Linux下ARM 和單片機的串口通信設計

摘要：介紹Linux環(huán)境下串口通信的設計方法和步驟，并介紹了ARM9微處理器s3c2440在Linux下和C8051Fxxx系列單片機進行串行通信的設計方法，給出了硬件連接和通信程序流程圖。該方法可靠、實用，適用于大多數(shù)LinuxARM和單片機串口通信的場合。

0引言

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中由于單片機側重于控制，數(shù)據(jù)處理能力較弱，對采集的數(shù)據(jù)進行運算處理比較繁瑣，如果通過串口與上位機通信，利用上位機強大的數(shù)據(jù)處理能力和友好的控制界面對數(shù)據(jù)進行處理和顯示則可以提高設計效率。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)模的應用程序，而不必在操作底層設計上耗費時間。

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系列單片機是美國CYGNAL公司推出的與8051兼容的高性能高速單片機，采用3.3V電壓供電。兩者供電電壓相同，所以進行串行口通信時不需要進行電平轉換。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TXDRXD,RXDTXD.

2Linux下串口通信

2.1Linux下串口設備描述

s3c2440上移植了Linux2.6.32操作系統(tǒng)，加載了s3c2440的串口驅動程序，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)核中是一個非負整數(shù)。Linux設備文件都存放在/dev目錄下，串口也不例外，在/dev中可以找到串口對應的設備文件，本文對應的串口1的設備文件路徑是/dev/ttySAC1。

2.2Linux下串口通信程序設計

串口通信需要設置一些參數(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結構中，該結構是Linux系統(tǒng)用于查詢和操作各個終端的一個標準接口，定義在頭文件中，如下所示：

STructtermios{

tcflag_tc_iflag;/*輸入標志*/

tcflag_tc_oflag;/*輸出標志*/

tcflag_tc_cflag/*控制標志*/

tcflag_tc_lflag/*本地標志*/

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)打開串口設備文件，若出錯則返回-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備*/

第二步：設置串口屬性

函數(shù)tcsetattr（）可以設置串口的結構屬性，tcgetatt（）可以得到串口的結構屬性。在termios結構中，最重要的是c_cflag,用戶通過對其進行賦值可以實現(xiàn)串口波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗位等參數(shù)的設置。c_cc數(shù)組中的兩個變量VMIN和VTIME判斷是否返回輸入，c_cc[VTIME]設定字節(jié)輸入時間計時器，c_cc[VMIN]設定滿足讀取功能的最低接收字節(jié)數(shù)。這兩個變量的值要設定合理，才能保證串口的通信成功率。

intset_attr（intfd）

{

structtermiosnewtio,oldtio;

tcgetattr（fd,oldtio）;

cfsetispeed（newtio,B9600）;/*設置讀波特率為9600*/

cfsetospeed（newtio,B9600）;/*設置寫波特率為9600*/

memset（newtio,0

,sizeof（newtio））

;

newtio.c_cflag=CS8|CREAD;/*設置數(shù)據(jù)位為8位并且使能接收*/

newtio.c_cflag=~PARENB;/*不進行奇偶校驗*/

newtio.c_cflag=~CSTOPB;/*1位停止位*/

newtio.c_cc[VMIN]=1;/*當接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)就讀取*/

newtio.c_cc[VTIME]=0;/*不使用計時器*/

tcflush（fd,TCIOFLUSH）;/*刷清輸入輸出緩沖區(qū)*/

tcsetattr（fd,TCSANOW,newtio）/*使設置的終端屬性立即生效*/

}

第三步：串口讀寫，串口關閉

設置完通信參數(shù)后，就可以用標準的文件讀寫命令read（）和write（）操作串口了。最后在退出之前，用close（）函數(shù)關閉串口。

voidrd_wr（）

{

write（fd,wbuf,10）;

usleep（500000）;/*延時50ms等待下位機發(fā)送數(shù)據(jù)*/

read（fd,rbuf,10）;

printf（readstringis%sn,rbuf）;

}

3通信程序設計

ARM與單片機的串口通信程序包括兩方面：一方面是作為上位機的ARM的串口通信程序，另一方面是作為下位機的單片機的串口通信程序。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，1位停止位）;（2）由于上位機ARM的速度遠遠高于下位機單片機的速度，所以采用上位機主動聯(lián)絡，下位機等待的方式。在數(shù)據(jù)傳送前ARM先發(fā)送聯(lián)絡信號/0xaa,單片機收到后回答一個/0xbb,表示可以發(fā)送，否則繼續(xù)聯(lián)絡；（3）單片機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和單片機通信，UART0則作為s3c2440終端控制臺。

3.1上位機ARM的通信程序設計

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下位機單片機的通信程序設計

選用C8051F021的定時器T1作為波特率發(fā)生器，晶振采用11.0592MHz,定時器工作在方式2,計數(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。