随着信息技术的飞速发展，嵌入式系统在各个领域得到了广泛的应用。在嵌入式系统中，串口通信是不可或缺的一种通信方式。Linux作为嵌入式系统开发的主流操作系统，其串口通信功能也得到了充分的支持。本文将围绕Linux下的串口通信，从源码层面进行解析，并结合实际应用进行实践。

一、Linux串口通信概述

Linux串口通信主要依赖于系统的设备文件进行操作。每个串口设备在Linux系统中都有一个对应的设备文件，通常位于/dev/目录下。例如，串口设备/dev/ttyS0对应于第一个串口设备。

在Linux系统中，串口通信主要涉及以下几个组件：

1.串口设备文件：如/dev/ttyS0、/dev/ttyUSB0等。

2.系统调用：如open、read、write、close等。

3.网络接口：如netlink、sysfs等。

4.驱动程序：如serial.c、serial.h等。

二、Linux串口通信源码解析

1.串口设备文件

在Linux系统中，串口设备文件通常由内核模块创建。以串口设备文件/dev/ttyS0为例，其创建过程如下：

`

include <linux/cdev.h>

include <linux/fs.h>

include <linux/tty.h>

include <linux/serial_core.h>

static struct cdev ttyS0cdev; static struct class* ttyS0class = NULL;

static int ttyS0_open(struct inode inode, struct file file) { // 打开串口设备 }

static int ttyS0_release(struct inode inode, struct file file) { // 关闭串口设备 }

static struct fileoperations ttyS0fops = { .open = ttyS0open, .release = ttyS0release, };

static int __init ttyS0init(void) { // 创建串口设备文件 int result = allocchrdevregion(&ttyS0cdev->dev, 0, 1, "ttyS0"); if (result < 0) return result;

cdev_init(&ttyS0_cdev, &ttyS0_fops);
result = cdev_add(&ttyS0_cdev, ttyS0_cdev->dev, 1);
if (result < 0)
    return result;
ttyS0_class = class_create(THIS_MODULE, "ttyS0");
if (IS_ERR(ttyS0_class))
    return PTR_ERR(ttyS0_class);
device_create(ttyS0_class, NULL, ttyS0_cdev->dev, NULL, "ttyS0");
return 0;

}

static void __exit ttyS0exit(void) { // 删除串口设备文件 devicedestroy(ttyS0class, ttyS0cdev->dev); classdestroy(ttyS0class); cdevdel(&ttyS0cdev); unregisterchrdevregion(ttyS0_cdev->dev, 1); }

moduleinit(ttyS0init); moduleexit(ttyS0exit);

MODULELICENSE("GPL"); MODULEAUTHOR("Author Name"); MODULE_DESCRIPTION("Linux ttyS0 device driver"); `

2.系统调用

系统调用是用户空间程序与内核空间进行交互的桥梁。在Linux系统中，串口通信主要依赖以下系统调用：

• open：打开串口设备。

• read：从串口设备读取数据。

• write：向串口设备写入数据。

• close：关闭串口设备。

3.网络接口

网络接口主要用于串口设备的配置和管理。在Linux系统中，串口设备的配置主要通过以下网络接口实现：

• netlink：用于串口设备的状态查询和配置。

• sysfs：用于串口设备的文件系统访问。

4.驱动程序

驱动程序负责实现串口设备的硬件操作。在Linux系统中，串口设备的驱动程序通常位于内核源码的 drivers/tty/serial/ 目录下。以下是一个简单的串口驱动程序示例：

`

include <linux/module.h>

include <linux/kernel.h>

include <linux/serial_core.h>

static struct uartdriver ttydriver = { .name = "ttyexample", .flags = UARTFLAGNOCHANGE, .owner = THISMODULE, .init = ttyexampleinit, .exit = ttyexampleexit, .open = ttyexampleopen, .close = ttyexampleclose, .start = ttyexamplestart, .stop = ttyexamplestop, .write = ttyexamplewrite, .poll = ttyexamplepoll, .config = ttyexample_config, };

static int __init ttyexampleinit(void) { uartregisterdriver(&tty_driver); return 0; }

static void __exit ttyexampleexit(void) { uartunregisterdriver(&tty_driver); }

static int ttyexampleopen(struct tty_struct *tty) { // 打开串口设备 return 0; }

static void ttyexampleclose(struct tty_struct *tty) { // 关闭串口设备 }

static void ttyexamplestart(struct tty_port port, struct tty_struct tty) { // 启动串口设备 }

static void ttyexamplestop(struct tty_port port, struct tty_struct tty) { // 停止串口设备 }

static ssizet ttyexamplewrite(struct ttyport port, struct tty_struct tty, const unsigned char *buf, size_t count) { // 写入串口设备 return count; }

static int ttyexamplepoll(struct tty_port port, struct tty_struct tty, struct file file, poll_table pt) { // 读取串口设备 return 0; }

static int ttyexampleconfig(struct tty_port port, struct ktermios old, struct ktermios *new) { // 配置串口设备 return 0; }

moduleinit(ttyexampleinit); moduleexit(ttyexampleexit);

MODULELICENSE("GPL"); MODULEAUTHOR("Author Name"); MODULEDESCRIPTION("Linux ttyexample device driver"); `

三、Linux串口通信实践

下面是一个简单的Linux串口通信示例，用于发送和接收数据：

1.创建串口设备文件

在Linux系统中，首先需要创建一个串口设备文件。可以使用以下命令创建：

mknod /dev/ttyUSB0 c 188 0

2.编写串口通信程序

以下是一个简单的串口通信程序，用于发送和接收数据：

`

include <stdio.h>

include <stdlib.h>

include <fcntl.h>

include <errno.h>

include <termios.h>

include <unistd.h>

define SERIAL_PORT "/dev/ttyUSB0"

define BAUD_RATE B9600

int main(int argc, char *argv[]) { int serialport = open(SERIALPORT, ORDWR); if (serialport < 0) { perror("Error opening serial port"); return 1; }

struct termios options;
tcgetattr(serial_port, &options);
cfsetispeed(&options, BAUD_RATE);
cfsetospeed(&options, BAUD_RATE);
options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
options.c_cflag &= ~PARENB;
options.c_cflag &= ~CSTOPB;
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS8;
options.c_cflag |= CREAD | CLOCAL;
options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
options.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);
options.c_oflag &= ~OPOST;
tcsetattr(serial_port, TCSANOW, &options);
char buffer[1024];
int bytes_read;
// 发送数据
write(serial_port, "Hello, serial port!\n", 20);
// 接收数据
bytes_read = read(serial_port, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (bytes_read > 0) {
    buffer[bytes_read] = '\0';
    printf("Received: %s\n", buffer);
}
close(serial_port);
return 0;

} `

编译并运行该程序，即可实现Linux串口通信的发送和接收功能。

总结

本文从Linux串口通信的源码层面进行了详细解析，包括串口设备文件、系统调用、网络接口和驱动程序等。通过实际应用示例，展示了如何在Linux下进行串口通信。希望本文能帮助读者更好地理解和掌握Linux串口通信技术。