串行通讯之Qt
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1.4 setRequestToSend在Windows上的BUG 5
第1章 Qt 串行通讯
最近要在 Android 手机上开发串行通讯程序，为此学习了一下Qt的串行通讯。本文中，Qt的版本为 5.7.0。
1.1 配置.pro文件
使用 Qt 5.7.0 创建"Qt Widgets Application"类型的项目，然后修改.pro文件，如下图所示：
图1.1
给变量 QT 增加serialport，说明程序里将使用串行通讯相关的类。
1.2 查询串口信息
本节将通过代码查找系统里的串口，然后填入下图所示的下拉列表框中。
图1.2
函数 QSerialPortInfo::availablePorts 会返回系统所有的串口，它的使用请参考如下代码：
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#include <QSerialPortInfo> #include <map>
std::map<int,QString> mapPort; QString sPort; int nPort; foreach (const QSerialPortInfo &info,QSerialPortInfo::availablePorts()) {//foreach 遍历QSerialPortInfo::availablePorts() 的返回值 sPort = info.portName(); //串口名称，如：COM5 nPort = GetIntInStr(sPort); //根据串口名称获取串口号，如：5 if(nPort >= 0) { mapPort[nPort] = sPort; //根据串口号排序，加入 map } } |
函数GetIntInStr 根据串口名称（如COM5）获取串口号（如：5），其代码如下：
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/***************************************************************\ 从字符串里提取整数 s [in] 字符串 返回：提取出来的整数，-1 表示错误 \***************************************************************/ int GetIntInStr(const QString&s) { bool bOK = false; //是否发现了数字 int n = 0; int nLenS = s.length(); //字符串长度 ushort c = 0; for(int i = 0;i < nLenS;++i) { c = s[i].unicode(); if(c >= '0' && c <= '9') { bOK = true; n = n * 10 + (c - '0'); } } if(!bOK) { n = -1;//没有数字，返回 -1 } return n; } |
根据 std::map<int,QString> mapPort填充下拉列表框QComboBox cboPort的代码如下：
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ui->cboPort->clear(); for(std::map<int,QString>::iterator it = mapPort.begin(); it != mapPort.end();++it) { ui->cboPort->addItem(it->second); } |
1.3 配置、打开串口
配置、打开串口的代码如下：
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#include <QSerialPort> m_port = new QSerialPort(); m_port->setPortName("COM1"); //打开 COM1 m_port->setBaudRate(9600); //波特率：9600 m_port->setParity(QSerialPort::NoParity); //校验法：无 m_port->setDataBits(QSerialPort::Data8); //数据位：8 m_port->setStopBits(QSerialPort::OneStop); //停止位：1 m_port->setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl); //流控制：无 if(m_port->open(QIODevice::ReadWrite)) {//成功打开串口 m_port->setRequestToSend(true); //设置 RTS 为高电平 m_port->setDataTerminalReady(true); //设置 DTR 为高电平 } |
首先new一个QSerialPort对象，然后设置该对象的串行通讯参数，最后调用QSerialPort::open函数打开串口。
这里需要说明一下流控制。通讯的双方A和B，假如A给B发送数据时，B反应过慢，A不管不顾的不停发送数据，结果会导致数据丢失。为了防止这种情况发生，可使用流控制（也叫握手）。
软件流控制（XON/XOFF）：通讯的一方（B）如果不能及时处理串口数据，会给对方（A）发送XOFF字符，对方接收到这个字符后，会停止发送数据；B不再忙的时候，会给A发送XON字符，A接收到这个字符后，会接着发送数据。软件流控制最大的问题就是不能传输XON和XOFF。
硬件流控制（RTS/CTS）：硬件流控制需要按下图连接两个串口设备的RTS和CTS。
图1.3
通讯的一方（B）如果不能及时处理串口数据，会设置自己的RTS为低电平，B的RTS连着对方（A）的CTS，A发现自己的CTS为低电平，将停止发送数据；B不再忙的时候，会设置自己的RTS为高电平，A发现自己的CTS为高电平，将接着发送数据。
上面的代码中，设置流控制为无，其含义为：不管对方是否能够反应过来，这边只管发送数据。
当流控制为硬件时，系统会自动管理RTS和DTR的状态。否则，应该设置RTS和DTR为高电平，通知对方可以发送串口数据了。
1.4 setRequestToSend在Windows上的BUG
经测试，流控制为无时，调用m_port->setRequestToSend(true);是没有任何效果的。
下面的Qt源代码节选自文件C:\Qt\Qt5.7.0\5.7\Src\qtserialport\src\serialport\qserialport_win.cpp（C:\Qt\Qt5.7.0是Qt的安装目录）
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bool QSerialPortPrivate::setRequestToSend(bool set) { if (!::EscapeCommFunction(handle, set ? SETRTS : CLRRTS)) { setError(getSystemError()); return false; } return true; } |
上面的代码调用EscapeCommFunction(handle,SETRTS)似乎没什么问题，但是请看下面的代码：
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bool QSerialPortPrivate::setFlowControl(QSerialPort::FlowControl flowControl) { ... ... ... dcb.fRtsControl = RTS_CONTROL_DISABLE; switch (flowControl) { case QSerialPort::NoFlowControl: break; case QSerialPort::SoftwareControl: break; case QSerialPort::HardwareControl: dcb.fRtsControl = RTS_CONTROL_HANDSHAKE; break; ... ... ... |
