嵌入式Qt中實現串口讀取的事件驅動方法

在嵌入式Linux系統的UI設計中，比較常見的是使用Qt庫來實現。而在Qt中進行程序設計時，也經常會用到串口（UART）通信。現在基於Qt5.1以上的版本中，集成有串口模塊（如QSerialPort），或者使用第三方開發的串口模塊控件（如qextserialport等）。但無論采用哪種方式，在Linux系統下對於串口的數據接收都只能使用查詢（Polling）的方式來實現，而在Windows系統下就可以使用效率較高的所謂事件驅動（EventDriven）方式。查詢方式需要CPU反復對串口進行讀取，看是否有發送來的可讀數據，因此會消耗大量的CPU資源，一般的做法是把串口查詢放到一個新建的線程中，以獲得較高的效率。而對於事件方式則不同，只要串口接收到數據，就會以事件的方式通知CPU去執行相關的操作，在沒有接收到數據時CPU可以做其他事情，所以效率較高，使用起來也很方便。

其實有Qt的官方文檔中，並不推薦使用線程的方式來處理，因此給出了其替代的多種方案，其中之一就是使用QSocketNotifier的方式。在Qt4.0及以上的版本中，新增加了一個名為QSocketNotifier的模塊，它用來監聽系統文件的操作，把操作轉換為Qt事件進入系統的消息循環隊列，並調用預先設置的事件接受函數來處理事件。這就為Linux下的Qt串口通信提供了另外的解決方案。下面就來討論一下，結合Qt中的QSocketNotifier模塊，如何實現一個通用的、基於事件驅動的串口通信程序。 

QSocketNotifier一共設置了三類事件：read、write、exception，具體如下表所示。

在使用QSocketNotifier來處理串口時，只需要設置為Read屬性即可。每個QSocketNotifie對象監聽一個事件，在使用open方法打開串口並設置好屬性后,就可以使用Qt的類 QSocketNotifier來監聽串口是否有數據可讀，它是事件驅動的，配合Qt的信號/槽機制，當有數據可讀時，QSocketNotifier就會發射ativated信號，只需要創建一個槽連接到該信號即可，然后在槽函數中處理串口讀到的數據。這樣一來，讀取串口的任務就不用新開辟線程來處理了，這就是Qt官方給出的建議。

主程序代碼如下。 

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"

#include <QSocketNotifier>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <stdio.h>
int fdUart;
int len=0,count=0;
char read_data[100];
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
    QMainWindow(parent),
    ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);
    readTimer = new QTimer(this);      //新建一個定時器，用於接收超時控制
    connect(readTimer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(readMyCom())); //定時器連接槽函數
    UART_Init();    //串口初始化
    QSocketNotifier *m_notifier;    
    m_notifier = new QSocketNotifier(fdUart, QSocketNotifier::Read, this);//新建一個QSocketNotifier對象，用於偵測串口是否有數據可讀取  
    connect(m_notifier, SIGNAL(activated(int)), this, SLOT(remoteDataIncoming(void)));//QSocketNotifier對象連接槽函數
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
}

void MainWindow::remoteDataIncoming(void)   //串口接收槽函數
{
    char buff[8]={0,0,0,0,0,0,0,0}; //定義8字節的緩沖區
    int lenth=0;        //定義接收長度
    lenth = read(fdUart,buff,8);    //讀取串口8字節到緩沖區buff中並返回實際長度
    if(lenth>0 && lenth<8)  //本次只接收到小於8個字節的數據
    {
        if(count == 0)      //本幀數據小於8字節
        {
            len = lenth;
            for(int i=0;i<lenth;i++)
                read_data[i] = buff[i];     //把長度和內容賦值給全局變量
        }
        else                //上次已經接收到至少8字節數據，本次為最后的小於8字節數據
        {
            readTimer->stop();      //關閉定時器
            len = len + lenth;
            for(int i=0;i<lenth;i++)
                read_data[i+8*count] = buff[i];

