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八,串口通信开发(二)Linux C++ epoll 串口通信编程

2026-09-02 16:21:21

本节课讲解Linux C++ 串口编程，其中还使用到前面讲解的高并发epoll编程技术。

前面章节中这个一破的时候，介绍epoll的时候，我们没有实际的硬件设备通信，使用了一个定时器作为消息出发器。这一节我们将结合串口硬件设备，使用串口消息到来这一事件来触发epoll中读取消息数据。

开发板上有两路RS485,我们把两路RS485连接起来进行通信。

连接方式：A对A，B对B

A <---> A

B <---> B

作为一名嵌入式软件开发工程师，查看硬件手册和原理图是必须要会的，在此我们来查阅开发板的原理图，确认串口引脚分配情况。原理图在我们的仓库中有提供。

在原理图中找到RS485章节

在原理图中我们可以确定以下信息：

1A/1B 接口对应 RS485-1，对应系统中的UART3

2A/2B 接口对应 RS485-2，对应系统中的UART1

但是，正点原子也有马虎的时候，原理图不准，在他的手册中发现了准确的硬件资源描述：

所以，开发板上两个RS485的硬件资源是：

1A/1B 接口对应 RS485-1，对应系统中的UART3

2A/2B 接口对应 RS485-2，对应系统中的UART9

在系统中对应的是：ttyAS3 和 ttyAS9

确认硬件信息后开始编程，本节课分前后两部分讲解，前面讲解不使用epoll实现串口编程，后半部分加上epoll。

无论用不用epoll，在Linux系统中对一个设备的编程步骤都是相似的。

在Linux系统中，串口编程一共需要5步：

步骤1：包含必要的头文件

步骤2：打开串口设备

步骤3：配置串口参数（使用termios结构体）

步骤4：读写数据

步骤5：关闭串口

（其他的网络/IIC/CAN等编程也都差不多，大概都是这几步）

参考前面C++练习的课程，我们创建一个C++项目。名字叫uart_ttyAS。

然后开始编程，借助AI帮我们编写部分代码，提示词：

在Linux系统中所用C++编程实现串口通信的步骤

整理代码

下面的代码使用ttyAS3 每2秒发送一句：Hello Serial Port ttyAS3 !

#include<iostream>#include<fcntl.h>#include<unistd.h>#include<termios.h>#include<cstring>#include<errno.h>#include<thread>#include<mutex>#include<chrono>#include<csignal>using namespace std;int fd;boolopenPort(constchar* portName = nullptr, int baudRate = 9600,int dataBits = 8, int stopBits = 1, char parity = 'N');boolconfigurePort(int baudRate, int dataBits, int stopBits, char parity);ssize_twriteData(constchar* data, size_t length);ssize_treadData(char* buffer, size_t maxLength);volatile sig_atomic_t stop_flag = 1;voidsignal_handler(int signum){    if (signum == SIGINT) {        std::cout << "\n收到 Ctrl+C，准备退出..." << std::endl;        stop_flag = -1;    }}intmain(){    cout << "Hello UART3 !" << endl;    struct sigaction sa;    sa.sa_handler = signal_handler;    sigemptyset(&sa.sa_mask);    sa.sa_flags = 0;    // 注册 SIGINT 处理函数    if (sigaction(SIGINT, &sa, nullptr) == -1) {        perror("sigaction");        return 1;    }    if(openPort ("/dev/ttyAS3",115200,8,1,'N'))    {        std::cout << "打开串口 OK " << endl;    }    else    {        std::cerr << "打开串口失败" << std::endl;        return -1;    }    while (stop_flag > 0) {        // 发送数据        const char* sendData = "Hello Serial Port ttyAS3 !