C++ boost::asio::serial_port 串口通信类 使用 封装 [大三四八九月实习]

串口一旦存在后，C++ boost::asio就当串口为一种流(文件流 )来使用。

C++的BOOST库中，通信库都在asio下，串口类结构为boost::asio::serial_port。串口通信由asio组件的serial_port类完成。BOOST库下的串口通信serial_port类的使用跟网络通信相似[网络通信 ]，只是在进行串口通信前需要初始化串口。下面笔记使用步骤：

1 serial_port类头文件和命名空间声明

#include  <boost/asio.hpp>

using namespace  boost::asio;

2 serial_port类实现串口通信步骤

(1) 定义io_service对象

io_service对象是使用boost::asio库的必需要有的对象。

io_service io_s;

(2) 创建串口对象，传入io_service对象，打开串口

serial_port sp(  io_s , "COM1" );

io_s是步骤(1)中定义的io_service对象，COM1为串口名（计算机-->属性-->设备管理器-->端口）。一旦串口被打开，则此串口就会被当成流来被使用。

(1)如果串口端口不存在，则try-catch能够获取“系统找不到指定的文件”文件异常。

(2)如果串口端口没有和实际的串口连接，则try-catch能够获取“设备没有连接”的异常。

(3)如果在电脑之上连接一个串口线，则用此函数打开对应的端口（如COM4 ）就不会出现以上两个异常。如果不在此串口下挂一个设备，则对端口进行读写操作的时候会出现异常，如读串口数据时会在read函数这里卡住。但如果在串口下挂一个设备如51单片机学习板则此函数会返回并读出一定的数据回来（虽不一定正确）。如果将挂在串口下的设备开启，try-catch会捕获“连接到系统上的设备没有发挥作用”或者是read函数又开始不能返回。

 

(3) 初始化

利用串口类对象初始化串口。串口类对象就是(2)中定义的sp，串口就是以上的参数COM1。

sp.set_option(  serial_port::baud_rate( 9600 ) );                         //比特率

sp.set_option(  serial_port::flow_control( serial_port::flow_control::none ) ); //流量控制

sp.set_option(  serial_port::parity( serial_port::parity::none ) );            //奇偶校验

sp.set_option( serial_port::stop_bits(  serial_port::stop_bits::one ) );        //停止位

sp.set_option(  serial_port::character_size( 8 ) );                       //数据位

(4) 调用serial_prot类的成员函数进行串口通信

如先前所述，serial_port类成功打开串口后，串口对于serial_port类来说就成了一种文件流。咱们就可以使用serial_port类中的成员函数往“流”写和读数据了。

向串口发送数据时是采用boost::asio::serial_port下含write字符串的函数将程序中的数据写入到串口流，接收串口数据时是用含read字符串的函数从串口读出数据，再放到程序变量中。比如用串口对象调用的write_some()，read_some()一类属于serial_port的成员函数，还有在函数内部指明串口对象的write()，read()等非serial_port类的成员函数，但它们是boost::asio下的函数。看名就知道“只写/读一些”的函数（比如读到空格或者其它特殊字符就会停止读下去）不如“写/读”函数功能完好。所以，咱都还是用write()，read()一类的函数从串口写、读完整的数据串吧。

 

[1]向串口写数据

write有4个重载( overload)函数，有2种都有接收异常的参数。[ VS中选中write函数-->右键-->Go To Definition F12 ]

size_t  data_len;

boost::system::error_code ec;

data_len        = write( *pSerialPort, buffer(data),  ec);

write()的第一个参数表示serial_port对象，第二个参数是写向(传输)串口的数据，第三个参数是boost库下的异常参数，如果write函数传输数据发生什么异常就会自动抛出此异常给catch。向串口成功传进数据则返回写入数据data的长度，buffer是boost库的函数，一般的参数都需要buffer一下。

 

[2]读/接收串口数据

如果直接用read函数来读取串口流中的数据，则read函数在读满变量内存后才会返回( char a[6],则会读满6个后才会返回 )。而且返回输出字符串的时候还是乱码。使用read函数就会阻塞后面代码的执行。

可以使用异步读取/接收串口的方式：就算未完全读/接收到串口数据，异步读取函数依旧会马上返回执行后续代码，等串口数据读取完毕或者发生异常时io_service::run()函数会等待异步读取串口的数据操作，然后调用异步函数指定的回调函数。

提到异步操作，它包含三部分：

•  异步操作函数。
• 异步操作函数以形参方式指定的回调函数。
• io_service::run()函数的调用。

这三个部分对应的执行流程为：

• 程序执行到异步操作函数处，异步操作函数立即返回，程序继续执行后续代码。
• 异步操作函数的功能完成[如读取到与设定缓冲区长度大小一致的数据时]或者出现异常时，io_service::run()函数机制会自动调用异步操作函数指定的回调函数。如果不io_service::run()函数，异步操作函数依然可以实现异步操作流程，只是回调函数不会被执行。

void handle_read(  boost::system::error_code ec,std::size_t bytes_transferred );  //如果不使用bind，则async_read函数的回调函数必须为如此形式

async_read( *pPort, buffer(v),  handle_read );

