06_Linux串口应用编程#
Linux串口应用编程#
参考资料
Linux串口编程：有参考代码
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这个是转载，排版更好看: https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/9675253.html
本节课程源码在GIT仓库里
doc_and_source_for_drivers\IMX6ULL\source\09_UART 01_app_send_recv 02_gps doc_and_source_for_drivers\STM32MP157\source\A7\09_UART 01_app_send_recv 02_gps
1. 串口API#
在Linux系统中，操作设备的统一接口就是：open/ioctl/read/write。
对于UART，又在ioctl之上封装了很多函数，主要是用来设置行规程。
所以对于UART，编程的套路就是：
open
设置行规程，比如波特率、数据位、停止位、检验位、RAW模式、一有数据就返回
read/write
怎么设置行规程？行规程的参数用结构体termios来表示，可以参考Linux串口—struct termios结构体
这些函数在名称上有一些惯例：
tc：terminal contorl
cf: control flag
下面列出一些函数：
函数名 |
作用 |
|---|---|
tcgetattr |
get terminal attributes，获得终端的属性 |
tcsetattr |
set terminal attributes，修改终端参数 |
tcflush |
清空终端未完成的输入/输出请求及数据 |
cfsetispeed |
sets the input baud rate，设置输入波特率 |
cfsetospeed |
sets the output baud rate，设置输出波特率 |
cfsetspeed |
同时设置输入、输出波特率 |
函数不多，主要是需要设置好termios中的参数，这些参数很复杂，可以参考Linux串口—struct termios结构体。
2. 串口收发实验#
本实验用过把串口的发送、接收引脚短接，实现自发自收：使用write函数发出字符，使用read函数读取字符。
2.1 接线#
2.1.1 IMX6ULL#
2.1.2 STM32MP157#
2.2 编程#
2.3 上机实验#
2.3.1 IMX6ULL#
先设置工具链：
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin
编译、执行程序:
1. Ubuntu上
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o serial_send_recv serial_send_recv.c
2. 板子上
/mnt/serial_send_recv /dev/ttymxc5
2.3.2 STM32MP157#
先设置工具链：
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin
编译、执行程序:
1. Ubuntu上
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o serial_send_recv serial_send_recv.c
2. 板子上
/mnt/serial_send_recv /dev/ttySTM3
3. GPS模块实验#
3.1 GPS简介#
全球定位系统(Global Positioning System，GPS)是一种以空中卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统，它在全球任何地方以及近地空间都能够提供准确的地理位置、车行速度及精确的时间信息。GPS主要由三大组成部分：空间部分、地面监控部分和用户设备部分。GPS系统具有高精度、全天候、用广泛等特点。
太空卫星部分由多颗卫星组成，分成多个轨道，绕行地球一周约12小时。每个卫星均持续发射载有卫星轨道数据及时间的无线电波，提供地球上的各种接收机来应用。
地面管制部分，这是为了追踪及控制太空卫星运行所设置的地面管制站，主要工作为负责修正与维护每个卫星能够正常运转的各项参数数据，以确保每个卫星都能够提供正确的讯息给使用者接收机来接收
使用者接收机（即用户设备），追踪所有的GPS卫星，并实时的计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间。我们日常接触到的是用户设备部分，这里使用到的GPS模块即为用户设备接收机部分。
3.2 GPS模块硬件#
GPS模块与外部控制器的通讯接口有多种方式，这里我们使用串口进行通讯，波特率为9600bps,1bit停止位，无校验位，无流控，默认每秒输出一次标准格式数据。
GPS模块外观如下图所示，通过排线与控制器进行供电和通讯。该模块为集成模块，没有相关原理图。
3.3 GPS模块数据格式#
GPS使用多种标准数据格式，目前最通用的GNSS格式是NMEA0183格式。NMEA0183是最终定位格式，即将二进制定位格式转为统一标准定位格式，与卫星类型无关。这是一套定义接收机输出的标准信息，有几种不同的格式，每种都是独立相关的ASCII格式，逗点隔开数据流，数据流长度从30-100字符不等，通常以每秒间隔持续输出。
NVMEA0183格式主要针对民用定位导航，与专业RTCM2.3/3.0和CMR+的GNSS数据格式不同。通过NMEA0183格式，可以实现GNSS接收机与PC或PDA之间的数据交换，可以通过USB和COM口等通用数据接口进行数据传输，其兼容性高，数据传输稳定。这里我们使用串口进行是通讯，通信框图如下图所示。
我们使用串口接收数据，收到的数据包含：$GPGGA（GPS定位数据）、$GPGLL（地理定位信息）、$GPGSA（当前卫星信息）、$GPGSV（可见卫星状态信息）、$GPRMC（推荐最小定位信息）、$GPVTG（地面速度信息）。
这里我们只分析$GPGGA (Global Positioning System Fix Data)即可，它包含了GPS定位经纬度、质量因子、HDOP、高程、参考站号等字段。其标准格式如下：
$GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，M，<10>，M，<11>，<12>*hh
$XXGGA语句各字段的含义和取值范围各字段的含义和取值范围见下表所示，XX取值有：
GPGGA：单GPS
BDGGA：单北斗
GLGGA：单GLONASS
GNGGA：多星联合定位
字段 |
含义 |
取值范围 |
|---|---|---|
<1> |
UTC时间hhmmss.ss |
000000.00~235959.99 |
<2> |
纬度，格式：ddmm.mmmm |
000.00000~8959.9999 |
<3> |
南北半球 |
N北纬 S南纬 |
<4> |
经度格式dddmm.mmmm |
00000.0000~17959.9999 |
<5> |
东西半球 |
E表示东经 W表示西经 |
<6> |
GPS状态 |
0=未定位 1=GPS单点定位固定解 2=差分定位 3=PPS解 4=RTK固定解 5=RTK浮点解 6=估计值 7=手工输入模式 8=模拟模式 |
<7> |
应用解算位置的卫星数 |
00~12 |
<8> |
HDOP 水平图形强度因子 |
0.500~99.000（大于6不可用) |
<9> |
海拔高度 |
-9999.9~99999.9 |
地球椭球面相对大地水准面的高度 （高程异常） |
-9999.9~99999.9 |
|
<11> |
差分时间 |
从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空 |
<12> |
参考站号 |
0000~1023；不使用DGPS时为空 |
例子：$GPGGA，074529.82，2429.6717，N，11804.6973，E，1，8，1.098，42.110，，，M，，*76。
3.4 编程#
3.5 接线#
3.5.1 IMX6ULL#
3.5.2 STM32MP157#
3.6 上机实验#
3.6.1 IMX6ULL#
先设置工具链：
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin
编译、执行程序:
1. Ubuntu上
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o gps_read gps_read.c
2. 板子上
/mnt/gps_read /dev/ttymxc5
3.6.2 STM32MP157#
先设置工具链：
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin
编译、执行程序：
1. Ubuntu上
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o gps_read gps_read.c
2. 板子上
/mnt/gps_read /dev/ttySTM3