UART/TTL/RS232学习总结

发表于 2018-03-17 更新于 2025-03-21 分类于嵌入式系统和IOT 本文字数： 3.8k 阅读时长 ≈ 6 分钟

关于RS232与TTL间的转换

特别注意的是:UART是将计算机的并行信号转换成串行信号的硬件设备，不要简单理解为协议

关于Linux终端①

Linux在为用户提供对终端设备简洁的读写接口之外，还提供了一组编程接口来对终端进行更精细的控制。下面是用户能够控制的主要功能：

行编辑：是否允许使用退格键来编辑。

缓存：是立即读取字符，还是等待一段可配置的延迟之后再读取它们。

回显：允许控制字符的回显，例如读取密码时。

回车/换行（CR/LF）：定义如何在输入/输出时映射回车/换行符，比如打印\n字符时应该如何处理。

线速：这种功能很少用于PC控制台，但对调制解调器或通过串行线连接的终端就很重要。

标准模式：所有的操作都基于行进行处理，在一个输入行完成前（通常是用户按下回车键之前），终端接口负责管理所有的键盘输入，包括退格键（Backspace）和删除键（Del），应用程序读不到用户的任何输入。这样做是有益的，因为允许用户来纠正输入中的错误直到满意为止。

termios结构

可以分为以下几个模式：输入模式，输出模式，控制模式，本地模式，特殊控制字符模式。

函数接口原型：②

#include <termios.h>
struct termios{
    tcflag_t c_iflag;
    tcflag_t c_oflag;
    tcflag_t c_cflag;
    tcflag_t c_lflag;
    tcflag_t c_cc[NCCS];
};
int tcgetattr(int fd,struct termios* termios_p);
int tcsetattr(int fd, int ations,const struct trmios* termios_p);

参数action控制修改方式，共有三种修改方式：

TCSANOW：立即对值进行修改。

TCSADRAIN：等当前的值输出完成后再对值进行修改。

TCSAFLUSH：等当前的值输出完成后再对值进行修改，但丢弃还未从read调用返回的当前可用的任何输入。

特别注意，程序有责任将终端设置恢复到程序开始运行之前的状态，这一点是非常重要的。在kydevmonit的devicesManagerd中该如何做呢？

本地模式

通过设置termios中的c_lflag成员的标志来对本地模式进行设置。可用于c_lflag成员的宏如下：

ECHO：启用输入字符的本地回显功能。

ECHONL：回显新行符。

ICANON：启用标准输入处理，否则就启用非标准模式。

ISIG：启用信号。

NOFLUSH：禁止清空队列。

TOSTOP：在试图进行写操作之前给后台进程发送一个信号。

ECHOE/ECHOK/IEXTEN：略

输入模式

输入模式控制输入数据（终端驱动程序从串行口或键盘接收到的字符）在被传递给程序之前的处理方式。设置c_iflag。成员宏如下：

BRKINT：当在输入行中检测到一个终止状态（连接丢失）时，产生一个中断。

IGNBRK：忽略输入行中的终止状态。

ICRNL：将接收到的回车符转换为新行符。

INLCR：将接收到的新行符转换为回车符。

IGNCR：忽略接收到的回车符。

IGNPAP：忽略奇偶校验错误的字符。

INPCK：对接收到的字符进行奇偶校验。

ISTRIP：将所有接收到的字符裁剪为7bit。

IXOFF/IXON：关闭/打开软件流控。

输出模式

输出模式控制输出字符的处理方式，即由程序发送出去的字符在传递到串行口或屏幕之前是如何处理的。设置c_oflag。成员宏如下：

OPOST：打开输出处理功能。如果没有设置该标志，则所有其他标志则被忽略。

OCRNL：将输出的回车符转换为新行符。

ONLCR：将输出到的新行符转换为回车符。

ONLRET：不输出回车符。

其他略

控制模式

控制模式控制终端的硬件特性。你通过设置c_cflag成员的标志来对控制模式进行配置。成员宏如下：

CLOCAL：忽略所有调试解调器的状态行。

CREAD：启用字符接收器。

CS5：发送或接收时使用5bit。

CS6：发送或接收时使用6bit。

CS7：发送或接收时使用7bit。

CS8：发送或接收时使用8bit。

CSTOP：每个字符使用两个停止位而不是一个。

CSIZE：对数据的bit位使用掩码。注意，在设置CS数据位时要先屏蔽其他位。c_cflag &= ~CSIZE;

