C++ boost::asio::serial_port 串口通信类 使用 封装

2024-03-17 15:38
文章标签 c++ 使用 封装 通信 串口 boost serial port asio

本文主要是介绍C++ boost::asio::serial_port 串口通信类 使用 封装，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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。下面记录使用步骤：

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库的必有对象。

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。如此使用read函数就会阻塞后面代码的执行。

如此，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

[cpp]  view plain copy print ?
  1. #include <iostream>  
  2. #include <boost/asio.hpp>  
  3. #include <boost/bind.hpp>  
  4.   
  5. using namespace std;  
  6. using namespace boost::asio;  
  7.   
  8. typedef string any_type;  
  9.   
  10.   
  11. class MySerialPort  
  12. {  
  13. private:  
  14.     //Initialize port  
  15.     bool init_port( const any_type port, const unsigned int char_size );  
  16. public:  
  17.     //Constructor  
  18.     //Destructor  
  19.         MySerialPort( const any_type &port_name );  
  20.     ~MySerialPort();  
  21.       
  22.     //Write some data to port  
  23.     void write_to_serial( const any_type data );  
  24.   
  25.     //Read data from port which write data just now  
  26.     void read_from_serial();  
  27.   
  28.     //The asyanc callback function of asyanc_read  
  29.     void handle_read( char buf[], boost::system::error_code ec,  
  30.         std::size_t bytes_transferred );  
  31.   
  32.     //To Call io_service::run function to call asyanc callback funciton  
  33.     void call_handle();  
  34.       
  35. private:  
  36.     //io_service Object  
  37.     io_service m_ios;  
  38.   
  39.     //Serial port Object  
  40.     serial_port *pSerialPort;  
  41.   
  42.     //For save com name  
  43.     any_type m_port;  
  44.   
  45.     //Serial_port function exception  
  46.     boost::system::error_code ec;  
  47. };  


(2)成员函数实现

[cpp]  view plain copy print ?
  1. #include "stdafx.h"  
  2. #include <string>  
  3. #include <vector>  
  4. #include "SerialCom.h"  
  5.   
  6.   
  7. //Define Constructor function  
  8. MySerialPort::MySerialPort( const any_type &port_name ):pSerialPort( NULL )  
  9. {  
  10.         pSerialPort = new serial_port( m_ios );  
  11.     if ( pSerialPort ){  
  12.         init_port( port_name, 8 );  
  13.     }  
  14. }   
  15.   
  16. //Define destructor function  
  17. MySerialPort::~MySerialPort()  
  18. {  
  19.        if( pSerialPort )  
  20.        {  
  21.                delete pSerialPort;  
  22.        }       
  23. }  
  24.   
  25.   
  26. //Initialize port  
  27. bool MySerialPort::init_port( const any_type port, const unsigned int char_size )  
  28. {  
  29.     //New not success  
  30.     if ( !pSerialPort ){  
  31.         return false;  
  32.     }  
  33.   
  34.         //Open Serial port object  
  35.         pSerialPort->open( port, ec );  
  36.       
  37.   
  38.     //Set port argument  
  39.     pSerialPort->set_option( serial_port::baud_rate( 9600 ), ec );  
  40.     pSerialPort->set_option( serial_port::flow_control( serial_port::flow_control::none ), ec );  
  41.     pSerialPort->set_option( serial_port::parity( serial_port::parity::none ), ec );  
  42.     pSerialPort->set_option( serial_port::stop_bits( serial_port::stop_bits::one ), ec);  
  43.     pSerialPort->set_option( serial_port::character_size( char_size ), ec);  
  44.   
  45.     return true;  
  46. }  
  47.   
  48.   
  49. //Define wirte_to_serial to write data to serial  
  50. void MySerialPort::write_to_serial( const any_type data )  
  51. {  
  52.         size_t len = write( *pSerialPort, buffer( data ), ec );  
  53.         cout << len << "\t" << data << "\n";  
  54. }  
  55.   
  56. void MySerialPort::handle_read( char buf[], boost::system::error_code ec,  
  57.     std::size_t bytes_transferred )  
  58. {  
  59.     cout << "\nhandle_read: ";  
  60.     cout.write(buf, bytes_transferred);  
  61. }  
  62.   
  63.   
  64.   
  65. //Read data from the serial  
  66. void MySerialPort::read_from_serial()  
  67. {  
  68.        char v[10];  
  69.        async_read( *pSerialPort, buffer(v), boost::bind( &MySerialPort::handle_read, this, v, _1, _2) );  
  70. }  
  71.   
  72.   
  73. //Call handle_read function when async function read complete or come out exception  
  74. void MySerialPort::call_handle()  
  75. {  
  76.         //There can use deadline_timer to cancle serial_port read data  
  77.   
  78.     //Wait for call callback function  
  79.     m_ios.run();  
  80. }  


(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。

[cpp]  view plain copy print ?
  1. // BoostSerialCommunication.cpp : Defines the entry point for the console application.  
  2. //  
  3. #ifdef _MSC_VER  
  4. #define _WIN32_WINNT        0X0501      
  5. #endif  
  6.   
  7. #define BOOST_REGEX_NO_LIB  
  8. #define BOOST_DATE_TIME_SOURCE  
  9. #define BOOST_SYSTEM_NO_LIB  
  10.   
  11. #include "stdafx.h"  
  12. #include "SerialCom.h"  
  13.   
  14.   
  15. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
  16. try  
  17. {  
  18.      {  
  19.     MySerialPort my_Sp( "COM3");  
  20.     my_Sp.write_to_serial( "SerialPort" );  
  21.     my_Sp.read_from_serial();  
  22.     my_Sp.call_handle();  
  23.     getchar();  
  24.      }  
  25.     getchar();  
  26.     return 0;  
  27. }  
  28. catch(  std::exception &e )  
  29. {  
  30.        cout << e.what();  
  31.        getchar();  
  32. }  

 

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。

 

此次笔记记录完毕。

这篇关于C++ boost::asio::serial_port 串口通信类 使用 封装的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/819384。

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