Linux 串口編程完整指南：術語、API、配置流程與設備節點差異

Linux 串口通信是嵌入式開發、工業控制、儀表設備對接的基礎技能。本文提供完整的用戶態串口應用程序框架，涵蓋打開設備、配置屬性（波特率、校驗、數據位、停止位）、讀寫操作、非阻塞/阻塞模式切換，並深度解析 ttyS* 與 ttySAC* 設備節點的內核版本差異。

一、 核心數據結構 termios

struct termios {
    tcflag_t c_iflag;   // 輸入模式標志
    tcflag_t c_oflag;   // 輸出模式標志
    tcflag_t c_cflag;   // 控制模式標志（波特率、數據位、校驗、停止位）
    tcflag_t c_lflag;   // 本地模式標志
    cc_t     c_cc[NCCS]; // 控制字符數組（VMIN, VTIME 等）
};

二、 完整應用程序框架

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

// 打開串口：返回文件描述符，失敗返回 -1
int open_port(const char *device) {
    int fd = open(device, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
    if (fd < 0) {
        perror("open_port");
        return -1;
    }
    // 恢復阻塞模式（去除 O_NDELAY）
    if (fcntl(fd, F_SETFL, 0) < 0)
        perror("fcntl F_SETFL");
    return fd;
}

// 配置串口參數
int set_opt(int fd, int speed, int databits, char parity, int stopbits) {
    struct termios newtio, oldtio;
    if (tcgetattr(fd, &oldtio) != 0) { perror("tcgetattr"); return -1; }
    bzero(&newtio, sizeof(newtio));

    // 1. 啟用接收、忽略調製解調器控制線
    newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_cflag &= ~CSIZE;

    // 2. 數據位
    switch (databits) {
        case 7: newtio.c_cflag |= CS7; break;
        case 8: newtio.c_cflag |= CS8; break;
        default: return -1;
    }

    // 3. 校驗位
    switch (parity) {
        case 'O': case 'o':  // 奇校驗
            newtio.c_cflag |= PARENB | PARODD;
            newtio.c_iflag |= INPCK | ISTRIP;
            break;
        case 'E': case 'e':  // 偶校驗
            newtio.c_cflag |= PARENB;
            newtio.c_cflag &= ~PARODD;
            newtio.c_iflag |= INPCK | ISTRIP;
            break;
        case 'N': case 'n':  // 無校驗
            newtio.c_cflag &= ~PARENB;
            break;
        default: return -1;
    }

    // 4. 波特率
    speed_t sp;
    switch (speed) {
        case 2400: sp = B2400; break;
        case 4800: sp = B4800; break;
        case 9600: sp = B9600; break;
        case 19200: sp = B19200; break;
        case 38400: sp = B38400; break;
        case 57600: sp = B57600; break;
        case 115200: sp = B115200; break;
        case 460800: sp = B460800; break;
        default: sp = B9600;
    }
    cfsetispeed(&newtio, sp);
    cfsetospeed(&newtio, sp);

    // 5. 停止位
    if (stopbits == 1)
        newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
    else if (stopbits == 2)
        newtio.c_cflag |= CSTOPB;
    else
        return -1;

    // 6. 非規範模式，無最小字符/超時限制（即時讀取）
    newtio.c_cc[VTIME] = 0;
    newtio.c_cc[VMIN]  = 0;

    // 7. 刷新輸入隊列，立即生效
    tcflush(fd, TCIFLUSH);
    if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio) != 0) {
        perror("tcsetattr");
        return -1;
    }
    printf("Serial port configured: %d %d%c%d\n", speed, databits, parity, stopbits);
    return 0;
}

// 主程序示例
int main() {
    const char *dev = "/dev/ttySAC0";  // 根據平台調整
    int fd = open_port(dev);
    if (fd < 0) return 1;

    if (set_opt(fd, 115200, 8, 'N', 1) < 0) {
        close(fd);
        return 1;
    }

    char *msg = "Hello\n";
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        int n = write(fd, msg, strlen(msg));
        printf("Write %d bytes: %d\n", (int)strlen(msg), n);
        sleep(1);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

三、 關鍵配置參數速查表

常見 VMIN/VTIME 組合

• VMIN=0, VTIME=0：非阻塞輪詢，立即返回。
• VMIN>0, VTIME=0：阻塞直到讀到 VMIN 字符。
• VMIN=0, VTIME>0：超時讀取，最多等待 VTIME*0.1s。
• VMIN>0, VTIME>0：讀到第一個字符後，最多等待 VTIME 獲取剩餘字符。

四、 設備節點之謎：ttyS* vs ttySAC*

實測現象：S3C2410 開發板上 /dev/ttyS0 打開失敗，/dev/ttySAC0 成功。

根因：內核版本與驅動模型變更

Samsung SoC 串口控制器在 2.6 內核中遷移至新 uart 子系統，驅動 samsung.c 註冊 struct uart_driver 時指定 dev_name = "ttySAC"，因此節點名為 ttySAC*。舊版 ttyS* 由 8250 驅動佔用，S3C 系列不再使用。

驗證方法

# 查看內核註冊的串口驅動
cat /proc/tty/drivers
# 輸出示例：
/dev/ttySAC    /dev/ttySAC    204  64-79  serial   # Samsung UART
/dev/ttyS      /dev/ttyS      4    64-67  serial   # 8250/16550

五、 進階主題

• 硬件流控：啟用 CRTSCTS（c_cflag），需硬件支持 RTS/CTS 線。
• RS485 方向控制：使用 ioctl(fd, TIOCSRS485, &rs485conf) 配置發送使能極性、延遲。
• 異步通知：fcntl(fd, F_SETFL, FASYNC) + fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()) + 信號處理函數 SIGIO。
• 設備樹配置：status="okay"、current-speed、clock-frequency、pinctrl 綁定。

• 上一篇文章： Linux 物理地址到內核虛擬地址映射實戰：以 AT91SAM9261 LCD 驅動為例
• 下一篇文章： Linux 內核控制台驅動實現解析：以 Samsung S3C24xx 串口為例

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