串口异步收发的实现--蓝牙遥控车的控制

背景

实习时做的一个预研项目的一部分。做完之后收获还是挺多的，虽然收获的前提是被坑的很惨很惨。。。。
代码地址
https://github.com/Wujh1995/Asynchronous-Serial-Read-Write

• 用串口下发数据，控制机器人底盘履带转动；
• 同一个串口接收下位机上送的码盘数据，获得机器人实时信息；
• 上送/下发的数据格式用协议的形式固定；
• 由于下位机不定时上送数据，下发数据也不定时，所以需要做成异步形式；
• 基于Linux平台；
• 用线程的方式实现异步读写；
• 读取键盘输入调整发送内容（前进/后退/左右转弯等）；

代码结构

• Bluetooth.h ：通信协议头文件，规定了通信所用的结构体以及一些固定参数，也定义了一些下位机用的收发函数，但是这些函数对上位机没用，所以我都注释掉了；
• Bluetooth.c ：下位机的通信函数实现；
• main.cpp ：主函数，实现了线程的注册，读线程函数实现，串口发送，读取键盘按键等所有功能，实际上完全可以根据功能拆成几个文件，如果想要模块化的话；

需要注意的地方

Bluetooth.h

#include <stdint.h>
上面这个头文件需要包含进去，因为Linux平台没有STM32的库，而收发的时候又对数据的位数有和严格的要求；
这个头文件里定义了诸如 int16_t 等位宽固定的变量。

#define __PACKED__     __attribute__ ((__packed__))struct bluetooth_frame //16 Bytes{    int16_t start;    int16_t pwm_l;    int16_t pwm_r;    int16_t encoder_l;    int16_t encoder_r;    int16_t  speed_l;    int16_t speed_r;    int16_t end;}__PACKED__;typedef struct bluetooth_frame bluetooth_frame_t;typedef struct bluetooth_frame* p_bluetooth_frame_t;
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上面的 __PACKED__ 用处就是在储存的时候，将不足一个字节的空间留空，也就是字节对齐。
这个用处在这个程序里不是很能体现出来，因为变量长度都是字节的整数倍，但例如有一个6位的变量，没有加 __PACKED__的话，后面的两位就会储存下一个变量的前两位，而我们读取的时候是按字节读取的，也就是说，这样储存，读取的时候就全乱了！最好平时就养成习惯，字节对齐。
另外，要用 typedef 的原因是，在C语言里，定义一个结构体的语法是
struct StructName VariableName;
而我们一般的习惯写法（C++语法）是
StructName VariableName;
所以 typedef struct bluetooth_frame* p_bluetooth_frame_t;的作用就是，用p_bluetooth_frame_t代替bluetooth_frame*，这样我们写代码的时候就可以用C++语法了，也省的每次定义结构体都要多打一个struct

#ifndef __BLUETOOTH_H#define __BLUETOOTH_H#endif
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我们很多时候都会在头文件里看见类似的语法，
它的用处就是，防止重定义，如果没有这几句，头文件被多次包含之后就会跪。

main.cpp

p_bluetooth_frame_t BT_CMD = (p_bluetooth_frame_t)malloc(sizeof(bluetooth_frame));//p_bluetooth_frame_t));
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定义指针的时候，需要先分配空间，分配的空间大小应为指针指向的变量大小，如果是数组，应该分配整个数组大小的空间。
如果不分配空间，就会成为野指针，使用的时候就会出现 【段错误(核心已转储)】的错误。这跟C++里需要new是一个道理。

int set_port(int fd,int nbits)

这是配置串口的函数，具体干了什么我也不是很清楚，基本上也就那样配置不会变了，但是有几句是可以配置的。

newtio.c_cc[VTIME] = 0;newtio.c_cc[VMIN] = 1;
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VTIME指的是等待时间，串口都至少会等待这么长时间才返回数据；
VMIN指的是最小数据长度，串口会等待至少有这么多字节数据才会返回；
所以在这里，就是，串口等待至少收到一个字节数据的时候，就会立即返回。

