Flythings学习（四）串口通信

🕗 发布于 2024-10-16 16:43 学习 单片机 嵌入式硬件 flythings

文章目录

1 串口编程基本步骤
2 综合使用
3 如何在软件上保证串口稳定通信
4 flythings中的串口通讯
5 协议接收部分使用和修改方法
6 通讯协议数据怎么和UI控件对接

1 串口编程基本步骤

串口通信有5个步骤
1.打开串口
2.配置串口
3.读串口
4.写串口
5.关闭串口

1.1 打开串口

#include <fcntl.h>

 int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);

open是linux系统函数，open成功，返回0，失败返回1。/dev/ttys0可以理解为串口号，类似于windows系统上的com1，

1.2 配置串口

int openUart() {
   int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
   struct termios oldtio = { 0 };
   struct termios newtio = { 0 };
   tcgetattr(fd, &oldtio);
   //设置波特率为115200
   newtio.c_cflag = B115200 | CS8 | CLOCAL | CREAD;
   newtio.c_iflag = 0; // IGNPAR | ICRNL
   newtio.c_oflag = 0;
   newtio.c_lflag = 0; // ICANON
   newtio.c_cc[VTIME] = 0;
   newtio.c_cc[VMIN] = 1;
   tcflush(fd, TCIOFLUSH);
   tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio);

   //设置为非阻塞模式，这个在读串口的时候会用到
   fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
   return fd;
}

termios函数族提供了终端接口，用于控制非同步通信端口
他的结构体

struct termios  
{  
    unsigned short c_iflag; /* 输入模式标志*/  
    unsigned short c_oflag; /* 输出模式标志*/  
    unsigned short c_cflag; /* 控制模式标志*/  
    unsigned short c_lflag; /*区域模式标志或本地模式标志或局部模式*/  
    unsigned char c_line; /*行控制line discipline */  
    unsigned char c_cc[NCC]; /* 控制字符特性*/  
};

每个所对应的关系在下面这个博客
termios 相关知识https://blog.csdn.net/lizuobin2/article/details/51775277

tcgetattr(fd, &oldtio); 这个函数的作用，是取得终端介质（fd）初始值，并把其值赋给oldtio;函数可以从后台进程中调用；但是，终端属性可能被后来的前台进程所改变。

tcflush是丢掉写入引用的对象，但是尚未传输的数据，或者收到但是尚未读取的数据

tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio);
设置与终端相关的参数 (除非需要底层支持却无法满足)，使用termios_p 引用的 termios 结构。optional_actions （tcsetattr函数的第二个参数）指定了什么时候改变会起作用，这里是改变立即发生

1.3 读串口

#include <fcntl.h>
unsigned char buffer[1024] = {0};
int ret = read(fd, buffer, sizeof(buffer));

1.4 发送串口

#include <fcntl.h>
unsigned char buffer[4] = {0};
buffer[0] = 0x01;
buffer[1] = 0x02;
buffer[2] = 0x03;
buffer[3] = 0x04;
int ret = write(fd, buffer, sizeof(buffer));

write可以发送串口数据

1.5 关闭串口

#include <fcntl.h>
close(fd);

2 综合使用

/*
 * test.cpp
 *
 *  Created on: 2024年10月14日
 *      Author: AA
 */


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

int main(int argc, char **argv){

// 创建串口
int fd = open("/dev/ttyS0",O_RDWR | O_NOCTTY);

if(fd < 0){
// 打开串口失败
return -1;
}


// 配置串口
struct tremios oldtio = {0};
struct termios newtio = {0};
tcgetattr(fd,oldtio);

newtio.c_cflag = B115200 | CS8 | CLOCAL | CREAD;
newtio.c_iflag = 0;
newtio.c_oflag = 0;
newtio.c_lflag = 0;
newtio.c_cc[VTIME] = 0;
newtio.c_cc[VMIN] = 1;
tcflush(fd, TCIOFLUSH);
tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio);
// 设置为非阻塞模式
fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);

// 监听和发送
while (true) {
    unsigned char buffer[1024] = {0};
    int ret = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    if (ret > 0) {
      //依次将读取到的数据输出到日志
      for (int i = 0; i < ret; ++i) {
        LOGD("收到%02x", buffer[i]);
      }

      //当收到数据时，再将收到的数据原样发送
      int n = write(fd, buffer, ret);
      if (n != ret) {
        LOGD("发送失败");
      }

