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)Linux ARM 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(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 中可以找到串口對應(yīng)的設(shè)備文件，本文對應(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終端的一個標(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，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，若出錯則返回- 1，成功則返回文件句柄。

　　#define UART1 /dev /ttySAC1

　　int fd;

　　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)輸入時間計(jì)時器，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)接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)就讀取* /

　　newtio. c_cc［VTIME］= 0; /* 不使用計(jì)時器* /

　　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。

　　void rd_wr（ ）

　　{

　　write（ fd，wbuf，10） ;

　　usleep（ 500000） ; /* 延時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/0xaa，單片機(jī)收到后回答一個/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。

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

　　Linux 下的串口通信程序在PC 機(jī)Linux RHEL5下用arm - linux - gcc 4.4.3 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 平臺的嵌入式Linux 設(shè)備也將會越來越多地用在數(shù)據(jù)采集中作為上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲、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)。