HUPCL：关闭时挂断调制解调器。

PARENB：启用就校验码的生成和检测功能。

PARODD：使用奇校验而不是偶检验。

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c_flag &= ~PARENB; // 无校验
c_flag |=（PARODD | PARENB）;//奇校验
c_falg &= ~PARENB;c_falg &= ~PARODD;//偶校验

特殊控制字符

这里只说明TIME与MIN值。用于是作为c_cc数组的index：

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int TIME,MIN;
c_cc[VTIME] = TIME;
c_cc[VMIN] =MIN;

TIME与MIN只能用于非标准模式（禁用ICANON标志），两者结合起来共同控制对输入的读取。

两者的结合分为如下四种情况：

MIN=0和TIME=0：在这种情况下，read调用总是立即返回，如果有等待处理的字符，它们就会被返回；如果没有字符等待处理，read调用返回0，并且不读取任何字符。

MIN=0和TIME>1：这种情况下，只要有字符可以处理或者是经过TIME个0.1秒的时间间隔，read调用会返回。如果因为超时而未读到任何字符，read返回0，否则read返回读取的字符数目。

MIN>0和TIME=0：这种情况下，read调用会一直等待，直到有MIN个字符可以读取时才返回，返回值是读取的字符数量，但文件尾时返回0。

MIN>0和TIME>0：这种情况下，当read被调用时，它会等待接收一个字符。在接收到第一个字符及后续的每个字符后，一个字符间隔定时器被启动。当有MIN个字符可读或者两个字符的时间间隔超过TIME个0.1秒时，read调用返回。这个功能可用于区分是单独按下了Escape键还是按下了以Escape键开始的功能组合键。但要注意的是，网络通信或处理器的高负载使得类似这样的定时器失去作用。

通过设置非标准模式与使用MIN和TIME值，程序可以逐个字符地处理输入

终端速度

设置终端速度直接作用于termios结构，因此要设置新的终端速度，你必须使用tcgetattr获取当前配置，最后使用tcsetattr写回。只有写回后，终端速度才会改变。

speed_t cfgetispeed(const struct termios*);
speed_t cfgetospeed(const struct termios*);
int cfsetispeed(struct termios*,speed_t speed);
intccfsetospeed(struct termios*,speed_t speed);

speed的值可设置如下：

B0：挂起终端。

B9600：9600波特率。

B115200：115200波特率。

其他波特率包括B1200，B2400，B19200，B38400等。

其他函数

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int tcdrain(int fd); //让调用程序一直等待，直到所有排队的输出都已发送完毕。
int tcflow(int fd, int flowtype);//用于暂停或重新开始输出。
int tcflush(int fd,int in_out_selector);//用于清空输入、输出或者两者都输出。

使用shell命令stty -F <DEVICE> -a可以查看某个设备当前的termios值。

虚拟控制台

Linux提供一组终端设备来共享PC电脑的屏幕、键盘和鼠标。虚拟控制台通过字符设备文件/dev/ttyN来使用。

使用命令who或者ps -e你可以查看目前登录进系统的用户，以及在这个虚拟控制台上运行的shell和执行的程序。

Linux系统通常会在前6个虚拟台上运行一个getty进程，这样用户既可用同一个屏幕、键盘和鼠标在6个不同的虚拟控制台上登录。

伪终端

PTY与pts

参考资料

① Linux程序设计：第4版/（英）马修（Mattew,N.），（英）斯通斯（Stones,R.）著；陈健，宋健健译.——北京：人民邮电出版社,2010.6

② manpage for tcgetattr/tcsetattr