      //当收到0xFF时，跳出循环
      if (buffer[0] == 0xFF) {
        break;
      }
    } else {
      //没收到数据时，休眠50ms，防止过度消耗cpu
      usleep(1000 * 50);
    }
  }


close(fd);
return 0;
}

3 如何在软件上保证串口稳定通信

串口通信会制定通信协议，一般包括帧头、帧尾、帧内容、校验等部分。并且由于read函数不能保证一次性将当时串口收到的所有数据都返回，所以需要多次调用read函数，然后拼接起来

//提高buffer数组的作用域，使得while循环中不会清空数据
unsigned char buffer[1024] = {0};
// 增加一个`legacy`变量，表示buffer中遗留的数据长度
int legacy = 0;
while (true) {
 //根据legacy的大小，调整缓冲区的起始指针及大小，防止数据覆盖
 int ret = read(fd, buffer + legacy, sizeof(buffer) - legacy);
 if (ret > 0) {
   if ((buffer[0] == 0xFF) && (buffer[1] == 0x55)) {
     if ((ret + legacy) == 10) {
       LOGD("正确读到一帧数据");
       //清空legacy
       legacy = 0;
     } else if (ret < 10) {
       legacy += ret;
       LOGD("协议头正确，但是帧长度不够，则暂存在buffer里");
     }
   }

   //当收到数据时，再将收到的数据原样发送
   int n = write(fd, buffer, ret);
   if (n != ret) {
     LOGD("发送失败");
   }

   //当收到0xFF时，跳出循环
   if (buffer[0] == 0xFF) {
     break;
   }
 } else {
   //没收到数据时，休眠50ms，防止过度消耗cpu
   usleep(1000 * 50);
 }
}

用于处理串口通信的while循环应该单独开一个线程

4 flythings中的串口通讯

flythings自带一套串口通讯的框架
在这里插入图片描述

uart协议解析和封装的串口HAL层：
uartContext:串口的实际控制层，提供串口的开关、收发接口
ProtocolData：定义通讯的数据结构体，用于保存通讯协议转化出来的实际变量
protocolSender：完成数据发送的封装
ProtocolParser：完成数据的协议解析部分，然后将解析号的数据放入ProtocolData中，同时管理了应用监听串口数据变化的回到接口
APP应用逻辑层：
通过ProtocolParser提供的接口注册串口数据接收监听获取串口更新出来的ProtocolData
通过ProtocolSender提供的接口往MCU发送指令信息

这个流程大概是这样
在这里插入图片描述
具体流程

最终都是通过UartContext与MCU进行串口通信的，

5 协议接收部分使用和修改方法

在这里插入图片描述

通讯协议格式修改
CommDef.h 文件中定义了同步帧头信息及最小数据包大小信息：

// 需要打印协议数据时，打开以下宏
//#define DEBUG_PRO_DATA

// 支持checksum校验，打开以下宏
//#define PRO_SUPPORT_CHECK_SUM

/* SynchFrame CmdID  DataLen Data CheckSum (可选) */
/*     2Byte  2Byte   1Byte    N Byte  1Byte */
// 有CheckSum情况下最小长度: 2 + 2 + 1 + 1 = 6
// 无CheckSum情况下最小长度: 2 + 2 + 1 = 5

#ifdef PRO_SUPPORT_CHECK_SUM
#define DATA_PACKAGE_MIN_LEN        6
#else
#define DATA_PACKAGE_MIN_LEN        5
#endif

// 同步帧头
#define CMD_HEAD1    0xFF
#define CMD_HEAD2    0x55

在ProtocolParser文件中配置文件命令格式

/**
 * 功能：解析协议
 * 参数：pData 协议数据，len 数据长度
 * pdata[0]、[1]、[2]、[3]都是协议头，[4]开始是数据
 * 返回值：实际解析协议的长度
 */
int parseProtocol(const BYTE *pData, UINT len) {
    UINT remainLen = len;    // 剩余数据长度
    UINT dataLen;    // 数据包长度
    UINT frameLen;    // 帧长度

    /**
     * 以下部分需要根据协议格式进行相应的修改，解析出每一帧的数据
     */
    while (remainLen >= DATA_PACKAGE_MIN_LEN) {
        // 找到一帧数据的数据头
        // pdata[0]如果不是协议头，说明是数据，往后继续找，直到找到协议头
        while ((remainLen >= 2) && ((pData[0] != CMD_HEAD1) || (pData[1] != CMD_HEAD2))) {
            pData++;
            remainLen--;
            continue;
        }

// 如果剩下的长度小于最小的包长，则说明已经传完了，退出循环
        if (remainLen < DATA_PACKAGE_MIN_LEN) {
            break;
        }


        dataLen = pData[4];
        frameLen = dataLen + DATA_PACKAGE_MIN_LEN;
        if (frameLen > remainLen) {
            // 数据内容不全
            break;
        }