\r\n";        ssize_t n = writeData(sendData, strlen(sendData));        cout<<"send: "<< sendData <<endl;        cout<<"n = "<< n <<endl;        cout<<"strlen(sendData) = "<< strlen(sendData) <<endl<<endl;        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(2000));    }    closePort();    return 0;}boolopenPort(constchar* portName, int baudRate,int dataBits, int stopBits, char parity){    fd = open(portName, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);    if (fd == -1) {        std::cerr << "无法打开串口: " << strerror(errno) << std::endl;        return false;    }    fcntl(fd, F_SETFL, 0);    if (!configurePort(baudRate, dataBits, stopBits, parity)) {        close(fd);        fd = -1;        return false;    }    return true;}boolconfigurePort(int baudRate, int dataBits, int stopBits, char parity){    struct termios options;    tcgetattr(fd, &options);    // 波特率    speed_t speed;    switch(baudRate) {    case 9600:        speed = B9600;        break;    case 19200:        speed = B19200;        break;    case 38400:        speed = B38400;        break;    case 57600:        speed = B57600;        break;    case 115200:        speed = B115200;        break;    default:        speed = B9600;        break;    }    cfsetispeed(&options, speed);    cfsetospeed(&options, speed);    // 基本配置    options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);    options.c_cflag &= ~CSIZE;    // 数据位    switch(dataBits) {    case 5: options.c_cflag |= CS5; break;    case 6: options.c_cflag |= CS6; break;    case 7: options.c_cflag |= CS7; break;    case 8: options.c_cflag |= CS8; break;    }    // 校验位    options.c_cflag &= ~PARENB;    options.c_cflag &= ~PARODD;    if (parity == 'O') {        options.c_cflag |= PARENB;        options.c_cflag |= PARODD;    } else if (parity == 'E') {        options.c_cflag |= PARENB;    }    // 停止位    if (stopBits == 2)        options.c_cflag |= CSTOPB;    else        options.c_cflag &= ~CSTOPB;    // 禁用流控    options.c_cflag &= ~CRTSCTS;    // 原始模式    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);    options.c_oflag &= ~OPOST;    // 超时设置    options.c_cc[VMIN] = 1;    options.c_cc[VTIME] = 10;    tcflush(fd, TCIFLUSH);    return tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) == 0;}ssize_twriteData(constchar* data, size_t length){    return write(fd, data, length);}ssize_treadData(char* buffer, size_t maxLength){    return read(fd, buffer, maxLength);}voidclosePort(){    if (fd != -1) {        close(fd);        fd = -1;    }}

