六. Linux串口应用编程
参考资料：
Serial Programming Guide for POSIX Operating Systems：https://digilander.libero.it/robang/rubrica/serial.htm#CONTENTS
Linux串口编程：https://www.cnblogs.com/feisky/archive/2010/05/21/1740893.html
Linux串口—struct termios结构体：https://blog.csdn.net/yemingzhu163/article/details/5897156
这个是转载，排版更好看: https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/9675253.html
本节课程源码在GIT仓库里：
01_all_series_quickstart\04_嵌入式Linux应用开发基础知识\source\14_UART\ 01_app_send_recv 02_gps
1. 串口API
在Linux系统中，操作设备的统一接口就是：open/ioctl/read/write。
对于UART，又在ioctl之上封装了很多函数，主要是用来设置行规程。
所以对于UART，编程的套路就是：
open
设置行规程，比如波特率、数据位、停止位、检验位、RAW模式、一有数据就返回
read/write
怎么设置行规程？行规程的参数用结构体termios来表示，可以参考Linux串口—struct termios结构体：https://blog.csdn.net/yemingzhu163/article/details/5897156
这些函数在名称上有一些惯例：
tc：terminal contorl cf: control flag
下面列出一些函数：
函数不多，主要是需要设置好termios中的参数，这些参数很复杂，可以参考Linux串口—structtermios结构体。
2. 串口收发实验
本实验用过把串口的发送、接收引脚短接，实现自发自收：使用write函数发出字符，使用read函数读
取字符。
2.1 接线
2.1.1 IMX6ULL
2.2 编程
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <errno.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <termios.h> #include <stdlib.h> /* set_opt(fd,115200,8,'N',1) */ int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop) { struct termios newtio,oldtio; if ( tcgetattr( fd,&oldtio) != 0) { perror("SetupSerial 1"); return -1; } bzero( &newtio, sizeof( newtio ) ); newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD; newtio.c_cflag &= ~CSIZE; newtio.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); /*Input*/ newtio.c_oflag &= ~OPOST; /*Output*/ switch( nBits ) { case 7: newtio.c_cflag |= CS7; break; case 8: newtio.c_cflag |= CS8; break; } switch( nEvent ) { case 'O': newtio.c_cflag |= PARENB; newtio.c_cflag |= PARODD; newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP); break; case 'E': newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP); newtio.c_cflag |= PARENB; newtio.c_cflag &= ~PARODD; break; case 'N': newtio.c_cflag &= ~PARENB; break; } switch( nSpeed ) { case 2400: cfsetispeed(&newtio, B2400); cfsetospeed(&newtio, B2400); break; case 4800: cfsetispeed(&newtio, B4800); cfsetospeed(&newtio, B4800); break; case 9600: cfsetispeed(&newtio, B9600); cfsetospeed(&newtio, B9600); break; case 115200: cfsetispeed(&newtio, B115200); cfsetospeed(&newtio, B115200); break; default: cfsetispeed(&newtio, B9600); cfsetospeed(&newtio, B9600); break; } if( nStop == 1 ) newtio.c_cflag &= ~CSTOPB; else if ( nStop == 2 ) newtio.c_cflag |= CSTOPB; newtio.c_cc[VMIN] = 1; /* 读数据时的最小字节数: 没读到这些数据我就不返回! */ newtio.c_cc[VTIME] = 0; /* 等待第1个数据的时间: * 比如VMIN设为10表示至少读到10个数据才返回, * 但是没有数据总不能一直等吧? 可以设置VTIME(单位是10秒) * 假设VTIME=1，表示: * 10秒内一个数据都没有的话就返回 * 如果10秒内至少读到了1个字节，那就继续等待，完全读到VMIN个数据再返回 */ tcflush(fd,TCIFLUSH); if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0) { perror("com set error"); return -1; } //printf("set done!\n"); return 0; } int open_port(char *com) { int fd; //fd = open(com, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY); fd = open(com, O_RDWR|O_NOCTTY); if (-1 == fd){ return(-1); } if(fcntl(fd, F_SETFL, 0)<0) /* 设置串口为阻塞状态*/ { printf("fcntl failed!\n"); return -1; } return fd; } /* * ./serial_send_recv <dev> */ int main(int argc, char **argv) { int fd; int iRet; char c; /* 1. open */ /* 2. setup * 115200,8N1 * RAW mode * return data immediately */ /* 3. write and read */ if (argc != 2) { printf("Usage: \n"); printf("%s </dev/ttySAC1 or other>\n", argv[0]); return -1; } fd = open_port(argv[1]); if (fd < 0) { printf("open %s err!\n", argv[1]); return -1; } iRet = set_opt(fd, 115200, 8, 'N', 1); if (iRet) { printf("set port err!\n"); return -1; } printf("Enter a char: "); while (1) { scanf("%c", &c); iRet = write(fd, &c, 1); iRet = read(fd, &c, 1); if (iRet == 1) printf("get: %02x %c\n", c, c); else printf("can not get data\n"); } return 0; }
