尽管随着技术的发展,诸如USB、以太网等高速通信接口日益普及,但串口通信以其简单可靠、成本低廉的特点,依然在许多应用场景中占据不可替代的地位
本文将深入探讨串口通信在Linux操作系统底层的实现机制,揭示其高效运作的秘密
一、串口通信基础 串口通信,全称为串行通信接口(Serial Communication Interface),是一种按位(bit)顺序传输数据的通信方式
它通过将数据逐位发送和接收,实现了设备间的低速数据交换
串口通信通常包括以下几个关键参数:波特率(Baud Rate)、数据位(Data Bits)、停止位(Stop Bits)、奇偶校验(Parity)等
- 波特率:定义了每秒传输的比特数,是串口通信速度的直接体现
- 数据位:每个数据包中的实际数据位数,常见的有7位或8位
- 停止位:用于标识数据包结束的信号,通常为1位或2位
- 奇偶校验:一种简单的错误检测机制,通过添加额外的位(奇校验或偶校验)来检查数据传输中是否发生了错误
二、Linux下的串口通信架构 Linux操作系统对串口通信的支持十分完善,从硬件驱动层到用户空间的应用程序,形成了一个层次清晰、功能强大的通信体系
2.1 硬件抽象层 在Linux内核中,串口硬件通过TTY(Teletypewriter)子系统进行管理
TTY子系统是Linux中处理终端设备(包括物理串口、伪终端等)的核心组件,它提供了一套统一的接口,使得上层应用可以无需关心底层硬件的具体实现,就能进行通信操作
TTY子系统将串口设备抽象为ttyS0、ttyS1等形式的设备文件,位于`/dev`目录下
这些设备文件代表了系统中的物理串口或虚拟串口资源,用户可以通过标准的文件操作接口(如open、read、write、close等)与它们进行交互
2.2 驱动层 Linux内核为每个串口设备提供了专门的驱动程序,这些驱动程序负责处理硬件级别的细节,如波特率设置、数据收发、错误检测等
驱动层与硬件直接交互,通过寄存器操作控制串口硬件的行为
Linux串口驱动遵循设备驱动模型(Device Driver Model),包括设备
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