = read(mFd, pcnBuf, inLen);
    tcflush(mFd,TCIFLUSH);
    if (nr > inLen)
    {
        return 0;
    }else
    {
        printf("Error read inLen = %d,nw = %d\n",inLen,nr);
        return -1;
    }return -1;
}

/********************************************************************************************************
【函式名】UART::mselect
【功  能】以select機制等待資料
【參  數】inTimeoutMs ：等待時長
【返回值】0:表示等待超時,-1:執行select失敗,>0:資料可讀
********************************************************************************************************/
int UART::mselect(int inTimeoutMs)
{
    int retval;
    FD_ZERO(&mRd);
    FD_SET(mFd,&mRd);
    mTimeout.tv_sec = inTimeoutMs/1000;
    mTimeout.tv_usec = (inTimeoutMs%1000)*1000;

    retval = select(mFd+1, &mRd, NULL, NULL, &mTimeout);
    return (retval);
}

測試程式：main.cpp

#include "uart.h"
#include <unistd.h>
//迴環測試
int main(void)
{
		int retval;
		UART *mCom = new LGT_UART("/dev/ttymxc1");
		char str[] = "This is a example project"
		char recBuf[50];
	
		mCom->cfg(115200,8,'N',1,50,1);
    while(1)
    {
        retval = mCom->mwrite(str,strlen(str));
        if (retval == 0)
        {
            retval = mCom->mselect(1000);
            if (retval > 0)
            {
                retval = mCom->mread(recBuf,50);
                if (retval == 0)
                {
                    printf("Rec Str = %s\n",recBuf);
                }else
                {
                    qDebug()<<"Read error:"<<retval;
                }
            }else
            {
                qDebug()<<"Select nothings:"<<retval;
            }
        }else
        {
            qDebug()<<"Write error:"<<retval;
        }
        usleep(1000*1000);
    }
}

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