键盘控制相关函数

跟键盘相关的函数有：

void init_keyboard() //初始化键盘void close_keyboard()  //逆初始化/关闭键盘int kbhit()   //键盘码读取函数，返回1为读取成功int readch()  //键盘码分析函数
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键盘检测的原理大概就是，先初始化键盘，然后不断执行kbhit()检测是否有敲击，如果有，则返回1，并且用全局变量的方式将键盘码传给readch()分析。

在这里碰到过需要输入回车才能被检测到的问题，要解决需要将终端配置成“非加工模式”。代码里已经配置好了。

在main函数里，用while循环检测是否读到键盘敲击事件，实际上如果有别的事要做，可以把键盘检测写成线程的形式，正好我的代码里线程池留了一个位置，模仿一下就能写一个检测键盘的线程。

线程相关函数

跟线程相关的函数有：

int main() //有一些初始化函数写在了main里void thread_create() //创建线程static void *Read_Thread(void*) //线程函数
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• 线程函数不应该有返回值或者实参，返回值必须是 void* ，参数必须是void* ，最好写成静态函数的形式；
• 在创建线程之前，需要先初始化线程锁，这是实现线程并行的方法，main函数里的pthread_mutex_init(&mut,NULL);就是初始化线程锁，这是一条内核函数，参数mut是自己的定义的变量，类型为pthread_mutex_t
• thread_create函数的核心其实就是一条内核函数
  pthread_create(&thread[1], NULL, Read_Thread, NULL))
  其中thread的定义是pthread_t thread[2];，参数1就是线程池里分配给该线程的地址，也就是线程号。
  参数3是线程函数的函数地址。
• 创建线程后，线程就会自动启动，如果想让线程在需要的时候才工作，可以用一个全局变量做判断条件，变量有效时工作，然后在别的地方修改这个变量，用作开关。

读写相关函数

跟读写相关的函数有：

static void MotoCtrl() //用于封装结构体static int Bluetooth_Write_Serial(void* cmd, int length = BLUETOOTH_CMD_LEN) //写串口static void *Read_Thread(void*) //读线程static void Read_Handle(char* pack, int size) //处理函数
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大致流程如下：
写： 根据键盘收到的数据改变cmd；然后调用MotoCtrl()函数封装结构体，结构体里的数据会根据cmd改变；然后调用Bluetooth_Write_Serial()写串口，完成发送。
读： Read_Thread()读取到数据后，送到Read_Handle()处理，但是因为这里没怎么处理，所以直接在线程里处理算了。实际上应该需要一个专门的处理函数。

串口的数据是“流”，每次收到的数据不一定是一个整的包，会有粘包，残包的问题。这时候需要做缓冲和检包处理，设置一定大小的缓冲区，收到的数据放里面，检测缓冲区里的数据是否够一个包的大小，这个包是否能通过头校验或CRC校验等，检包完成后才能获得一个个完整的包。
检包操作我写在了Read_Handle()里了。大家可以参考一下。

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由于串口的底层收发是小端终结形式，也就是每两个字节会反过来传；
例如： 7FAB ， 在串口传输的时候，就会变成 AB7F
所以可以发现，在发送函数和接收函数里，都有一大串的移位操作用于抵消这个问题。
另外，用于发送的数组，最好是char*类型的，这样的话每个元素就正好是一个字节，方便控制和处理。可以用指针强制转换的方式，反正指针都是32位的地址嘛，但是强制转换指针的话就需要考虑上面说到的小端终结的问题。

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Bluetooth_Write_Serial(bluetooth_tx_buffer,10); //BT_CMDusleep(20000);//sleep(1);Bluetooth_Write_Serial(bluetooth_tx_buffer+10,6);
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这里将一个 16 Byte 的数据拆成 10Byte 和 6Byte，分两次发，原因是，下位机是STM32，串口接收缓冲区貌似只有10个Byte，如果一次性发送16Byte，第11Byte就会丢失；
两次发送之间需要短暂的延时，因为没有延时的话，其实就相当于一次性发送；usleep里的参数单位是us，这里是延时了20ms；

写在后面

其实讲道理上面搞了这么多，就是搞了个蓝牙遥控车的控制而已，需要学习的东西还很多，Stay humble，Stay hungry，Keep walking~