编译后生成 uart_ttyAS，我们拷贝一根可执行文件，然后把它重命名 uart_ttyAS3

然后修改代码，把ttyAS3改成ttyAS9,把发送的地方改成接收。

#include<iostream>#include<fcntl.h>#include<unistd.h>#include<termios.h>#include<cstring>#include<errno.h>#include<thread>#include<chrono>#include<csignal>using namespace std;int fd;boolopenPort(constchar* portName = nullptr, int baudRate = 9600,int dataBits = 8, int stopBits = 1, char parity = 'N');boolconfigurePort(int baudRate, int dataBits, int stopBits, char parity);ssize_twriteData(constchar* data, size_t length);ssize_treadData(char* buffer, size_t maxLength);voidclosePort();volatile sig_atomic_t stop_flag = 1;voidsignal_handler(int signum){    if (signum == SIGINT) {        std::cout << "\n收到 Ctrl+C，准备退出..." << std::endl;        stop_flag = -1;    }}intmain(){    cout << "Hello UART3 !" << endl;    struct sigaction sa;    sa.sa_handler = signal_handler;    sigemptyset(&sa.sa_mask);    sa.sa_flags = 0;    // 注册 SIGINT 处理函数    if (sigaction(SIGINT, &sa, nullptr) == -1) {        perror("sigaction");        return 1;    }    if(openPort ("/dev/ttyAS9",115200,8,1,'N'))    {        std::cout << "打开串口 OK " << endl;    }    else    {        std::cerr << "打开串口失败" << std::endl;        return -1;    }    while (stop_flag > 0) {        // 发送数据        // const char* sendData = "Hello Serial Port ttyAS3 !\r\n";        // ssize_t n = writeData(sendData, strlen(sendData));        // cout<<"send: "<< sendData <<endl;        // cout<<"n = "<< n <<endl;        // cout<<"strlen(sendData) = "<< strlen(sendData) <<endl<<endl;        // 接收数据        char buffer[1024];        ssize_t bytesRead = readData(buffer, sizeof(buffer) - 1);        if (bytesRead > 0) {            buffer[bytesRead] = '\0';            std::cout << "bytesRead: " << bytesRead << std::endl;            std::cout << "收到数据: " << buffer << std::endl;        }        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));    }    // 关闭串口    closePort();    return 0;}boolopenPort(constchar* portName, int baudRate,int dataBits, int stopBits, char parity){    fd = open(portName, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);    if (fd == -1) {        std::cerr << "无法打开串口: " << strerror(errno) << std::endl;        return false;    }    fcntl(fd, F_SETFL, 0);    if (!configurePort(baudRate, dataBits, stopBits, parity)) {        close(fd);        fd = -1;        return false;    }    return true;}boolconfigurePort(int baudRate, int dataBits, int stopBits, char parity){    struct termios options;    tcgetattr(fd, &options);    // 波特率    speed_t speed;    switch(baudRate) {    case 9600:        speed = B9600;        break;    case 19200:        speed = B19200;        break;    case 38400:        speed = B38400;        break;    case 57600:        speed = B57600;        break;    case 115200:        speed = B115200;        break;    default:        speed = B9600;        break;    }    cfsetispeed(&options, speed);    cfsetospeed(&options, speed);    // 基本配置    options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);    options.c_cflag &= ~CSIZE;    // 数据位    switch(dataBits) {    case 5: options.c_cflag |= CS5; break;    case 6: options.c_cflag |= CS6; break;    case 7: options.c_cflag |= CS7; break;    case 8: options.c_cflag |= CS8; break;    }    // 校验位    options.c_cflag &= ~PARENB;    options.c_cflag &= ~PARODD;    if (parity == 'O') {        options.c_cflag |= PARENB;        options.c_cflag |= PARODD;    } else if (parity == 'E') {        options.c_cflag |= PARENB;    }    // 停止位    if (stopBits == 2)        options.c_cflag |= CSTOPB;    else        options.c_cflag &= ~CSTOPB;    // 禁用流控    options.c_cflag &= ~CRTSCTS;    // 原始模式    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);    options.c_oflag &= ~OPOST;    // 超时设置    options.c_cc[VMIN] = 1;    options.c_cc[VTIME] = 10;    tcflush(fd, TCIFLUSH);    return tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) == 0;}ssize_twriteData(constchar* data, size_t length){    return write(fd, data, length);}ssize_treadData(char* buffer, size_t maxLength){    return read(fd, buffer, maxLength);}voidclosePort(){    if (fd != -1) {        close(fd);        fd = -1;    }}

再次编译，然后重复上面重命名的过程，重命名文件名为 uart_ttyAS9。

然后通过SSH把 uart_ttyAS3 和 uart_ttyAS9 上传到开发板。

然后登录两个SSH:

然后分别运行 uart_ttyAS3 和 uart_ttyAS9

*如果是在教室的同学，可以尝试用RS485接口与旁边同学的进行连接，实现两个开发板通过RS485通信。

在嵌入式Linux通信设备开发中使用epoll是重点加分项。优点，

回顾我们讲解epoll的课程，那节课中我们使用timerfd模仿硬件event，下面我们将使用epoll监控串口fd消息。epoll只用于读取数据，所以我们基于ttyAS9读取的代码修改，拷贝一份上面的项目代码到 uart_ttyASepoll 文件夹中，并修改 cmakelists