        // 打印一帧数据，需要时在CommDef.h文件中打开DEBUG_PRO_DATA宏
#ifdef DEBUG_PRO_DATA
        for (int i = 0; i < frameLen; ++i) {
            LOGD("%x ", pData[i]);
        }
        LOGD("\n");
#endif

        // 支持checksum校验，需要时在CommDef.h文件中打开PRO_SUPPORT_CHECK_SUM宏
#ifdef PRO_SUPPORT_CHECK_SUM
        // 检测校验码
        if (getCheckSum(pData, frameLen - 1) == pData[frameLen - 1]) {
            // 解析一帧数据
            procParse(pData, frameLen);
        } else {
            LOGE("CheckSum error!!!!!!\n");
        }
#else
        // 解析一帧数据
        procParse(pData, frameLen);
#endif

        pData += frameLen;
        remainLen -= frameLen;
    }

    return len - remainLen;
}

在这里插入图片描述

如果协议头需要更改

// 1.修改协议头部分的定义，如果协议头长度有变化，则要注意修改协议头判断部分语句。
#define CMD_HEAD1    0xFF
#define CMD_HEAD2    0x55

// 2.协议头长度变化的时候需要修改这里。
while ((mDataBufLen >= 2) && ((pData[0] != CMD_HEAD1) || (pData[1] != CMD_HEAD2)))


// 3.协议长度需要更改
// 这里的pData[4] 代表的是第5个数据是长度的字节，如果变化了在这里修改一下。
dataLen = pData[4];
// 帧长度一般是数据长度加上头尾长度。如果协议中传的长度计算方式发生变化修改这个部分。
frameLen = dataLen + DATA_PACKAGE_MIN_LEN;

6 通讯协议数据怎么和UI控件对接

使用procParse进行解析

/*
 * 协议解析
 * 输入参数:
 *     pData: 一帧数据的起始地址
 *     len: 帧数据的长度
 */
void procParse(const BYTE *pData, UINT len) {
    /*
     * 解析Cmd值获取数据赋值到sProtocolData结构体中
     */
    switch (MAKEWORD(pData[2], pData[3])) {
    case CMDID_POWER:
        sProtocolData.power = pData[5];
        LOGD("power status:%d",sProtocolData.power);
        break;
    }
    notifyProtocolDataUpdate(sProtocolData);
}

通过notifyProtocolDataUpdate 将封装好的数据，发送给UI界面

sprotocolData可以增加数据变量

在UI的activity中，默认已经创建好了一个串口数据回调接口

static void onProtocolDataUpdate(const SProtocolData &data) {
    // 串口数据回调接口
    if (mProtocolData.power != data.power) {
        mProtocolData.power = data.power;
    }

    if (mProtocolData.eRunMode != data.eRunMode) {
        mProtocolData.eRunMode = data.eRunMode;
        mbtn_autoPtr->setSelected(mProtocolData.eRunMode == E_RUN_MODE_MANUAL);
        if (mProtocolData.eRunMode != E_RUN_MODE_MANUAL) {
            mbtn_external_windPtr->setText(mProtocolData.externalWindSpeedLevel);
            mbtn_internal_windPtr->setText(mProtocolData.internalWindSpeedLevel);
        }
    }
    ...
}

mProtocolData是UI界面默认的数据，在onUI_init的时候进行初始化，通过串口更新

APP层在ProtocolSender.cpp，当APP层需要发送数据到MCU的时候直接调用sendprotocol函数，并在sendProtocol函数中实现

/**
 * 需要根据协议格式进行拼接，以下只是个模板
 */
bool sendProtocol(const UINT16 cmdID, const BYTE *pData, BYTE len) {
    BYTE dataBuf[256];

    dataBuf[0] = CMD_HEAD1;
    dataBuf[1] = CMD_HEAD2;            // 同步帧头

    dataBuf[2] = HIBYTE(cmdID);
    dataBuf[3] = LOBYTE(cmdID);        // 命令字节

    dataBuf[4] = len;

    UINT frameLen = 5;

    // 数据
    for (int i = 0; i < len; ++i) {
        dataBuf[frameLen] = pData[i];
        frameLen++;
    }

#ifdef PRO_SUPPORT_CHECK_SUM
    // 校验码
    dataBuf[frameLen] = getCheckSum(dataBuf, frameLen);
    frameLen++;
#endif

    return UARTCONTEXT->send(dataBuf, frameLen);
}

按下按键发送时

BYTE mode[] = { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 };
sendProtocol(0x01, mode, 4);

原文地址：https://blog.csdn.net/Lmz_0314/article/details/142911659

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