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串口通信模块

作者
赵曦
日期
2023/06/22

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相关类 rm::SerialPort

简介

串口通信是一种通过串行数据传输进行通信的方式。它使用串行接口将数据以逐位的方式进行传输,常用于连接计算机与外部设备、嵌入式系统之间的数据传输。

串口通信一般涉及两个主要概念: 串口波特率

  • 串口:指的是通信中的物理接口,常见的有RS-232RS-485UART等标准。每个串口都有相应的引脚用于发送和接收数据以及控制信号。
  • 波特率:也称作数据传输速率,指的是每秒钟传输的位数。波特率决定了传输速度的快慢,通常使用常见的波特率如9600、115200等。

Unix 中,Termios 是一个用于串口通信的 API ,它提供了对串口终端设备进行配置和控制的功能。

Termios 接口允许开发人员通过编程来设置串口终端的各种参数,如波特率、数据位数、校验位、流控制等。通过使用 Termios 接口,可以实现对串口通信的灵活控制,以满足各种应用需求。

主要的 Termios 函数包括

函数 意义
tcgetattr() 获取当前的终端属性(设置),将属性保存到 Termios 结构体中
tcsetattr() 设置终端属性,通过提供 Termios 结构体中的属性值进行设置
cfsetispeed(), cfsetospeed() 设置串口的输入和输出波特率
tcflush() 刷新输入或输出缓冲区
tcdrain() 等待所有输出数据完成发送后再返回
tcflow() 控制数据流向

使用

初始化

rm::SerialPort 的构造函数原型如下

explicit SerialPort(const std::string &device = {}, int baud_rate = B115200);
参数 含义
device 设备名,如果为空,则会自动搜寻名为 ttyUSBxttyACMx 的串口文件,如果不为空,则直接打开指定的设备
baud_rate 波特率,默认为 B115200,所有可用的波特率都被标准化为 B 开头的宏定义

数据 I/O

rm::SerialPort 提供了极其方便的串口读取、写入的接口。

功能 函数 功能
读取 read 指定头尾帧,读取缓冲区中最新的能够组成结构体的数据
写入 write 传入待写入的结构体完成数据的写入
  • 读取函数原型
    template <typename Tp>
    inline bool read(unsigned char head_flag, unsigned char tail_flag, Tp &data)
  • 写入函数原型
    template <typename Tp>
    inline bool write(Tp &data_struct);

链路层协议

写数据(视觉端 → 电控端)

SerialPort 的通信协议一般就是指数据链路层的协议,采用封装成帧的方式,由于终端设备输出缓冲区可在写入数据前被清空,因此 rm::SerialPortwrite 方法不设置任何帧头帧尾。

读数据(电控端 → 视觉端)

而输入缓冲区则会持续收到来自下位机的数据,因此 rm::SerialPortread 方法提供了两个 uint8_t 类型帧头帧尾的传入参数,下位机发送的数据需要在有效数据包前后设置两个 uint8_t 的校验位,帧头和帧尾具体的数据可自行设置。

需要注意的是,在读取数据前需要留意

  • 协议(结构体)内容
  • 内存对齐规则,关于标准的内存对齐可使用 #pragma once 宏或 alignas 关键字
  • 头尾帧是否一致