Linux USB串行线输入可能会丢失尾随的新线路

Question

我仅根据可打印字符来测试串行通信协议。 该设置的PC由USB连接到Arduino板。 PC USB串行以规范模式运行，没有回声，没有流量控制，9600波特。 由于请求读取超时，因此在串行读取之前调用Pselect。 Arduino董事会只是回荡了每个接收的角色而无需进行任何处理。 PC OS是Linux霓虹灯，内核5.13.0-40代。

当特定长度的线从PC传输并由Arduino回声时，除了丢失的最终新线路外，它们会正确接收。 进一步读取，返回一个空行（以前缺少的NL）。 具有不同长度的线条可传输并正确接收，包括尾随的NL。

这种行为是完全可重复且稳定的。以下代码重现了一条以65个字符（包括NL）的线路传输的线路，并以64个长度（NL缺失）接收。其他线长度正常。

感谢您的提示。

/* remote serial loop test 20220626 */

#include <errno.h>
#include <fcntl.h> 
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/select.h>
#include <string.h>
#include <termios.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>


#define TX_MINLEN 63
#define TX_MAXLEN 66
#define DATA_MAXLEN 128

#define LINK_DEVICE "/dev/ttyUSB0"
#define LINK_SPEED B9600
#define RECEIVE_TIMEOUT 2000



int main()
{
    int wlen;
    int retval;
    int msglen;

    uint8_t tx_data[257] = {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};
    for (int i=16; i < 256; i++) tx_data[i] = tx_data[i & 0xf];
    uint8_t rx_data[257];

  /* serial interface */
  char * device;
  int speed;
  int fd;
  fd_set fdset;
  struct timespec receive_timeout;
  struct timespec *p_receive_timeout = &receive_timeout;
  struct termios tty;

  /* open serial device in blocking mode */
  fd = open(LINK_DEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY);
  if (fd < 0) {
    printf("Error opening %s: %s\n",LINK_DEVICE,strerror(errno));
    return -1;
  }

  /* prepare serial read by select to have read timeout */
  FD_ZERO(&(fdset));
  FD_SET(fd,&(fdset));

  if (RECEIVE_TIMEOUT >= 0) {
    p_receive_timeout->tv_sec = RECEIVE_TIMEOUT / 1000;
    p_receive_timeout->tv_nsec = RECEIVE_TIMEOUT % 1000 * 1000000;
  }
  else
    p_receive_timeout = NULL;

  /* get termios structure */
  if (tcgetattr(fd, &tty) < 0) {
      printf("Error from tcgetattr: %s\n", strerror(errno));
      return -1;
  }

  /* set tx and rx baudrate */
  cfsetospeed(&tty, (speed_t)LINK_SPEED);
  cfsetispeed(&tty, (speed_t)LINK_SPEED);

  /* set no modem ctrl, 8 bit, no parity, 1 stop */
  tty.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);    /* ignore modem controls */
  tty.c_cflag &= ~CSIZE;
  tty.c_cflag |= CS8;         /* 8-bit characters */
  tty.c_cflag &= ~PARENB;     /* no parity bit */
  tty.c_cflag &= ~CSTOPB;     /* only need 1 stop bit */
  tty.c_cflag &= ~CRTSCTS;    /* no hardware flowcontrol */

  /* canonical mode: one line at a time (\n is line terminator) */
  tty.c_lflag |= ICANON | ISIG;
  tty.c_lflag &= ~(ECHO | ECHOE | ECHONL | IEXTEN);

  /* input control */
  tty.c_iflag &= ~IGNCR;  /* preserve carriage return */
  tty.c_iflag &= ~INPCK;  /* no parity checking */
  tty.c_iflag &= ~INLCR;  /* no NL to CR traslation */
  tty.c_iflag &= ~ICRNL;  /* no CR to NL traslation */
  tty.c_iflag &= ~IUCLC;  /* no upper to lower case mapping */
  tty.c_iflag &= ~IMAXBEL;/* no ring bell at rx buffer full */
  tty.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);/* no SW flowcontrol */

  /* no output remapping, no char dependent delays */
  tty.c_oflag = 0;

