Linux 序列埠通訊完整指南：從基本原理到程式設計實作

序列埠通訊是嵌入式與工控領域最基礎的資料傳輸方式。本文系統整理序列埠通訊原理、同步/非同步模式、RS-232 標準、全雙工/半雙工、流量控制、Linux 下裝置存取與程式設計要點。

一、什麼是序列埠通訊

電腦主機與外設、主機之間進行位元級串列傳輸，每個字元逐位傳送（1 或 0）。

二、通訊分類

1. 同步通訊

• 連續串列傳輸，以「幀」為單位
• 幀結構：同步字元 + 資料字元 + CRC 校驗
• 單/雙同步字元幀
• 缺點：要求收發時鐘嚴格同步

2. 非同步通訊

• 以字元/位元組為單位組成「字元幀」
• 收發端各自時鐘獨立，無需同步脈衝
• 字元幀結構：起始位 + 資料位(5-8) + 奇偶校驗位 + 停止位
• 優點：幀長度不受限；缺點：起始/停止位降低有效頻寬

關鍵指標

• 波特率：每秒傳輸位元數（bps）
• 字元幀格式：起始位、資料位、校驗位、停止位

三、RS-232 介面標準

• EIA RS-232-C，1970 年制定
• 定義電氣特性、訊號功能、連接器腳位
• 常見 DB-9/DB-25 連接器

四、傳輸模式

• 全雙工：同時收發，兩條獨立資料通道
• 半雙工：收發互斥，單通道分時

五、流量控制

六、Linux 下序列埠存取

1. 裝置檔案

/dev/ttyS0 (COM1)、/dev/ttyS1 (COM2) ... /dev/ttyUSB0 (USB 轉序列埠)

2. 開啟裝置

int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
if (fd < 0) perror("open");

注意權限：需將裝置檔案權限開放或加入 dialout 群組。

3. 參數配置（termios）

struct termios options;
tcgetattr(fd, &options);
cfsetispeed(&options, B115200);
cfsetospeed(&options, B115200);
options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);
options.c_cflag &= ~PARENB;      // 無校驗
options.c_cflag &= ~CSTOPB;      // 1 停止位
options.c_cflag &= ~CSIZE;
options.c_cflag |= CS8;          // 8 資料位
options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG); // 原始模式
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

4. 讀寫操作

write(fd, "AT\r\n", 4);
char buf[256];
int n = read(fd, buf, sizeof(buf));

七、常見問題與除錯

• 權限不足 → chmod 666 /dev/ttyS0 或加入 dialout 群組
• 傳輸亂碼 → 確認波特率、資料位、停止位、校驗位雙端一致
• 硬體流控失效 → 檢查 RTS/CTS 接線、驅動程式支援