Linux串口编程详解：从基础到实践

本文主要探讨了Linux环境下的串口编程，包括串行I/O的基本概念、分类、物理接口标准以及如何编写串口通信程序。文章引用了《Serial Programming Guide for POSIX Operating Systems》作为参考资料，适合对嵌入式Linux感兴趣的读者。 在Linux系统中，串口编程是一个关键的领域，它允许设备之间通过串行通信接口进行数据交换。串行I/O的基本概念是指数据以逐位顺序的方式进行传送，通常使用较少的传输线，降低了成本但速度相对较慢。串行通信有三种主要类型：单工（数据单向传送），半双工（双向但非同时），以及全双工（双向同时）。 串行接口的软件协议涉及同步和异步通信。同步通信可以是面向字符、面向比特或面向字节计数的，而异步通信则常见于大多数应用中，它在数据帧前后添加起始和停止位，以确保接收端能正确解析数据。 RS-232C是串行接口的一个常见规范，用于规定电气特性、信号线功能和物理连接。它支持远距离通信时的MODEM连接，需要9根信号线，而近距连接仅需3根。为了使CPU与RS-232C兼容，需要进行电平转换，通常由接口中的TTL与EIA电平转换器完成。 编写串口通信程序时，串行I/O接口的主要任务包括数据格式化、串并转换、波特率控制、错误检测以及信号线的提供。其中，串行接口芯片如USAR（通用异步接收发送器）和UART（通用异步收发传输器）是硬件实现的关键，它们负责处理数据的串行化和并行化，以及控制数据传输速率和错误检测。 在Linux环境下，可以使用标准的系统调用如`open()`, `read()`, `write()`, `ioctl()`等来操作串口。`/dev/ttyS*`是串口设备文件，通过它们与串行设备交互。此外，`termios`结构体用于配置串口参数，如波特率、数据位、停止位、校验位等。 对于嵌入式Linux开发者来说，理解并掌握Linux串口编程是必要的，因为它广泛应用于嵌入式设备的调试、设备间的通信，甚至是建立简单的网络。通过理解和实践串口通信，开发者可以更好地控制硬件设备，实现更高效、可靠的系统集成。