linux uart编程

一、基础概念

UART（Universal Asynchronous Receiver - Transmitter）即通用异步收发传输器，是一种异步串行通信协议。在Linux系统中，UART用于设备之间的简单串行数据传输，例如与串口设备（如传感器、GPS模块等）进行通信。

二、优势

简单性
- 硬件实现相对简单，只需要少量的线路（通常为TXD - 发送数据线、RXD - 接收数据线、GND - 地线等基本线路）即可实现设备间的通信。

通用性
- 几乎所有的微控制器和一些简单的数字设备都支持UART接口，方便不同设备之间的连接。
灵活性
- 可以方便地调整波特率（数据传输速率）、数据位、停止位和奇偶校验位等参数来适应不同的通信需求。

三、类型（主要从波特率角度看）

低波特率
- 例如9600bps，常用于一些对速度要求不高但需要稳定通信的场景，如简单的传感器数据采集，像温度传感器可能以这个波特率发送数据。

高波特率
- 像115200bps甚至更高，可用于需要快速传输大量数据的场景，如一些高速数据采集设备或者设备之间的快速指令交互。

四、应用场景

嵌入式系统
- 在嵌入式设备中，用于与外部设备通信。例如，一个基于Linux的嵌入式摄像头模块可能通过UART与一个小型控制器通信，发送图像采集状态信息。

物联网设备
- 许多物联网传感器通过UART接口连接到网关设备，在网关设备中的Linux系统下进行数据处理和传输。比如空气质量传感器将监测数据以UART协议发送给网关。

五、常见问题及解决方法

数据传输错误
- 原因：
  - 波特率不匹配。如果发送端和接收端设置的波特率不同，会导致接收的数据乱码。
  - 硬件连接问题，如TXD和RXD线反接。
- 解决方法：
  - 确保发送端和接收端的波特率、数据位、停止位和奇偶校验位等参数设置一致。
  - 仔细检查硬件连接，使用示波器等工具查看信号是否正常传输。

无法打开串口设备
- 原因：
  - 权限不足。普通用户可能没有权限访问串口设备文件（如/dev/ttyS0等）。
  - 设备被占用。可能有其他进程已经打开了该串口设备。
- 解决方法：
  - 使用sudo命令提升权限来操作串口设备，或者将当前用户添加到相应的用户组（如dialout组）。
  - 使用lsof /dev/ttyS0（假设是这个串口设备）查看是否有其他进程占用，如果有，停止相关进程或者选择其他未被占用的串口设备。

以下是一个简单的Linux下使用C语言进行UART编程的示例（以读取串口数据为例）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>

int main() {
    int serial_port = open("/dev/ttyS0", O_RDWR);
    if (serial_port < 0) {
        printf("Error opening serial port\n");
        return -1;
    }

    struct termios tty;
    if (tcgetattr(serial_port, &tty)!= 0) {
        printf("Error from tcgetattr: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }

    cfsetispeed(&tty, B9600);
    cfsetospeed(&tty, B9600);

    tty.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
    tty.c_cflag &= ~PARENB;
    tty.c_cflag &= ~CSTOPB;
    tty.c_cflag &= ~CSIZE;
    tty.c_cflag |= CS8;

    if (tcsetattr(serial_port, TCSANOW, &tty)!= 0) {
        printf("Error from tcsetattr: %s\n", strerror(errno));
        return -1;
    }

    char read_buf[256];
    int n = read(serial_port, &read_buf, sizeof(read_buf));
    if (n < 0) {
        printf("Error reading from serial port\n");
    } else {
        printf("Received data: %s
", read_buf);
    }

    close(serial_port);
    return 0;
}

这个示例程序打开/dev/ttyS0串口设备，设置波特率为9600bps，8个数据位，无校验，1个停止位，然后读取串口数据并打印出来。