2.3 上机实验
2.3.1 IMX6ULL
先设置工具链：
export ARCH=arm export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihfexport PATH=$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linuxgnueabihf_sdk-buildroot/bin
编译、执行程序:
1. Ubuntu上 arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o serial_send_recv serial_send_recv.c 2. 板子上 /mnt/serial_send_recv /dev/ttymxc5
3. GPS模块实验
3.1 GPS简介
全球定位系统(Global Positioning System，GPS)是一种以空中卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统，它在全球任何地方以及近地空间都能够提供准确的地理位置、车行速度及精确的时间信息。GPS主要由三大组成部分：空间部分、地面监控部分和用户设备部分。GPS系统具有高精度、全天候、用广泛等特点。
太空卫星部分由多颗卫星组成，分成多个轨道，绕行地球一周约12小时。每个卫星均持续发射载有卫星轨道数据及时间的无线电波，提供地球上的各种接收机来应用。
地面管制部分，这是为了追踪及控制太空卫星运行所设置的地面管制站，主要工作为负责修正与维护每个卫星能够正常运转的各项参数数据，以确保每个卫星都能够提供正确的讯息给使用者接收机来接收
使用者接收机（即用户设备），追踪所有的GPS卫星，并实时的计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间。我们日常接触到的是用户设备部分，这里使用到的GPS模块即为用户设备接收机部分。
3.2 GPS模块硬件
GPS模块与外部控制器的通讯接口有多种方式，这里我们使用串口进行通讯，波特率为9600bps,1bit停止位，无校验位，无流控，默认每秒输出一次标准格式数据。
GPS模块外观如下图所示，通过排线与控制器进行供电和通讯。该模块为集成模块，没有相关原理图。
3.3 GPS模块数据格式
GPS使用多种标准数据格式，目前最通用的GNSS格式是NMEA0183格式。NMEA0183是最终定位格式，即将二进制定位格式转为统一标准定位格式，与卫星类型无关。这是一套定义接收机输出的标准信息，有几种不同的格式，每种都是独立相关的ASCII格式，逗点隔开数据流，数据流长度从30-100字符不等，通常以每秒间隔持续输出。
NVMEA0183格式主要针对民用定位导航，与专业RTCM2.3/3.0和CMR+的GNSS数据格式不同。通过NMEA0183格式，可以实现GNSS接收机与PC或PDA之间的数据交换，可以通过USB和COM口等通用数据接口进行数据传输，其兼容性高，数据传输稳定。这里我们使用串口进行是通讯，通信框图如下图所示。
我们使用串口接收数据，收到的数据包含：
$GPGGA（GPS定位数据）、 $GPGLL（地理定位信息）、 $GPGSA（当前卫星信息）、 $GPGSV（可见卫星状态信息）、 $GPRMC（推荐最小定位信息）、 $GPVTG（地面速度信息）。
这里我们只分析$GPGGA (Global Positioning System Fix Data)即可，它包含了GPS定位经纬度、质量
因子、HDOP、高程、参考站号等字段。其标准格式如下：
$GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，M，<10>，M，<11>，<12>*hh
$XXGGA语句各字段的含义和取值范围各字段的含义和取值范围见下表所示，XX取值有：
GPGGA：单GPS BDGGA：单北斗 GLGGA：单GLONASS GNGGA：多星联合定位
例子：
$GPGGA，074529.82，2429.6717，N，11804.6973，E，1，8，1.098，42.110，，，M，，*76。
3.4 编程
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <errno.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <termios.h> #include <stdlib.h> /* set_opt(fd,115200,8,'N',1) */ int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop) { struct termios newtio,oldtio; if ( tcgetattr( fd,&oldtio) != 0) { perror("SetupSerial 1"); return -1; } bzero( &newtio, sizeof( newtio ) ); newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD; newtio.c_cflag &= ~CSIZE; newtio.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); /*Input*/ newtio.c_oflag &= ~OPOST; /*Output*/ switch( nBits ) { case 7: newtio.c_cflag |= CS7; break; case 8: newtio.c_cflag |= CS8; break; } switch( nEvent ) { case 'O': newtio.c_cflag |= PARENB; newtio.c_cflag |= PARODD; newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP); break; case 'E': newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP); newtio.c_cflag |= PARENB; newtio.c_cflag &= ~PARODD; break; case 'N': newtio.c_cflag &= ~PARENB; break; } switch( nSpeed ) { case 2400: cfsetispeed(&newtio, B2400); cfsetospeed(&newtio, B2400); break; case 4800: cfsetispeed(&newtio, B4800); cfsetospeed(&newtio, B4800); break; case 9600: cfsetispeed(&newtio, B9600); cfsetospeed(&newtio, B9600); break; case 115200: cfsetispeed(&newtio, B115200); cfsetospeed(&newtio, B115200); break; default: cfsetispeed(&newtio, B9600); cfsetospeed(&newtio, B9600); break; } if( nStop == 1 ) newtio.c_cflag &= ~CSTOPB; else if ( nStop == 2 ) newtio.c_cflag |= CSTOPB; newtio.c_cc[VMIN] = 1; /* 读数据时的最小字节数: 没读到这些数据我就不返回! */ newtio.c_cc[VTIME] = 0; /* 等待第1个数据的时间: * 比如VMIN设为10表示至少读到10个数据才返回, * 但是没有数据总不能一直等吧? 