基于Linux 下ARM 和單片機(jī)的串口通信設(shè)計(jì)

0 引言

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中由于單片機(jī)側(cè)重于控制，數(shù)據(jù)處理能力較弱，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理比較繁瑣，如果通過(guò)串口與上位機(jī)通信，利用上位機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和友好的控制界面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示則可以提高設(shè)計(jì)效率。串口通信以其簡(jiǎn)單的硬件連接，成熟的通信協(xié)議，成為上下位機(jī)之間通信的首選。移植了Linux 操作系統(tǒng)的s3c2440 可以在Linux 環(huán)境下操作串口，降低了串口操作的難度，可以使開(kāi)發(fā)者集中精力開(kāi)發(fā)大規(guī)模的應(yīng)用程序，而不必在操作底層設(shè)計(jì)上耗費(fèi)時(shí)間。

1 硬件連接

s3c2440 是三星公司生產(chǎn)的基于ARM9 核的處理器，采用3.3 V 電壓供電； C8051Fxxx 系列單片機(jī)是美國(guó)CYGNAL 公司推出的與8051 兼容的高性能高速單片機(jī)，采用3.3 V 電壓供電。兩者供電電壓相同，所以進(jìn)行串行口通信時(shí)不需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。硬件連接采用最常用的TXD,RXD,GND 三線連接方式。注意采用交叉連接方式，即TXDRXD,RXDTXD.

2 Linux 下串口通信

2.1 Linux 下串口設(shè)備描述

s3c2440 上移植了Linux 2.6.32 操作系統(tǒng)，加載了s3c2440 的串口驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)Linux 提供的串口操作函數(shù)和文件操作函數(shù)把對(duì)串口的操作等同于文件操作，降低了串口的操作難度，提高了效率。在程序中設(shè)備和文件都是通過(guò)文件描述符來(lái)操作的，文件描述符在Linux 內(nèi)核中是一個(gè)非負(fù)整數(shù)。Linux 設(shè)備文件都存放在“/dev”目錄下，串口也不例外，在/dev 中可以找到串口對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件，本文對(duì)應(yīng)的串口1 的設(shè)備文件路徑是“/dev /ttySAC1”.

2.2 Linux 下串口通信程序設(shè)計(jì)

串口通信需要設(shè)置一些參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位，輸入輸出方式等。這些參數(shù)都存在于Linux提供的termios 結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)是Linux 系統(tǒng)用于查詢和操作各個(gè)終端的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，定義在頭文件 ter-mios. h > 中，如下所示：

STruct termios{tcflag_t c_iflag; /* 輸入標(biāo)志* /tcflag_t c_oflag; /* 輸出標(biāo)志* /tcflag_t c_cflag /* 控制標(biāo)志* /tcflag_t c_lflag /* 本地標(biāo)志* /cc_t c_cc[NCCS]; /* 控制特性* /} ;Linux 串口通信步驟可分為以下三步

第一步： 打開(kāi)串口調(diào)用open（ ） 函數(shù)打開(kāi)串口設(shè)備文件，若出錯(cuò)則返回- 1,成功則返回文件句柄。

#define UART1 /dev /ttySAC1int fd;fd = open（ “UART1”,O_RDWR） /* 以可讀可寫(xiě)方式打開(kāi)串口設(shè)備* /第二步： 設(shè)置串口屬性函數(shù)tcsetattr 可以設(shè)置串口的結(jié)構(gòu)屬性，tcgetatt（ ） 可以得到串口的結(jié)構(gòu)屬性。在termios 結(jié)構(gòu)中，？ =s ?最重要的是c_cflag,用戶通過(guò)對(duì)其進(jìn)行賦值可以實(shí)現(xiàn)串口波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)位等參數(shù)的設(shè)置。c_cc 數(shù)組中的兩個(gè)變量VMIN 和VTIME 判斷是否返回輸入，c _cc[VTIME]設(shè)定字節(jié)輸入時(shí)間計(jì)時(shí)器，c _cc[VMIN]設(shè)定滿足讀取功能的最低接收字節(jié)數(shù)。這兩個(gè)變量的值要設(shè)定合理，才能保證串口的通信成功率。

