串口（通用异步收发器，常写作UART、uart）是最为广泛使用的通信接口之一。在裸机平台或者是没有设备管理框架的RTOS平台上，我们通常只需要根据官方手册编写串口硬件初始化代码即可。引入了带设备管理框架的实时操作系统RT-Thread后，串口的使用则与裸机或者其它RTOS有很大的不同之处。RT-Thread中自带I/O设备管理层，将各种各样的硬件设备封装成具有统一接口的逻辑设备，方便管理及使用。本文说明了如何在RT-Thread中使用串口。

本文首先给出使用RT-Thread的设备操作接口开发串口收、发数据程序的示例代码，并在正点原子STM32F4探索者开发板上验证。接着分析了示例代码的实现，最后深入地描述了RT-Thread设备管理框架与串口的联系。

RT-Thread提供了一套简单的I/O设备管理框架，它把I/O设备分成了三层进行处理：应用层、I/O设备管理层、硬件驱动层。应用程序通过RT-Thread的设备操作接口获得正确的设备驱动，然后通过这个设备驱动与底层I/O硬件设备进行数据（或控制）交互。RT-Thread提供给上层应用的是一个抽象的设备操作接口，给下层设备提供的是底层驱动框架。

那么用户如何使用设备操作接口开发出跨平台的串口应用代码呢？

本文基于正点原子STM32F4探索者开发板，给出了串口的配置流程和应用代码示例。由于RT-Thread设备操作接口的通用性，因此这些代码与硬件平台无关，读者可以直接将它用在自己使用的硬件平台上。 正点原子STM32F4探索者开发板使用的是STM32F407ZGT6，具有多路串口。我们使用串口1作为shell终端，串口2作为实验用串口，测试数据收发。终端软件使用putty。板载串口1带有USB转串口芯片，因此使用USB 线连接串口1和PC即可；串口2则需要使用USB转串口模块连接到PC。

4.打开putty，选择正确的串口，软件参数配置为-1-N、无流控。如图所示：

以方便使用串口。app_uart.c中的代码与硬件平台无关，读者可以把它直接添加到自己的工程。利用这几个函数在main.c中编写测试代码。 main.c源码如下：

这段程序实现了如下功能：

1. 测试线程调用uart_open函数打开指定的串口后，首先使用uart_putchar函数发送字符和uart_putstring函数发送字符串。

2. 接着在while循环里面调用uart_getchar函数读取接收到的数据并保存到局部变量uart_rx_data中，最后将数据错位后输出。

编译、将代码下载到板卡，复位，串口2连接的终端软件putty（软件参数配置为-1-N、无流控）输出了字符2、0、1、8和字符串Hello RT-Thread!。输入字符 ‘A’，串口2接收到将其错位后输出。实验现象如图所示：

图中putty连接开发板的串口2作为测试串口。

串口通常被配置为接收中断和轮询发送模式。在中断模式下，CPU不需要一直查询等待串口相关标志寄存器，串口接收到数据后触发中断，我们在中断服务程序进行数据处理，效率较高。RT-Thread官方bsp默认便是这种模式。

uart_open函数用于打开指定的串口，它完成了串口设备回调函数设置、串口设备的开启和事件的初始化。源码如下：

uart_open函数首先调用rt_device_find根据串口名字获得串口句柄，保存在静态全局变量uart_device中，后面关于串口的操作都是基于这个串口句柄。这里的名字是在drv_usart.c中调用注册函数rt_hw_serial_register决定的，该函数将串口硬件驱动和RT-Thread设备管理框架联系起来了。

接着调用rt_device_set_rx_indicate设置串口接收中断的回调函数。 最后调用rt_device_open以可读写、中断接收方式打开串口。它的第二个参数为标志，与上面提到的注册函数rt_hw_serial_register保持一致即可。

uart_putchar函数用于发送1字节数据。uart_putchar函数实际上调用的是rt_device_write来发送一个字节，并采取了防出错处理，即检查返回值，失败则重新发送，并限定了超时。源码如下：

调用uart_putchar发生的数据流向示意图如下：

uart_getchar函数用于接收数据，uart_getchar函数的实现采用了串口接收中断回调机制和事件用于异步通信，它具有阻塞特性。 相关源码如下：

/* 串口接收事件标志 */

uart_getchar函数内部有一个while()循环，先调用rt_device_read去读取一字节数据，没有读到则调用rt_event_recv等待事件标志，挂起调用线程；串口接收到一字节数据后产生中断，调用回调函数uart_intput，回调函数里面调用了rt_event_send发送事件标志以唤醒等待该event事件的线程。 调用uart_getchar函数发生的数据流向示意图如下：

I/O设备管理框架和串口的联系

更多关于I/O设备管理框架的说明和串口驱动实现细节，请参考《RT-Thread编程手册》第 6 章 I/O设备管理

此函数可根据设备句柄来打开设备。

oflag支持以下参数：

如果上层应用程序需要设置设备的接收回调函数，则必须以INT_RX或者DMA_RX 的方式打开设备，否则不会回调函数。

查找到对应设备将返回相应的设备句柄；否则返回RT_NULL

此函数根据指定的设备名称查找设备。

此函数可设置一个回调函数，当硬件设备收到数据时回调以通知应用程序有数据到达。

当硬件设备接收到数据时，会回调这个函数并把收到的数据长度放在size参数中传递给上层应用。上层应用线程应在收到指示后，立刻从设备中读取数据。

返回读到数据的实际大小（如果是字符设备，返回大小以字节为单位；如果是块设备，返回的大小以块为单位）；如果返回0，则需要读取当前线程的errno来判断错误状态。

此函数可从设备中读取数据

调用这个函数，会从设备dev中获得数据，并存放在buffer缓冲区中。这个缓冲区的最大长度是size。pos根据不同的设备类别存在不同的意义。

返回写入数据的实际大小(如果是字符设备，返回大小以字节为单位；如果是块设备， 返回的大小以块为单位)；如果返回0，则需要读取当前线程的errno来判断错误状态。 注：调用这个函数，会把缓冲区buffer中的数据写入到设备dev中。写入数据的最大长度是 size。pos根据不同的设备类别存在不同的意义。

此函数可向设备中写入数据。