Linux的TTY子系统(TTY框架)的重要结构体termios的`c_iflag`字段的BRKINT选项和IGNBRK选项的含义【详解串口的BREAK信号】

引言

要搞清楚结构体termios的c_iflag字段的BRKINT选项和IGNBRK选项的含义，首先要搞清楚BREAK信号的含义。其实当你搞清楚BREAK信号后，结构体termios的c_iflag字段的BRKINT选项和IGNBRK选项的含义你也就自然知道了。

1. 什么是 BREAK 信号？

在串口通信（UART）中，BREAK 信号 指的是 发送端保持 TXD 低电平超过一帧完整字符的时间(一帧完整字符通常为8位数据位+1位校验位+1位停止位，共10位)，BREAK 信号通常用于：

• 通信错误检测
• 终端控制
• 复位设备
• 同步设备状态

示意图(不含校验位)：

正常传输:
Start  | Data bits  | Stop
------|------------|------
   0  |  10101010  |  1    (1帧字符)

BREAK 信号:
Start  |    低电平持续时间      | 
------|----------------|------
   0  |    低电平       |  低电平

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2. BREAK 信号的特性

• BREAK 信号 = TX 线一直保持低电平
• 持续时间至少要大于 1 帧字符传输的时间
• 不会被解释为正常数据
• 可用于特殊控制用途，如复位、唤醒、错误通知等

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3. BREAK 信号的用途

① 终端控制（TTY 设备）

• Linux TTY 设备收到 BREAK 时，可触发 SIGINT（中断信号） 终止前台进程。
• 相关 termios 选项：
  • BRKINT（如果启用，则 BREAK 会触发 SIGINT）。
  • IGNBRK（如果启用，则忽略 BREAK 信号）。

② 设备复位

某些设备（如 Modbus 从机、某些 GPS 设备）会在收到 BREAK 后执行复位。

③ 调制解调器通信

• 传统调制解调器（Modem）使用 BREAK 作为特殊指令，如退出数据模式、进入命令模式。

④ 通信错误检测

• 串口通信通常有校验（如奇偶校验），但如果线路出现严重干扰，设备可能发送 BREAK 作为错误指示。

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4. BREAK 信号的处理方式

单独介绍选项值IGNBRK和BRKINT

不同操作系统和硬件会有不同的 BREAK 处理方式，通常可以通过 termios 结构体的 c_iflag 选项来配置。

c_iflag 选项	含义
IGNBRK	忽略 BREAK 信号，不传递给应用程序
BRKINT	启用 BREAK，BREAK 触发 SIGINT 终止进程
PARMRK	在 奇偶校验启用 时，将 BREAK 作为 \377\0\0 发送给用户

示例：

struct termios options;
tcgetattr(fd, &options);

// 让 BREAK 触发 SIGINT
options.c_iflag |= BRKINT;

// 设置新属性
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

选项值IGNBRK和BRKINT组合使用的效果

IGNBRK	BRKINT	处理方式
1（启用）	0（禁用）	直接忽略 BREAK 信号，不通知用户空间
1（启用）	1（启用）	直接忽略 BREAK 信号，不触发 SIGINT
0（禁用）	0（禁用）	BREAK 被视为 空字符 (0x00) 传递给用户
0（禁用）	1（启用）	BREAK 触发 SIGINT（终止进程）

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5. 发送 BREAK 信号

在 Linux 上，tcsendbreak(fd, duration) 用于 主动发送 BREAK 信号。

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>

int main() {
    int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 发送 BREAK 信号，持续时间为 0（默认 250~500ms）
    tcsendbreak(fd, 0);

    close(fd);
    return 0;
}

• duration = 0：发送 默认长度（250~500ms）的 BREAK。
• duration > 0：发送 特定长度 的 BREAK（非 POSIX 标准，仅部分系统支持）。

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6. 检测 BREAK 信号

在应用程序中，可以通过 read() 检测是否接收到 BREAK，但大多数情况下，内核会转换 BREAK 为 SIGINT，因此不需要手动读取。

如果要检测 BREAK 而不让它触发 SIGINT，可以：

struct termios options;
tcgetattr(fd, &options);
options.c_iflag &= ~BRKINT; // 禁止 BREAK 触发 SIGINT
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

然后在 read() 中读取数据，如果 PARMRK 使能，BREAK 会作为 \377\0\0 传输。

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7. 物理层行为

波特率	1 帧字符时间(按10位字符来算)	BREAK 最小持续时间
115200	86.8 µs	≥ 87 µs
9600	1.04 ms	≥ 1.04 ms
2400	4.17 ms	≥ 4.17 ms

例如，在 9600 bps 下，BREAK 必须至少 保持低电平 1.04 ms 才会被识别。

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8. 相关 Linux 命令

• stty 命令查看和设置 BREAK 处理方式

stty -F /dev/ttyS0 -a   # 查看当前串口设置
stty -F /dev/ttyS0 brkint  # 使能 BREAK 触发 SIGINT
stty -F /dev/ttyS0 -brkint # 禁止 BREAK 触发 SIGINT

• 手动发送 BREAK

echo -e "\x00" > /dev/ttyS0   # 可能不会产生 BREAK
stty -F /dev/ttyS0 sendbreak   # 发送 BREAK 信号

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总结

• BREAK 信号 = TX 线保持低电平超过 1 个字符时间。
• 用途：设备复位、终端控制（SIGINT）、调制解调器控制、错误检测等。
• Linux 处理方式：
  • IGNBRK：忽略 BREAK
  • BRKINT：BREAK 触发 SIGINT
  • tcsendbreak(fd, duration) 主动发送 BREAK
• 应用场景：
  • 串口调试时可用 BREAK 触发设备复位
  • TTY 终端可用 BREAK 中断进程
  • 工业设备可能使用 BREAK 作为特殊信号

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