…

ios.run();

不过，输出cout<< “\n” << v;为乱码[在我挂一个单片机设备在串口的情形下 ]。

在此种情形下，虽然可以使异步操作函数后续代码被执行。但在没有发生异常或者没有读满设定缓冲区大小时，回调函数不会被调用。所以可以使用boost库下的deadline_timer为异步操作定时,如果超过定时的时间就结束异步函数的异步操作去执行回调函数。

eadline_timer timer(ios);

timer.expires_from_now(boost::posix_time::millisec(100)); 

//超时后调用pSerialPort的cancel()方法放弃读取更多字符

timer.async_wait(boost::bind(&serial_port::cancel,  boost::ref(*pSerialPort)));

以面向过程的方式实现这些步骤可以实现以上功能，但是将其封装称为类的时候会出点错误。

 

3 将boost串口通信封装成类

将其封装为类时，boost的用法就要遵循按照包装成员函数的套路出发，bind用法。

 

(1)类头文件

#include <iostream>#include <boost/asio.hpp>#include <boost/bind.hpp>using namespace std;using namespace boost::asio;typedef string any_type;class MySerialPort{private://Initialize portbool init_port( const any_type port, const unsigned int char_size );public://Constructor//Destructor        MySerialPort( const any_type &port_name );~MySerialPort();//Write some data to portvoid write_to_serial( const any_type data );//Read data from port which write data just nowvoid read_from_serial();//The asyanc callback function of asyanc_readvoid handle_read( char buf[], boost::system::error_code ec,std::size_t bytes_transferred );//To Call io_service::run function to call asyanc callback funcitonvoid call_handle();private://io_service Objectio_service m_ios;//Serial port Objectserial_port *pSerialPort;//For save com nameany_type m_port;//Serial_port function exceptionboost::system::error_code ec;};

(2)成员函数实现

#include "stdafx.h"#include <string>#include <vector>#include "SerialCom.h"//Define Constructor functionMySerialPort::MySerialPort( const any_type &port_name ):pSerialPort( NULL ){        pSerialPort = new serial_port( m_ios );if ( pSerialPort ){init_port( port_name, 8 );}} //Define destructor functionMySerialPort::~MySerialPort(){       if( pSerialPort )       {               delete pSerialPort;       }     }//Initialize portbool MySerialPort::init_port( const any_type port, const unsigned int char_size ){//New not successif ( !pSerialPort ){return false;}        //Open Serial port object        pSerialPort->open( port, ec );//Set port argumentpSerialPort->set_option( serial_port::baud_rate( 9600 ), ec );pSerialPort->set_option( serial_port::flow_control( serial_port::flow_control::none ), ec );pSerialPort->set_option( serial_port::parity( serial_port::parity::none ), ec );pSerialPort->set_option( serial_port::stop_bits( serial_port::stop_bits::one ), ec);pSerialPort->set_option( serial_port::character_size( char_size ), ec);return true;}//Define wirte_to_serial to write data to serialvoid MySerialPort::write_to_serial( const any_type data ){        size_t len = write( *pSerialPort, buffer( data ), ec );        cout << len << "\t" << data << "\n";}void MySerialPort::handle_read( char buf[], boost::system::error_code ec,std::size_t bytes_transferred ){cout << "\nhandle_read: ";cout.write(buf, bytes_transferred);}//Read data from the serialvoid MySerialPort::read_from_serial(){       char v[10];       async_read( *pSerialPort, buffer(v), boost::bind( &MySerialPort::handle_read, this, v, _1, _2) );}//Call handle_read function when async function read complete or come out exceptionvoid MySerialPort::call_handle(){        //There can use deadline_timer to cancle serial_port read data//Wait for call callback functionm_ios.run();}

(3) 使用类

VS下的控制台程序就可以，当然首先得配置VS2010与boost库环境：见VS2010 BOOST库配置。

// BoostSerialCommunication.cpp : Defines the entry point for the console application.//#ifdef _MSC_VER#define _WIN32_WINNT        0X0501    #endif#define BOOST_REGEX_NO_LIB#define BOOST_DATE_TIME_SOURCE#define BOOST_SYSTEM_NO_LIB#include "stdafx.h"#include "SerialCom.h"int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])try{     {MySerialPort my_Sp( "COM3");my_Sp.write_to_serial( "SerialPort" );my_Sp.read_from_serial();my_Sp.call_handle();getchar();     }getchar();return 0;}catch(  std::exception &e ){       cout << e.what();       getchar();}

 

如果async_read读取的数据段长度大于写入串口的数据，则可以正确执行read_from_serial()后续代码，而回调函数handle_read不会被执行指导异常发生或者读满v的长度为止。但整个程序不会为止而阻塞。可以用boost库下的deadline_timer为serial_port读取数据定时，当时间到达时不再继续读取数据即可，立马就会调用回调函数handle_read。不过从串口读出来的数据输出到屏幕之上时为乱码，还没找到原因。

 

Boost Note Over.