前因
手头有一块（伪）Arduino
Uno，现在需要把上面测到的电压数据发送到电脑上了。我知道Arduino官方提供了Serial.write和Serial.read，利用这些函数可以方便地通过串口发数据给电脑，在Arduino
IDE提供的串口监视器上显示出来。但我现在需要自己处理数据，需要让Arduino直接和我的程序通信。对此我毫无头绪。一番搜索尝试之后算是找到了办法。
线
我的Arduino UNO和计算机连接的依赖一根USB线，一头是type-B，一头是type-A，通过这个USB提供了虚拟串口，可以假想Arduino和计算机用一条RS-232串行总线连接起来了。利用这个串口，Arduino就可以和计算机通信。
连接到计算机的Arduino被linux包装成一个文件，我这里是/dev/ttyACM0，只要对这个文件进行响应的读写，就可以实现通信。但是毕竟串口和硬盘上的文件本质上不同，还是得通过系统对其进行终端控制。linux提供了termios.h，里面用一个结构体保存了终端控制的各种属性，属于POSIX标准。很多东西看起来是上一个时代的遗存，从UNIX和电传打字机的时代一直继承到了现在。
struct termio
结构体内容
struct termio里面保存了终端的各种属性。
c_iflag设置输入模式，比如要不要流量控制、要不要对输入字节进行特殊处理c_oflag设置输出模式，比如要不要对输出字节进行特殊处理c_cflag设置控制模式，比如一个字节多宽，有没有奇偶校验位，有几个终止位，要不要进行载波检测，要不要读数据c_lflag设置局部模式（我也不知道为什么叫Local Mode），比如要不要回传、要不要使用标准模式（Canonical Mode，似乎是一行一行读）c_cc一个数组，包含一些特殊设置，比如一次最少读几个字符
前面几个flag都是通过位运算进行控制的，把对应的位设为1则启用，否则禁用。
上面一些设置似乎只和以前的调制解调器有关，比如流量控制、载波监听什么的，对于我们和Arduino通信来说是没什么用的，我们不需要操作系统对我们的数据做太多的处理，因此使用的时候需要禁用掉大多数配置。
对于c_cc数组，里面c_cc[VMIN]表示一次读写几个字符，如果没有读到这么多字符，read系统调用（前面写了，串口在linux看来是个文件）就会一直阻塞，直到超时为止，最大位255（毕竟无符号的8位能表示的最大整数不过如此）。c_cc[VTIME]保存了超时信息（timeout），也就是多久算超时，单位是十分秒（0.1秒，decisecond）。
具体的配置
参考网上的资料，对于c_cflag，禁用PARENB、CSTOPB，意思是禁用奇偶校验，只用一个停止位。启用CS8、CREAD和CLOCAL，字节8位长（现在真的还有什么设备字节长度不是8位吗？），可以读写。对于c_lflag，禁用ICANON、ECHO、ECHOE、ECHONL、ISIG，禁用标准模式、任何回传、信号字节。对于c_iflag，禁用IXOFF、IXON、IXANY，不要流量控制；禁用IGNBRK、BRKINT、PARMRK、ISTRIP、INLCR、IGNCR、ICRNL，我们要原始数据，不要特殊处理。对于c_oflag，禁用OPOST、ONLCR，不要特殊处理。
我这里VMIN设置为2，因为我配置了我的Arduino一次发送两个字节。VTIME我随便设置了一个值。
波特率也需要设置。使用cfsetispeed和cfsetospeed可以分别设置读写的波特率。我这里全部设为9600Hz，也就是B9600。
在看了Qt的QSerialPort和rust的serialport
crate之后，我发现还是操作系统提供的接口最为详细完备。
总体大致流程
先open对应的文件（我这里是/dev/ttyACM0），然后利用tcgetattr获得终端控制的结构体，对其进行设置，接下来就和普通的文件一样，可以从里面read数据了。最后再关闭文件。
C程序
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
// handle memory in different ways
// convert two char into a uint16_t
union Convert {
char buffer[2];
uint16_t num;
};
int main() {
int serial_port = open("/dev/ttyACM0", O_RDWR);
if(serial_port < 0) {
printf("Error %i from open: %s\n", errno, strerror(errno));
exit(0);
}
struct termios tty;
if(tcgetattr(serial_port, &tty) != 0) {
printf("Error %i from tcgetattr: %s\n", errno, strerror(errno));
}
tty.c_cflag &= ~PARENB;
tty.c_cflag &= ~CSTOPB;
tty.c_cflag |= CS8;
tty.c_cflag |= CREAD | CLOCAL;
tty.c_lflag &= ~ICANON;
tty.c_lflag &= ~ECHO;
tty.c_lflag &= ~ECHOE;
tty.c_lflag &= ~ECHONL;
tty.c_lflag &= ~ISIG;
tty.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);
tty.c_iflag &= ~(IGNBRK|BRKINT|PARMRK|ISTRIP|INLCR|IGNCR|ICRNL);
tty.c_oflag &= ~OPOST;
tty.c_oflag &= ~ONLCR;
tty.c_cc[VTIME] = 20;
tty.c_cc[VMIN] = 2;
cfsetispeed(&tty, B9600);
cfsetospeed(&tty, B9600);
char read_buf[20]; // buffer to use
union Convert temp;
while(1) {
int n = read(serial_port, &read_buf, sizeof(read_buf));
// ! should handle error here
// but in my case, error rarely arises
temp.buffer[0] = read_buf[0];
temp.buffer[1] = read_buf[1];
printf("%x\n", (int)temp.num);
}
close(serial_port);
}
Arduino方面程序如下。这里要注意，不要用Serial.println，Arduino的库会因此在后面加上\r\n。
union Convert {
char buffer[2];
uint16_t num;
};
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
delay(5);
Convert temp;
temp.num = analogRead(A0);
Serial.write(temp.buffer, 2);
}
经测最终是可以读到数据的，而且速度很快，不会出现速度不匹配的问题。
其他方法
我还尝试使用了Qt的QSerialPort来读串口，那个用起来比直接调POSIX接口简单多了。但是不知道为什么，有的时候只读了一个字节，有的时候按我要求读了两个字节，但是高字节和低字节反了。用法可以参考Qt文档。
rust有个crate，serialport，也很不错，对底层的操作进行了封装。我最终的程序就是用了这个crate。（因为rust有很方便的线程库，写起来没有C语言这么累人）
参考资料
没有这些参考资料我真的写不出这个程序。