可以设置VTIME(单位是10秒) * 假设VTIME=1，表示: * 10秒内一个数据都没有的话就返回 * 如果10秒内至少读到了1个字节，那就继续等待，完全读到VMIN个数据再返回 */ tcflush(fd,TCIFLUSH); if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0) { perror("com set error"); return -1; } //printf("set done!\n"); return 0; } int open_port(char *com) { int fd; //fd = open(com, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY); fd = open(com, O_RDWR|O_NOCTTY); if (-1 == fd){ return(-1); } if(fcntl(fd, F_SETFL, 0)<0) /* 设置串口为阻塞状态*/ { printf("fcntl failed!\n"); return -1; } return fd; } int read_gps_raw_data(int fd, char *buf) { int i = 0; int iRet; char c; int start = 0; while (1) { iRet = read(fd, &c, 1); if (iRet == 1) { if (c == '$') start = 1; if (start) { buf[i++] = c; } if (c == '\n' || c == '\r') return 0; } else { return -1; } } } /* eg. $GPGGA,082559.00,4005.22599,N,11632.58234,E,1,04,3.08,14.6,M,-5.6,M,,*76"<CR><LF> */ int parse_gps_raw_data(char *buf, char *time, char *lat, char *ns, char *lng, char *ew) { char tmp[10]; if (buf[0] != '$') return -1; else if (strncmp(buf+3, "GGA", 3) != 0) return -1; else if (strstr(buf, ",,,,,")) { printf("Place the GPS to open area\n"); return -1; } else { //printf("raw data: %s\n", buf); sscanf(buf, "%[^,],%[^,],%[^,],%[^,],%[^,],%[^,]", tmp, time, lat, ns, lng, ew); return 0; } } /* * ./serial_send_recv <dev> */ int main(int argc, char **argv) { int fd; int iRet; char c; char buf[1000]; char time[100]; char Lat[100]; char ns[100]; char Lng[100]; char ew[100]; float fLat, fLng; /* 1. open */ /* 2. setup * 115200,8N1 * RAW mode * return data immediately */ /* 3. write and read */ if (argc != 2) { printf("Usage: \n"); printf("%s </dev/ttySAC1 or other>\n", argv[0]); return -1; } fd = open_port(argv[1]); if (fd < 0) { printf("open %s err!\n", argv[1]); return -1; } iRet = set_opt(fd, 9600, 8, 'N', 1); if (iRet) { printf("set port err!\n"); return -1; } while (1) { /* eg. $GPGGA,082559.00,4005.22599,N,11632.58234,E,1,04,3.08,14.6,M,-5.6,M,,*76"<CR><LF>*/ /* read line 读函数*/ iRet = read_gps_raw_data(fd, buf); /* parse line 解析函数*/ if (iRet == 0) { iRet = parse_gps_raw_data(buf, time, Lat, ns, Lng, ew); } /* printf */ if (iRet == 0) { printf("Time : %s\n", time); printf("ns : %s\n", ns); printf("ew : %s\n", ew); printf("Lat : %s\n", Lat); printf("Lng : %s\n", Lng); /* 纬度格式: ddmm.mmmm */ sscanf(Lat+2, "%f", &fLat); fLat = fLat / 60; fLat += (Lat[0] - '0')*10 + (Lat[1] - '0'); /* 经度格式: dddmm.mmmm */ sscanf(Lng+3, "%f", &fLng); fLng = fLng / 60; fLng += (Lng[0] - '0')*100 + (Lng[1] - '0')*10 + (Lng[2] - '0'); printf("Lng,Lat: %.06f,%.06f\n", fLng, fLat); } } return 0; }
3.5 接线
3.5.1 IMX6ULL
3.6 上机实验
3.6.1 IMX6ULL
先设置工具链：
export ARCH=arm export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihfexport PATH=$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linuxgnueabihf_sdk-buildroot/bin
编译、执行程序:
1. Ubuntu上 arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o gps_read gps_read.c 2. 板子上 /mnt/gps_read /dev/ttymxc5
