Linux串口发送缓冲区的使用方法及优化技巧。-猿码集

1. 介绍

Linux系统在串口通信中使用串口发送缓冲区来存储待发送的数据，通过优化发送缓冲区的使用，可以提高串口发送的效率和稳定性。本文将介绍Linux串口发送缓冲区的使用方法以及优化技巧。

2. Linux串口发送缓冲区的基本知识

2.1 发送缓冲区的结构

Linux系统中的串口设备驱动使用了一种称为循环队列的数据结构来实现串口发送缓冲区。循环队列由一个固定大小的缓冲区和两个指针组成，一个指针指向缓冲区的起始位置，另一个指针指向缓冲区的结束位置。

当数据被写入到发送缓冲区时，写指针会向前移动，并且当写指针达到缓冲区的结束位置时会回到缓冲区的起始位置，形成循环。

当数据从发送缓冲区读取并发送到串口设备时，读指针会向前移动，并且当读指针达到写指针的位置时，表示缓冲区为空。

2.2 发送缓冲区的大小

发送缓冲区的大小一般在串口设备的驱动中定义，根据系统的需求和性能考虑进行设置。较大的发送缓冲区可以存储更多的数据，减少CPU与串口设备的通信频率，提高性能。但是过大的发送缓冲区可能会浪费内存资源，过小的发送缓冲区可能会导致数据丢失。

3. Linux串口发送缓冲区的使用方法

3.1 打开串口设备

在使用Linux系统进行串口通信之前，首先需要打开串口设备。可以使用open系统调用打开串口设备文件并获取一个文件描述符。示例代码如下：


#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
int main() {
    int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }
    // ...
    close(fd);
    return 0;
}

在打开串口设备时，一般需要设置一些串口的属性，例如波特率、数据位、停止位等。这些串口属性的设置可以使用tcsetattr函数进行配置。

3.2 写入数据到发送缓冲区

一旦串口设备打开成功，就可以将待发送的数据写入发送缓冲区。可以使用write函数将数据写入到打开的串口设备文件描述符中。示例代码如下：


#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
int main() {
    int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }
    
    char data[] = "Hello, World!";
    ssize_t num = write(fd, data, sizeof(data));
    if (num == -1) {
        perror("write");
        close(fd);
        return -1;
    }
    
    close(fd);
    return 0;
}

注意：当发送缓冲区已满时，write函数可能会被阻塞，直到有足够的空间可以容纳待发送的数据。

3.3 优化发送缓冲区的使用

为了提高发送缓冲区的使用效率，可以考虑以下优化技巧：

3.3.1 数据拆分发送

当待发送的数据量较大时，可以将数据拆分为多个较小的块进行发送。这样可以减小单个write操作的数据量，从而减少被阻塞的概率。


#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
int main() {
    int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }
    
    char data[] = "Hello, World!";
    size_t len = sizeof(data);
    ssize_t total = 0;
    
    while (total < len) {
        ssize_t num = write(fd, data + total, len - total);
        if (num == -1) {
            perror("write");
            close(fd);
            return -1;
        }
        
        total += num;
    }
    
    close(fd);
    return 0;
}

3.3.2 使用非阻塞模式

在打开串口设备时，可以使用O_NONBLOCK标志将串口设备设置为非阻塞模式。这样在写入数据到发送缓冲区时，write函数不会被阻塞，并且会立即返回已成功发送的字节数。


int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);

3.3.3 监控发送缓冲区的状态

可以使用tcdrain函数来等待发送缓冲区为空。


#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <termios.h>
int main() {
    int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }
    
    char data[] = "Hello, World!";
    ssize_t num = write(fd, data, sizeof(data));
    if (num == -1) {
        perror("write");
        close(fd);
        return -1;
    }
    
    tcdrain(fd);  // 等待发送缓冲区为空
    
    close(fd);
    return 0;
}

4. 总结

本文介绍了Linux系统中串口发送缓冲区的基本知识和使用方法，并给出了优化发送缓冲区使用的技巧。通过合理配置发送缓冲区的大小、将数据拆分发送、使用非阻塞模式以及监控发送缓冲区的状态，可以提高串口通信的效率和稳定性。

Linux串口发送缓冲区的使用方法及优化技巧。