硬件流控制时dcb.fRtsControl为RTS_CONTROL_HANDSHAKE，这个没问题。问题出在dcb.fRtsControl = RTS_CONTROL_DISABLE上，它直接禁用了RTS，所以EscapeCommFunction(handle,SETRTS)并不能设置RTS为高电平。
那么m_port->setDataTerminalReady(true)为什么又是正常的呢？看代码：
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bool QSerialPortPrivate::setDataTerminalReady(bool set) { ... ... ... dcb.fDtrControl = set ? DTR_CONTROL_ENABLE : DTR_CONTROL_DISABLE; ... ... ... } |
set 为 true 时，dcb.fDtrControl 为 DTR_CONTROL_ENABLE，所以可以设置DTR为高电平。
1.5 读取串口数据
m_port->readAll（函数QIODevice::readAll）用来读取串口数据。不过，它是异步执行的。什么是异步呢？那就是即使对方还没有发送串口数据，m_port->readAll也会立即返回，而不是傻傻的等着对方发送数据过来后再返回。
既然是异步的，那么何时读取串口数据就成为了关键。Qt提供的方案就是使用信号、槽。
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connect(m_port,SIGNAL(readyRead()),this,SLOT(slotReadData())); |
当对方发送串口数据后，将触发m_port的信号QIODevice::readyRead。上面的代码将信号readyRead与槽函数slotReadData连接了起来，因此槽函数slotReadData将被调用，其代码如下：
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void Widget::slotReadData() { QByteArray data; const int nMax = 64 * 1024; for(;;) { data = m_port->readAll(); //读取串口数据 if(data.isEmpty()) {//没有读取到串口数据就退出循环 break; } //读取到的串口数据，加入到QByteArray m_dataCom m_dataCom.append(data); if(m_dataCom.size() > nMax) {//防止 m_dataCom 过长 m_dataCom = m_dataCom.right(nMax); } } ui->txtRecv->setText(m_dataCom); //将 m_dataCom 显示到文本框 ui->txtRecv->moveCursor(QTextCursor::End); //移动文本框内的插入符 } |
1.6 发送串口数据
m_port->write（函数QIODevice::write）用来发送串口数据，不过它也是异步的。也就是说：代码m_port->write("123");会立即返回，至于数据"123"何时会发送给对方，那是操作系统的事情。操作系统不忙的时候，才会做此项工作。
参考如下代码：
char szData[1024];
memset(szData,'1',sizeof(szData));
szData[sizeof(szData)-1]='\0';
m_port->write(szData);
m_port->close();m_port->write(szData);会把1023字节的'1'发送出去。假如波特率为1200，则这些数据需要9秒才能发送完毕。因为m_port->write是异步执行的，所以m_port->write(szData)只是把数据提交给了操作系统就立即返回了。操作系统克隆了一份串口数据szData，在空闲的时候发送，还没发送完毕m_port->close()就被执行了。结果就是大部分的串口数据丢失。
为了保证上述代码不丢失串口数据，需要将异步通讯更改为同步通讯：
char szData[1024];
memset(szData,'1',sizeof(szData));
szData[sizeof(szData)-1]='\0';
m_port->write(szData);
m_port->waitForBytesWritten(10000);
m_port->close();就增加了一行代码m_port->waitForBytesWritten(10000);其含义为：操作系统把串口数据发送出去后，m_port->waitForBytesWritten才会返回。不过，总不能无限制等下去吧？10000就是等待时间的最大值，其单位为毫秒，10000毫秒就是10秒。
1.7 同步读取
异步通讯的效率比较高，但是代码结构比较复杂。有时，需要同步读取。如：给对方发送字符串 Volt，对方回应电压值 5。代码会这么写：
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m_port->write("Volt"); m_port->waitForBytesWritten(5000); QByteArray data; for(;;) { data = m_port->readAll(); //读取串口数据 if(!data.isEmpty()) {//读到数据了，退出循环 break; } } |
通过一个无限循环，将异步读取变成了同步读取。不过，上述代码运行时，CPU占用率将会达到100%（单核CPU）。为此，需要改进代码：
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m_port->write("Volt"); m_port->waitForBytesWritten(5000); QByteArray data; while(m_port->waitForReadyRead(3000)) { data = m_port->readAll(); //读取串口数据 if(!data.isEmpty()) {//读到数据了，退出循环 break; } } |
修改了一行代码m_port->waitForReadyRead(3000)，其含义为等待对方发送串口数据过来。如果对方发送串口数据过来了，它返回true，然后使用m_port->readAll读取串口数据；如果对方在3秒内都没有发送串口数据过来，它返回false，退出循环。
1.8 本文示例代码
本文示例代码已上传至 git 服务器，具体如下：
https://github.com/hanford77/SerialPort
https://git.oschina.net/hanford/SerialPort
为了便于测试，可使用Virtual Serial Port Driver 7.1创建一个串口对COM100、COM200，如下图所示：
图1.4
上图的COM100、COM200是虚拟出来的。COM100发送的数据将会被COM200接收到，反之亦然。下图是测试界面：
图1.5
本文示例代码打开了COM100，另一个串行通讯程序打开了COM200。两者可以相互发送数据。
1.9 Qt 示例代码
安装完 Qt 5.7.0 后，Qt 串行通讯的示例代码也被安装了，如下图所示：
图1.6
C:\Qt\Qt5.7.0是笔者安装Qt 5.7.0时的安装目录。
需要进一步了解Qt串行通讯的可查看这些示例。如：creaderasync 表示异步读取；creadersync 表示同步读取……更多信息查看Qt帮助。
