來源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應用  作者：中山大學 徐柳茂 蔣念東 黃永強

摘要 闡述uClinux串口編程的基本方法；簡要介紹操作系統(tǒng)的幾種I/O模型，特別對基于select的I/O復用模型在監(jiān)聽多個設(shè)備時的適用性進行較詳細的分析；比較多個串口下使用輪詢方法和使用select機制處理的差別；結(jié)合GPSOne與GPS雙定位導航系統(tǒng)的實例，給出雙串口定位信息接收的軟件實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞 GPSGPSOneselectI/O復用串口

GPS是當前在導航系統(tǒng)中應用最廣泛的定位技術(shù)之一,但GPS也有其自身的不足。例如，當GPS終端在建筑密集的地方或在高架橋底下等惡劣的地理位置時，定位信號比較容易丟失，往往難以獲取有效的定位信息。由美國高通公司開發(fā)的GPSOne定位模塊，提供的定位信號是基于網(wǎng)絡與蜂窩的定位技術(shù)。即使在衛(wèi)星信號不好的情況下，只要存在聯(lián)通的網(wǎng)絡信號，利用蜂窩定位技術(shù)，就可以較容易地獲得定位信號。此信號可作為GPS信號丟失情況下的一種補償信號。

GPSOne是傳統(tǒng)GPS定位技術(shù)與CDMA網(wǎng)絡技術(shù)巧妙結(jié)合的混合型定位技術(shù)，即GPSOne=AGPS+AFLT+CellID。它是第一種可以在室內(nèi)穩(wěn)定工作的基于GPS技術(shù)的解決方案，是唯一商用的GPS定位解決方案，同時也是目前世界上最經(jīng)濟有效的集成型無線GPS解決方案。利用GPSOne能夠彌補GPS自身不足的這一特點，本導航系統(tǒng)的定位信息獲取模塊采用GPS和GPSOne雙定位方案，以實現(xiàn)更精確、可靠的定位。該定位信息獲取模塊的硬件架構(gòu)是ARM+GPS+GPSOne；CPU采用Philips公司LP系列的LPC2210的ARM7芯片，操作系統(tǒng)采用uClinux。本系統(tǒng)獲取定位信息的關(guān)鍵，在于編寫好串口通信程序，從而更好地實時接收和處理當前的位置信息。由于系統(tǒng)功能較為復雜，需要實現(xiàn)GUI界面交互、定位、報警、數(shù)據(jù)庫查詢、語音提示等多項功能，故對串口數(shù)據(jù)的接收，利用I/O復用機制進行處理更利于系統(tǒng)實現(xiàn)和管理。

1  uClinux串口編程操作方法

在Linux中，設(shè)備分為3類：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡設(shè)備。uClinux用設(shè)備文件表示大部分I/O設(shè)備。文件系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的接口來訪問一般意義上的文件和設(shè)備文件。

系統(tǒng)串口COM1與COM2，分別對應uClinux系統(tǒng)的/dev/ttyS0、/dev/ttyS1兩個串口設(shè)備文件。串口屬于字符型設(shè)備，對串口的編程也就是對相應文件進行讀/寫、控制等操作。串口編程的基本步驟是：先打開串口，設(shè)置串口屬性，然后進行收發(fā)數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉串口。

（1）  打開串口

通過使用標準的文件打開函數(shù)open，達到訪問串口設(shè)備驅(qū)動的目的。例如，以讀寫的方式打開串口1，可用下面的方法實現(xiàn)：

fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR);

（2）  設(shè)置串口屬性

主要是設(shè)定結(jié)構(gòu)體termios各成員的值�；�本設(shè)置包括：波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位、輸入和輸出模式等。一般在設(shè)置時，先獲取系統(tǒng)已有的串口屬性，并在它的基礎(chǔ)上進行修改。另外，設(shè)置時要用到系統(tǒng)預定義的宏。

（結(jié)合實例的說明略�！�—編者注）

（3）  收發(fā)數(shù)據(jù)

uClinux下串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通過使用文件操作中的read和write的方法來實現(xiàn)。例如：

write(fd, buffer ,Length);
read(fd, buffer ,Length);

（4）  關(guān)閉串口

關(guān)閉串口只須關(guān)閉已打開的串口文件描述符，如close(fd) ;

2  常用的幾種I/O模型

通常在操作I/O時，會用到下面幾種模型之一：阻塞型I/O、非阻塞型I/O和復用型I/O。下面以讀取串口數(shù)據(jù)為例，簡要說明它們的基本工作原理和特點。

2.1  阻塞型I/O

顧名思義，它以阻塞方式操作I/O，如圖1所示。若一個進程以阻塞方式調(diào)用read函數(shù)讀取串口數(shù)據(jù)，則該進程會一直睡眠在read系統(tǒng)調(diào)用上。此時系統(tǒng)內(nèi)核會一直等待數(shù)據(jù)，直到串口有數(shù)據(jù)到達為止。當串口數(shù)據(jù)準備好后，內(nèi)核就把數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝至用戶空間；而當數(shù)據(jù)拷貝完成后，才喚醒串口讀取進程，通知它讀取數(shù)據(jù)報。

圖1  阻塞I/O模型

2.2  非阻塞I/O

圖2中，在非阻塞I/O模型下，I/O操作是即時完成的。當進程調(diào)用read函數(shù)時，設(shè)置了O_NONBLOCK標志，那么即使串口沒有數(shù)據(jù)可讀，read函數(shù)也會立即返回。此時其返回值為EAGAIN，表明串口數(shù)據(jù)未就緒。如果串口有數(shù)據(jù)可讀，則read函數(shù)會讀取該數(shù)據(jù)，并返回所讀數(shù)據(jù)的長度。通常輪詢I/O的方法就是采用這種模型來讀取串口數(shù)據(jù)的，此時進程必須通過反復調(diào)用來檢測是否有數(shù)據(jù)可讀。如果輪詢頻率過低，則容易丟失數(shù)據(jù)；輪詢頻率過高，則占用太多處理器的處理周期。

圖2  非阻塞I/O模型

2.3  I/O復用

上述兩種I/O模型，是最