Linux下ARM 和單片機(jī)的串口通信設(shè)計(jì)
摘要：介紹Linux環(huán)境下串口通信的設(shè)計(jì)方法和步驟，并介紹了ARM9微處理器s3c2440在Linux下和C8051Fxxx系列單片機(jī)進(jìn)行串行通信的設(shè)計(jì)方法，給出了硬件連接和通信程序流程圖。該方法可靠、實(shí)用，適用于大多數(shù)LinuxARM和單片機(jī)串口通信的場合。
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，可以使開發(fā)者集中精力開發(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3.3V電壓供電；C8051Fxxx系列單片機(jī)是美國CYGNAL公司推出的與8051兼容的高性能高速單片機(jī)，采用3.3V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.
2Linux下串口通信
2.1Linux下串口設(shè)備描述
s3c2440上移植了Linux2.6.32操作系統(tǒng)，加載了s3c2440的串口驅(qū)動(dòng)程序，通過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)備和文件都是通過文件描述符來操作的，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"。
2.2Linux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
STructtermios{
tcflag_tc_iflag;/*輸入標(biāo)志*/
tcflag_tc_oflag;/*輸出標(biāo)志*/
tcflag_tc_cflag/*控制標(biāo)志*/
tcflag_tc_lflag/*本地標(biāo)志*/
cc_tc_cc[NCCS];/*控制特性*/
};
Linux串口通信步驟可分為以下三步，操作流程如圖1所示。
圖1操作流程
第一步：打開串口
調(diào)用open（）函數(shù)打開串口設(shè)備文件，若出錯(cuò)則返回-1,成功則返回文件句柄。
#defineUART1/dev/ttySAC1
intfd;
fd=open（"UART1",O_RDWR）/*以可讀可寫方式打開串口設(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，最重要的是c_cflag,用戶通過對(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。
intset_attr（intfd）
{
structtermiosnewtio,oldtio;
tcgetattr（fd,&oldtio）;
cfsetispeed（&newtio,B9600）;/*設(shè)置讀波特率為9600*/
cfsetospeed（&newtio,B9600）;/*設(shè)置寫波特率為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，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。
voidrd_wr（）
{
write（fd,wbuf,10）;
usleep（500000）;/*延時(shí)50ms等待下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)*/
read（fd,rbuf,10）;
printf（"readstringis%sn",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。現(xiàn)約定雙方通信協(xié)議如下：
（1）波特率為9600bit/s,幀格式為1-8-N-1（1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(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，程序流程圖如圖2所示。
圖2程序流程圖
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11.0592MHz,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)。程序流程圖如圖3所示。[!--empirenews.page--]
Linux下的串口通信程序在PC機(jī)LinuxRHEL5下用arm-linux-gcc4.4.3交叉編譯工具編譯通過NFS掛載在s3c2440上運(yùn)行，單片機(jī)端的通信程序用Cygnal的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）編譯并下載到C8051F021中運(yùn)行。
圖3程序流程圖
4結(jié)束語
隨著近年來嵌入式Linux在國內(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度，以達(dá)到最佳的傳輸狀態(tài)。
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