  /* no additional EOL chars, confirm EOF to be 0x04 */
  tty.c_cc[VEOL] = 0x00;
  tty.c_cc[VEOL2] = 0x00;
  tty.c_cc[VEOF] = 0x04;

  /* set changed attributes really */
  if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &tty) != 0) {
      printf("Error from tcsetattr: %s\n", strerror(errno));
      return -1;
  }

  /* wait for serial link hardware to settle, required by arduino reset
   * triggered by serial control lines */
  sleep(2);

  /* empty serial buffers, both tx and rx */
  tcflush(fd,TCIOFLUSH);


  /* repeat transmit and receive, each time reducing data length by 1 char */
  for (int l=TX_MAXLEN; l > TX_MINLEN - 1; l--) {

    /* prepare data: set EOL and null terminator for current length */
    tx_data[l] = '\n';
    tx_data[l+1] = 0;

    /* send data */
    int sent = write(fd,tx_data,l+1);

    /* receive data */

    /* wait for received data or for timeout */
    retval = pselect(fd+1,&(fdset),NULL,NULL,p_receive_timeout,NULL);

    /* check for error or timeout */
    if (retval < 0)
      printf("pselect error: %d - %s\n",retval,strerror(errno));
    else if (retval == 0)
      printf("serial read timeout\n");

    /* there is enough data for a non block read: do read */
    msglen = read(fd,&rx_data,DATA_MAXLEN);

    /* check rx data length */  
    if (msglen != l+1)
      printf("******** RX ERROR: sent %d, received %d\n",l+1,msglen);
    else
      continue;

    /* check received data, including new line if present */
    for (int i=0; i < msglen; i++) {
      if (tx_data[i] == rx_data[i])
        continue;
      else {
        printf("different rx data:|%s|\n",rx_data);
        break;
      }
    }

    /* clear RX buffer */
    for (int i=0; i < msglen + 1; i++) rx_data[i] = 0;

  }
}

Answer 1

进行基于流的通信时，无论是通过管道，串行端口还是TCP插座，您都可以从不也可能是固定尺寸的块）。原因是，基于流的通信始终可以将传输堆栈（甚至可能是发件人）的任何部分分为多个块，并且永远没有保证单个读取将始终读取完整块。

例如，您始终可以遇到MicroController在调用read（）时仍在发送消息的竞赛条件，因此并非所有字符都经过准确的读取。就您而言，这不是您所看到的，因为那将是一种随机现象（随着计算机上的中断负载的增加会更糟），并且不容易再现。取而代之的是，由于您在这里谈论数字64，所以您遇到了静态缓冲区大小在内核的tty驱动程序中使用，它最多只能一次返回64个字节，而不管指定的读取大小实际是什么。但是，在其他情况下，仍然可能会看到内核仅返回第一个读取（）中的第几个字符，而第二个字符，其余的，具体取决于精确的定时细节 - 您可能还没有看到这一点，但是它一定会在某个时候发生。

在流中正确实施通信协议的唯一可靠方法（串行端口，管道，TCP插座等）是考虑以下内容：

• 对于固定尺寸的数据（例如，始终是n size in size in size的通信单元）以循环循环读取（）调用直到您完全阅读适量的字节（遵循不完整读取的读取显然会要求比原始读取的字节更少，只是为了弥补差异），
• 以弥补可变大小的数据（例如，通信由线端端字符分开的单元）有两个选择：要么您一次仅读取一个字符，直到您达到线结束字符（效率低下，使用大量Syscalls），或者您继续跟踪通信通过足够大的缓冲区来陈述，您可以不断地填充read（）操作，直到缓冲区包含线端字符，此时您可以从缓冲区中删除该线路（但要保留其余）并处理该线路。

顺便说一句，如果您在串行通信中做任何事情，我可以非常推荐优秀的 libserialport 库（LGPLV3许可证），使使用串行端口的工作更容易 - 并且具有跨平台的好处。 （没有帮助您的问题，只是想我要提到的。）

Answer 2

从Linux内核版本升级5.13.0-40代到5.13.0-51总计解决了问题。