Linux轮训串口：高效数据通信的基石
在现代嵌入式系统开发中，串口通信（Serial Communication）仍然扮演着至关重要的角色
从调试信息输出到设备间数据传输，串口通信无处不在
而在Linux操作系统环境下，通过轮训（Polling）方式管理串口通信，不仅可以确保数据的实时性和可靠性，还能充分利用系统资源，实现高效的数据传输
本文将深入探讨Linux轮训串口的技术细节、优势、实现方法以及实际应用中的注意事项，帮助开发者更好地掌握这一关键技术
一、Linux串口通信基础
串口通信，即串行通信，是一种将数据一位一位按顺序传送的通信方式
它使用两条信号线（发送线TX和接收线RX）进行全双工通信，数据传输速率相对较低，但连线简单，成本低廉，非常适合于低速、远距离的通信场景
Linux操作系统提供了丰富的串口编程接口，主要通过termios结构体和tcgetattr/tcsetattr等函数配置串口参数（如波特率、数据位、停止位、校验位等）
此外，Linux还支持通过设备文件（如/dev/ttyS0、/dev/ttyUSB0等）访问串口硬件，使得串口通信编程与文件操作类似，极大简化了开发过程
二、轮训串口机制解析
轮训（Polling），又称轮询，是一种非阻塞的查询机制，通过不断检查某个条件或状态是否满足，来决定是否执行相应的操作
在串口通信中，轮训机制通常用于检查串口是否有数据可读或可写，从而控制数据的读取和发送过程
2.1 轮训串口的优势
1.实时性高：轮训机制能够立即响应串口状态的变化，无需等待中断或信号，适合对时间敏感的应用场景
2.资源利用率高：在多线程或多任务系统中，通过合理的轮训策略，可以有效避免线程切换和上下文切换带来的开销，提高CPU利用率
3.简单易用：相较于中断驱动和信号驱动，轮训方式代码逻辑更加直观，易于理解和维护
2.2 轮训串口的实现步骤
1.打开串口设备：使用open函数打开指定的串口设备文件，获取文件描述符
2.配置串口参数：通过termios结构体和tcgetattr/tcsetattr函数配置串口参数，包括波特率、数据位、停止位、校验位等
3.轮训检测：使用select、poll或epoll等机制轮训串口设备文件描述符，检测是否有数据可读或可写
-select：适用于传统的文件描述符集合轮询，简单但效率较低
-poll：与select类似，但提供了更灵活的文件描述符集合管理
-epoll：专为大规模文件描述符监控设计，性能优于select和poll，是Linux下高效的网络I/O处理方式之一，同样适用于串口通信
4.读写数据：根据轮训结果，使用read和write函数进行数据的读取和发送
5.关闭串口设备：完成通信后，使用close函数关闭串口设备文件描述符，释放资源
三、Linux轮训串口的具体实现
以下是一个基于select机制的简单Linux轮训串口通信示例代码：
include
include
include
include
include
include
include
include
int set_serial_attributes(int fd, int speed) {
struct termios tty;
memset(&tty, 0, sizeof tty);
if(tcgetattr(fd, &tty) != 0) {
perror(tcgetattr);
return -1;
}
cfsetospeed(&tty,speed);
cfsetispeed(&tty,speed);
tty.c_cflag= (tty.c_cflag & ~CSIZE) | CS8; // 8-bit chars
tty.c_iflag &= ~IGNBRK; // disable break processing
tty.c_lflag = 0; // no signaling chars, no echo,
// no canonical processing
tty.c_oflag = 0; // no remapping, no delays
tty.c_cc【VMIN】 = 1; // read doesnt block
tty.c_cc【VTIME】 = 5; // 0.5 seconds read timeout
tty.c_iflag &=~(IXON | IXOFF | IXANY); // shut off xon/xoff ctrl
tty.c_cflag|= (CLOCAL | CREAD); // ignore modem controls,
// enable reading
tty.c_cflag&= ~(PARENB | PARODD); // shut off parity
tty.c_cflag |= 0;
tty.c_cflag &= ~CSTOPB;
tty.c_cflag &= ~CRTSCTS;
if(tcsetattr(fd, TCSANOW, &tty) != 0) {
perror(tcsetattr);
return -1;
}
return 0;
}
int main() {
constchar portname = /dev/ttyS0;
int fd =open(portname, O_RDWR | O_NOCTTY | O_SYNC);
if(fd < {
perror(open);
return 1;
}
if(set_serial_attributes(fd, B9600) < 0) {
close(fd);
return 1;
}
fd_set readfds;
struct timeval tv;
int retval;
charbuf【256】;
while(1) {
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(fd, &readfds);
tv.tv_sec = 1; // timeout in seconds
tv.tv_usec = 0; // timeout in microseconds
retval = select(fd + 1, &readfds, NULL, NULL, &tv);
if(retval == -{
perror(select());
close(fd);
return 1;
} else if(retval) {
if(FD_ISSET(fd, &readfds)) {
int n =read(fd, buf, sizeof buf);
if(n > {
buf【n】 = 0;
printf(Received: %s
, buf);
} else if(n