int set_attr（ int fd）{struct termios newtio,oldtio;tcgetattr（ fd,oldtio） ;cfsetispeed（ newtio,B9600） ; /* 設(shè)置讀波特率為9600* /cfsetospeed（ newtio,B9600） ; /* 設(shè)置寫(xiě)波特率為9600* /memset（ newtio,0, sizeof（ newtio） ）；newtio. c_cflag = CS8 | CREAD; /* 設(shè)置數(shù)據(jù)位為8 位并且使能接收* /newtio. c_cflag = ~ PARENB; /* 不進(jìn)行奇偶校驗(yàn)* /newtio. c_cflag = ~ CSTOPB; /* 1 位停止位* /newtio. c_cc[VMIN]= 1; /* 當(dāng)接收到一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)就讀取* /newtio. c_cc[VTIME]= 0; /* 不使用計(jì)時(shí)器* /tcflush（ fd,TCIOFLUSH） ; /* 刷清輸入輸出緩沖區(qū)* /tcsetattr（ fd,TCSANOW,newtio） /* 使設(shè)置的終端屬性立即生效* /}

第三步： 串口讀寫(xiě)，串口關(guān)閉設(shè)置完通信參數(shù)后，就可以用標(biāo)準(zhǔn)的文件讀寫(xiě)命令read（ ） 和write（ ） 操作串口了。最后在退出之前，用close（ ） 函數(shù)關(guān)閉串口。

void rd_wr（ ）{write（ fd,wbuf,10） ;usleep（ 500000） ; /* 延時(shí)50 ms 等待下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)* /read（ fd, rbuf,10） ;printf（ “read string is %s ”, rbuf） ;}

3 通信程序設(shè)計(jì)

ARM 與單片機(jī)的串口通信程序包括兩方面： 一方面是作為上位機(jī)的ARM 的串口通信程序，另一方面是作為下位機(jī)的單片機(jī)的串口通信程序。在通信之前必須制定合理的通信協(xié)議以保證通信的可靠性和成功率?，F(xiàn)約定雙方通信協(xié)議如下：

（ 1） 波特率為9600 bit /s,幀格式為1 - 8 - N - 1（ 1 位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，1位停止位） ;（ 2） 由于上位機(jī)ARM 的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于下位機(jī)單片機(jī)的速度，所以采用上位機(jī)主動(dòng)聯(lián)絡(luò)，下位機(jī)等待的方式。在數(shù)據(jù)傳送前ARM 先發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號(hào)/0xaa,單片機(jī)收到后回答一個(gè)/0xbb,表示可以發(fā)送，否則繼續(xù)聯(lián)絡(luò)；（ 3） 單片機(jī)端可以有中斷和查詢方式收發(fā)串口數(shù)據(jù)。本文采用中斷方式；（ 4） ARM 處理器s3c2440 采用UART1 和單片機(jī)通信，UART0 則作為s3c2440 終端控制臺(tái)。

3.1 上位機(jī)ARM 的通信程序設(shè)計(jì)

由于s3c2440 移植了定制和裁剪后的Linux2.6.32內(nèi)核的操作系統(tǒng)，對(duì)串口的操作采用上述的Linux 下串口操作方法。

3.2 下位機(jī)單片機(jī)的通信程序設(shè)計(jì)

選用C8051F021 的定時(shí)器T1 作為波特率發(fā)生器，晶振采用11.0592 MHz,定時(shí)器工作在方式2,計(jì)數(shù)初值為0xfd,串口工作在串行方式1（ 1 - 8 - N - 1） ,采用中斷方式收發(fā)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著近年來(lái)嵌入式Linux 在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用范圍日益壯大，基于ARM 平臺(tái)的嵌入式Linux 設(shè)備也將會(huì)越來(lái)越多地用在數(shù)據(jù)采集中作為上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、發(fā)送。本文所介紹方案適用于大多數(shù)場(chǎng)合Linux 下ARM 和單片機(jī)的串口通信設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員只需根據(jù)自己的實(shí)際需要修改或重新制定通信協(xié)議即可。另外需要注意的是由于上位機(jī)ARM 的速度比單片機(jī)快很多，所以一次不能發(fā)送過(guò)多的數(shù)據(jù)，否則極有可能使發(fā)送緩沖區(qū)溢出而出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)人員要根據(jù)通信雙方設(shè)備的狀況選擇合適的幀長(zhǎng)度，以達(dá)到最佳的傳輸狀態(tài)。