嵌入式Linux应用程序开发-（4）i.MX6UL RS232串口通信程序

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i.MX6UL RS232串口通信程序
目标：了解i.MX6UL如何使用串口进行数据通信。
功能：使用串口进行自定义的数据收发，并把收发数据实时在显示屏上显示，实现一个嵌入式上运行的，简单的串口调试助手。

RS232是工业控制上用得比较多的一种通信方式，TQ-i.MX6UL底板引出了8个串口（含命令调试口），各个串口的硬件电路图，请查看官方开发资料。
以下是各个串口的描述：
UART1：调试串口，Debug口，三线（RX, TX, GND），RS232电平。
UART2：与RS485复用，默认RS485通信，用作串口时，4线（5V, TXD, RXD, GND）TTL电平。
UART3：无复用，可选3线（RX, TX, GND）RS232电平或4线（5V, TXD, RXD, GND）TTL电平。
UART4：无复用，可选3线（RX, TX, GND）RS232电平或4线（5V, TXD, RXD, GND）TTL电平。
UART5：无复用，可选3线（RX, TX, GND）RS232电平或4线（5V, TXD, RXD, GND）TTL电平。
UART6：无复用，仅支持4线（5V, TXD, RXD, GND）TTL电平。
UART7：与网口2复用，默认为网口2，用作串口时，4线（5V, TXD, RXD, GND）TTL电平。
UART8：与网口2复用，默认为网口2，用作串口时，4线（5V, TXD, RXD, GND）TTL电平。
由此可见，TQ-i.MX6UL某些串口与其他外设接口进行了复用设计，除了调试串口（UART1）外，其他所有串口均支持TTL电平输出（需要更改某些电阻）。
我们选择无复用功能的RS232串口（UART3, UART4, UART5）进行实验。

软件开发篇：
由于 i.MX6UL开发板运行的是QT4.8，不支持QT自带的串口类库，QT5以上才支持自带串口类。
因此，开发QT5以下的串口应用时，需要借助第三方的串口类，可以通过以下的链接下载：https://sourceforge.net/projects/qextserialport/files/
最新的版本为：qextserialport-1.2win-alpha.zip
在Linux下进行串口应用开发，需要用到以下6个文件：

如果在Windows下只需将posix_qextserialport.cpp/posix_qextserialport.h 换为 win_qextserialport.cpp/win_qextserialport.h即可。

1、先用Qt Creator构建一个工程，命名为：004_uart_test，关于如何构建工程，请参考嵌入式Linux应用程序开发-（1）第一个嵌入式QT应用程序

2、双击打开“widget.ui”文件，构建界面，构建后的界面如下图所示：

界面描述：
PORT：指定需要打开的串口，目前提供 ttySAC1 - ttySAC5。表示UART2 - UART6
BAUDRATE：提供 2400/4800/9600/19200/38400/115200 这几种波特率。
【程序默认8位数据位，1位停止位，无校验位，无流控的设置方式（可通过代码修改）。】
OPEN：设置好串口的工作参数后，点击“OPEN”打开串口。
TX_CLEAR按钮和RX_CLEAR按钮：清空接收和发送的显示区域。
send_data按钮：点击一次，则通过串口发送一次固定数据。

3、为了方便配置和操作串口读写，我们可以把串口相关的操作（配置，读/写串口缓冲区）封装成一个类：Uart_Test，这个类包含了打开和关闭串口的方法，读/写串口缓冲区的方法，类的具体内容如下图所示。

1. class Uart_Test : public QWidget
   
2. {
   
3.     Q_OBJECT
   
4. 
   
5. public:
   
6.     Uart_Test();
   
7.     ~Uart_Test();
   
8. 
   
9.     bool open_serial_port(QString port,QString baud);
   
10.     bool close_serial_port(void);
    
11.     void write_serial_port(char *p_data,int len);
    
12.     void write_serial_port(QByteArray arr);
    
13. 
    
14. signals:
    
15.     void read_serial_signals(QByteArray arr);
    
16. 
    
17. private slots:
    
18.     void slot_read_serial_port();
    
19. 
    
20. private:
    
21.     QString port_name;
    
22.     BaudRateType baudrate;
    
23.     QTimer *recv_timeout_timer;
    
24.     Posix_QextSerialPort *serial_port;
    
25.     QByteArray recv_data;
    
26.     BaudRateType get_baudrate(QString baudrate);
    
27.     unsigned int serial_port_recv_len;
    
28. };
    

复制代码

4、串口类中的bool open_serial_port(QString port,QString baud)，具体实现如下：

1. bool Uart_Test::open_serial_port(QString port,QString baud)
   
2. {
   
3.     this->port_name = QString("/dev/")+port;
   
4.     this->baudrate = get_baudrate(baud);
   
5. 
   