然后修改main.cpp

#include<iostream>#include<fcntl.h>#include<unistd.h>#include<termios.h>#include<cstring>#include<errno.h>#include<thread>#include<chrono>#include<csignal>#include<sys/epoll.h>using namespace std;int ttyAS9fd;boolopenPort(constchar* portName = nullptr, int baudRate = 115200);ssize_twriteData(constchar* data, size_t length);ssize_treadData(char* buffer, size_t maxLength);voidclosePort();volatile sig_atomic_t stop_flag = 1;voidsignal_handler(int signum){    if (signum == SIGINT) {        std::cout << "\n收到 Ctrl+C，准备退出..." << std::endl;        stop_flag = -1;    }}intmain(){    cout << "Hello UART3 !" << endl;    struct sigaction sa;    sa.sa_handler = signal_handler;    sigemptyset(&sa.sa_mask);    sa.sa_flags = 0;    // 注册 SIGINT 处理函数    if (sigaction(SIGINT, &sa, nullptr) == -1) {        perror("sigaction");        return 1;    }    if(openPort ("/dev/ttyAS9",115200))    {        std::cout << "打开串口 OK " << endl;    }    else    {        std::cerr << "打开串口失败" << std::endl;        return -1;    }    // 3. 创建 epoll    int epfd = epoll_create1(0);    epoll_event ev{}, events[8];    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;    ev.data.fd = ttyAS9fd;    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, ttyAS9fd, &ev);    const int BUFFER_SIZE = 2048;    char buffer[BUFFER_SIZE];    ssize_t bytesRead;    while (stop_flag > 0) {        // 发送数据        // const char* sendData = "Hello Serial Port ttyAS3 !\r\n";        // ssize_t n = writeData(sendData, strlen(sendData));        // cout<<"send: "<< sendData <<endl;        // cout<<"n = "<< n <<endl;        // cout<<"strlen(sendData) = "<< strlen(sendData) <<endl<<endl;        // 接收数据        // char buffer[1024];        // ssize_t bytesRead = readData(buffer, sizeof(buffer) - 1);        // if (bytesRead > 0) {        //     buffer[bytesRead] = '\0';        //     std::cout << "bytesRead: " << bytesRead << std::endl;        //     std::cout << "收到数据: " << buffer << std::endl;        // }        int nfds = epoll_wait(epfd, events, 8, 1);        if (nfds < 0) {            if (errno == EINTR) continue;  // 被信号中断            std::cerr << "epoll_wait错误: " << strerror(errno) << std::endl;            break;        }        for (int i = 0; i < nfds; ++i) {            if (events[i].data.fd == ttyAS9fd) {                // 循环读取直到没有数据（边缘触发模式必须这样）                while ((bytesRead = read(ttyAS9fd, buffer, BUFFER_SIZE - 1)) > 0) {                    buffer[bytesRead] = '\0';                    std::cout << "收到 " << bytesRead << "字节数据 "<<endl;                    std::cout << "数据 " << buffer ;                }                std::cout <<endl<<endl;            }        }    }    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(50));    close(epfd);    // 关闭串口    closePort();    return 0;}boolopenPort(constchar* portName, int baudRate){    // 打开串口（非阻塞模式）    ttyAS9fd = open(portName, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);    if (ttyAS9fd < 0) {        std::cerr << "打开串口失败: " << strerror(errno) << std::endl;        return false;    }    // 配置串口参数    struct termios options;    tcgetattr(ttyAS9fd, &options);    // 设置波特率    speed_t speed;    switch(baudRate) {    case 9600:        speed = B9600;        break;    case 19200:        speed = B19200;        break;    case 38400:        speed = B38400;        break;    case 57600:        speed = B57600;        break;    case 115200:        speed = B115200;        break;    default:        speed = B115200;        break;    }    cfsetispeed(&options, speed);    cfsetospeed(&options, speed);    // 8N1配置    options.c_cflag &= ~PARENB;       // 无校验    options.c_cflag &= ~CSTOPB;       // 1个停止位    options.c_cflag &= ~CSIZE;        // 清除数据位设置    options.c_cflag |= CS8;           // 8位数据位    options.c_cflag |= CLOCAL | CREAD; // 本地连接，启用接收    options.c_cflag &= ~CRTSCTS;      // 禁用硬件流控    // 原始模式（非规范模式）    options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);    options.c_oflag &= ~OPOST;        // 原始输出    // 设置超时（非阻塞模式下这些设置影响read行为）    options.c_cc[VMIN] = 0;           // 非阻塞读取    options.c_cc[VTIME] = 0;          // 不等待    // 清空缓冲区并应用配置    tcflush(ttyAS9fd, TCIFLUSH);    if (tcsetattr(ttyAS9fd, TCSANOW, &options) != 0) {        std::cerr << "配置串口失败: " << strerror(errno) << std::endl;        close(ttyAS9fd);        ttyAS9fd = -1;        return false;    }    std::cout << "串口 " << portName << " 打开成功" << std::endl;    return true;}ssize_twriteData(constchar* data, size_t length){    return write(ttyAS9fd, data, length);}ssize_treadData(char* buffer, size_t maxLength){    return read(ttyAS9fd, buffer, maxLength);}voidclosePort(){    if (ttyAS9fd != -1) {        close(ttyAS9fd);        ttyAS9fd = -1;    }}

运行效果

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