        }
        readMyCom();        //只要接收數據少於8字節，即完成接收
    }
    else if(lenth>0)        //接收了8個字節，本幀數據很可能不止8字節
    {
        readTimer->stop();      //關閉定時器
        len = len + lenth;
        for(int i=0;i<8;i++)
            read_data[i+8*count] = buff[i];
        count++;                  //count為接收到8字節數據的次數
        readTimer->start(70);     //設置定時為70ms
    }
}

void MainWindow::readMyCom(void) //定時超時槽函數
{
    readTimer->stop();      //關閉定時器
    ReadCom(len, read_data); //調用串口接收服務函數並把參數（實際長度及其內容）傳遞過去
    for(int i=0;i<len;i++)  //清空接收內容
        read_data[i] = 0;
    len = 0;                //長度歸零
    count = 0;              //次數歸零
}

void MainWindow::ReadCom(int leng, char data[]) //串口接收服務函數
{
    ui->label->setText(QString::number(leng));
    ui->label_2->setText(data);
}

int MainWindow::UART_Init(void)
{
    fdUart = open("/dev/ttySAC1", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);//打開串口，配置為可讀可寫、不分配為控制終端、無延時
    printf("fcntl=%d\n",fcntl(fdUart,F_SETFL,0));  //讓串口進入阻塞狀態
    printf("isatty=%d\n",isatty(STDIN_FILENO));        //確定是否為一個終端設備
    Setup_Serial(fdUart, 9600, 8, 'N', 1);    //進行串口相關配置
    return fdUart;
}

int MainWindow::Setup_Serial(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)//串口配置函數
{
    struct termios newtio,oldtio;
    if (tcgetattr(fd,&oldtio) != 0)
    {
        perror("Setup Serial save error!");
        return -1;
    }
    bzero(&newtio, sizeof(newtio));
    newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
    switch(nBits)
    {
        case 5:
        newtio.c_cflag |= CS5;
        break;
        case 6:
        newtio.c_cflag |= CS6;
        break;
        case 7:
        newtio.c_cflag |= CS7;
        break;
        case 8:
        newtio.c_cflag |= CS8;
        break;
    }
    switch(nEvent)
    {
        case 'O':
        newtio.c_cflag |= PARENB;
        newtio.c_cflag |= PARODD;
        newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
        break;
        case 'E':
        newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
        newtio.c_cflag |= PARENB;
        newtio.c_cflag &= ~PARODD;
        break;
        case 'N':
        newtio.c_cflag &= ~PARENB;
        break;
    }
    switch(nSpeed)
    {
        case 1200:
        cfsetispeed(&newtio, B1200);
        cfsetospeed(&newtio, B1200);
        break;
        case 2400:
        cfsetispeed(&newtio, B2400);
        cfsetospeed(&newtio, B2400);
        break;
        case 4800:
        cfsetispeed(&newtio, B4800);
        cfsetospeed(&newtio, B4800);
        break;
        case 9600:
        cfsetispeed(&newtio, B9600);
        cfsetospeed(&newtio, B9600);
        break;
        case 19200:
        cfsetispeed(&newtio, B19200);
        cfsetospeed(&newtio, B19200);
        break;
        case 38400:
        cfsetispeed(&newtio, B38400);
        cfsetospeed(&newtio, B38400);
        break;
        case 57600:
        cfsetispeed(&newtio, B57600);
        cfsetospeed(&newtio, B57600);
        break;
        case 115200:
        cfsetispeed(&newtio, B115200);
        cfsetospeed(&newtio, B115200);
        break;
        default:
        cfsetispeed(&newtio, B9600);
        cfsetospeed(&newtio, B9600);
        break;
    }
    if(nStop == 1)
        newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
    else if (nStop == 2)
        newtio.c_cflag |= CSTOPB;
        newtio.c_cc[VTIME] = 0;
        newtio.c_cc[VMIN] = 0;
        tcflush(fd,TCIFLUSH);
    if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)
    {
        perror("Setup Serial error!");
        return -1;
    }
    printf("Setup Serial complete!\n");
    return 0;
}

void MainWindow::WriteCom(int leng, char data[])
{
    write(fdUart, data, leng);
}

頭文件內容如下。

#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>
#include <QTimer>

namespace Ui {
class MainWindow;
}

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);
    ~MainWindow();

private:
    Ui::MainWindow *ui;
    QTimer *readTimer;
    int UART_Init(void);
    int Setup_Serial(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop);
    void ReadCom(int leng, char data[]);
    void WriteCom(int leng, char data[]);

private slots:
    void remoteDataIncoming(void);
    void readMyCom(void);
};

#endif // MAINWINDOW_H

經過實驗，上述代碼在S3C2416+Linux3.6.6+Qt4.8.7的系統中，波特率從1200到115200，字符數量從1個到100個，都能夠實現正常通信，並沒有發生數據丟失的情況。