6.     //以查询的方式打开串口
   
7.     serial_port = new Posix_QextSerialPort(port_name,QextSerialBase::Polling);
   
8. 
   
9.     if(serial_port->open(QIODevice::ReadWrite))
   
10.     {
    
11.         serial_port->setBaudRate(baudrate);
    
12.         serial_port->setDataBits(DATA_8);
    
13.         serial_port->setParity(PAR_NONE);
    
14.         serial_port->setStopBits(STOP_1);
    
15.         serial_port->setFlowControl(FLOW_OFF);
    
16.         serial_port->setTimeout(1);
    
17. 
    
18.         recv_timeout_timer = new QTimer();
    
19.         //设置100ms的定时器，以查询的方式去读取串口数据
    
20.         connect( recv_timeout_timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(slot_read_serial_port()));
    
21.         recv_timeout_timer->start(100);
    
22.         return true;
    
23.     }
    
24. 
    
25.     return false;
    
26. }
    

复制代码

重点：由于第三方的串口类库qextserialport在Linux环境下，不支持以事件方式（EventDriven）去读取串口数据（windows下则同时支持EventDriven和Polling）。
所以，Linux环境下，串口需要配置为Polling的工作方式，并且开启一个周期定时器，去读取串口数据。
（最新的QT5版本添加了串口的操作类QSerialPort，支持事件触发。但目前TQ-i.MX6UL仅支持QT4.8，后续待开发板的QT版本更新后，会同步更新串口通信程序。）

5、串口数据读写函数void slot_read_serial_port() 和 void write_serial_port(QByteArray arr)的具体实现如下所示：

1. void Uart_Test::write_serial_port(QByteArray arr)
   
2. {
   
3.     if(serial_port->isOpen())
   
4.     {
   
5.         serial_port->write(arr);
   
6.     }
   
7. }
   
8. 
   
9. void Uart_Test::slot_read_serial_port()
   
10. {
    
11.     if(serial_port->bytesAvailable() > 0)
    
12.     {
    
13.         recv_data.clear();
    
14.         recv_data = serial_port->readAll(); //读取串口缓冲区的所有数据
    
15. 
    
16.         emit read_serial_signals(recv_data); //发送信号，这个信号会在Widget类的构造函数中，与数据处理函数绑定
    
17.     }
    
18. }
    

复制代码

重点：由于串口数据是通过定时器查询的方式读取，并且一次性读取所有数据。因此，每次串口有数据到达，可能会出现数据粘包或分包的情况。
对于此类情况，建议使用自定义报文的方式，定义数据报文的帧头和帧尾，并使用环形队列处理方式。每次保证接收到完整的数据报文后，再进行数据处理。实验中为了简化工程量，所以并没有采用以上方式。

6、在Widget类的构造函数中，我们定义一个Uart_Test的类对象uart_test。并且通过connect函数把对象uart_test里面的信号void read_serial_signals(QByteArray arr) 与串口数据处理的槽函数void slot_serialport_data_process(QByteArray arr)进行绑定。当串口有数据到达时，可以通过该槽函数进行处理。

1. Widget::Widget(QWidget *parent) :
   
2.     QWidget(parent),
   
3.     ui(new Ui::Widget)
   
4. {
   
5.     ui->setupUi(this);
   
6. 
   
7.     ui->pushButton_open_uart->setCheckable(false);
   
8. 
   
9.     uart_test = new Uart_Test(); //构建一个uart_test对象
   
10. 
    
11.     connect(uart_test, SIGNAL(read_serial_signals(QByteArray)), this, SLOT(slot_serialport_data_process(QByteArray)));   //绑定串口数据处理的槽函数
    
12. }
    

复制代码

7、在槽函数void slot_serialport_data_process(QByteArray arr)里，我们把串口接收的数据显示出来，当然，也可以处理其他事务。

1. void Widget::slot_serialport_data_process(QByteArray arr)
   
2. {
   
3.     char data_out[1024];
   
4. 
   
5.     memset(data_out,0x00,sizeof(data_out));
   
6.     byte_to_str(arr.data(),data_out,arr.length());
   
7. 
   
8.     display_uart_rx_data(QString(data_out));
   
9. }
   

复制代码

8、点击send_data按钮，则通过串口发送固定数据，send_data按钮的具体实现如下所示：

1. void Widget::on_pushButton_send_data_clicked()
   
2. {
   
3.     uart_test->write_serial_port((char*)"helloworld\n",sizeof("helloworld\n"));
   
4. 
   
5.     display_uart_tx_data(QString("helloworld"));
   
6. }
   

复制代码

9、所有代码编写完成，下载到TQ-i.MX6UL，运行应用程序，可以看到如下效果。我们使用UART3（ttySAC2）与电脑进行串口数据收发，其他串口操作类似。


点击这里，下载工程源码

nade

为啥一开始就说应用，不说启动原理，uboot，内核啥的，求推荐学习路线

广轻电气091

nade 发表于 2019-4-8 10:20
为啥一开始就说应用，不说启动原理，uboot，内核啥的，求推荐学习路线

其实，如果真正想学习嵌入式，驱动、应用、系统，三者都需要学习，但是，因为Linux系统实在太庞大和太复杂，如果一开始就学习内核里面的情景分析，分析u-boot源码，如何引导kernel，加载文件系统，相信很多初学者都会望而却步。我比较喜欢从应用 -> 驱动的路线进行学习，先弄懂如何用，再深入学习为什么这样用。当然了，学习方法因人而异，也有些同学喜欢研究kernel源码。

广轻电气091

nade 发表于 2019-4-8 10:20
为啥一开始就说应用，不说启动原理，uboot，内核啥的，求推荐学习路线

如果你需要内核驱动的学习路线，推荐：点击这里

广轻电气091

本章节pdf下载：

wt19891114

我觉得很有道理，熟悉应用后做几个小项目，有时间和精力后再慢慢深入研究底层。

广轻电气091

wt19891114 发表于 2019-4-9 14:00
我觉得很有道理，熟悉应用后做几个小项目，有时间和精力后再慢慢深入研究底层。 ...

嗯嗯，每个人都有自己的学习方法，驱动与应用都同等重要，需要不停地学习

kinsno

鼓掌，我为楼主鼓掌贺彩，我想楼主的这套资料，应该就是我的敲门砖了。。
楼主是天嵌开发板的官方吗？
楼主，在文章开头的索引，非常好。。
感谢感谢。

广轻电气091

kinsno 发表于 2019-4-9 14:59
鼓掌，我为楼主鼓掌贺彩，我想楼主的这套资料，应该就是我的敲门砖了。。
楼主是天嵌开发板的官方吗？
楼主 ...

感谢您的支持，如果需要Linux开发板学习，可以联系我，一起学习，一起进步

kinsno

广轻电气091 发表于 2019-4-9 15:19
感谢您的支持，如果需要Linux开发板学习，可以联系我，一起学习，一起进步 ...

等你这个连载完了，我把所有PDF下载下来，合个集。。然后。。再寻摸着弄一块最小核心板耍耍吧。。

广轻电气091

kinsno 发表于 2019-4-9 15:33
等你这个连载完了，我把所有PDF下载下来，合个集。。然后。。再寻摸着弄一块最小核心板耍耍吧。。

...

哈哈，不知道会更新到什么程度，我也是边学习边总结。

honami520

不错。其实学linux就应该从应用开始。
直接搞驱动得大部分都放弃掉了。

kinsno

honami520 发表于 2019-4-9 16:23
不错。其实学linux就应该从应用开始。
直接搞驱动得大部分都放弃掉了。

话又说回来，LINUX是加分项，虽然不涨工资啊，老铁。。。

广轻电气091

honami520 发表于 2019-4-9 16:23
不错。其实学linux就应该从应用开始。
直接搞驱动得大部分都放弃掉了。

感谢支持。其实每个人的学习方法都不一样。应用程序接近用户业务，比较多样化。Linux驱动在固有的框架内开发，可能有些人会觉得枯燥

广轻电气091

kinsno 发表于 2019-4-9 17:00
话又说回来，LINUX是加分项，虽然不涨工资啊，老铁。。。

工资水平跟行业有关，但如果基本功练好的话，相信不会过得太差

浮华一生

nade 发表于 2019-4-8 10:20
为啥一开始就说应用，不说启动原理，uboot，内核啥的，求推荐学习路线

如果一来就学这些 很容易放弃啊  哈哈

广轻电气091

浮华一生 发表于 2019-4-9 17:35
如果一来就学这些 很容易放弃啊  哈哈

从入门到放弃的最快途径

hmsfeng

是应该从应用入手，才知道系统的运行机制，才对后面驱动开发有更深理解。不了解应用就搞驱动，做出来的驱动也不一定是最适合应用的。

广轻电气091

hmsfeng 发表于 2019-4-28 17:48
是应该从应用入手，才知道系统的运行机制，才对后面驱动开发有更深理解。不了解应用就搞驱动，做出来的驱动 ...

每个人都有适合自己的学习方法啦，我选择从应用 -> 驱动的路线，先学会用，再了解为什么这样用。Linux里面集合了全世界最优秀的思想和智慧，很值得学习

穿越时空

楼主挺厉害的啊!

广轻电气091

穿越时空 发表于 2019-4-29 10:20
楼主挺厉害的啊!

菜鸟一名，在众多大神面前不敢造次

xlht

楼主威武！

广轻电气091

xlht 发表于 2019-4-29 12:44
楼主威武！

感谢关注，谢谢支持！

广轻电气091

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