SerialPort.cpp

#include "SerialPort.h"

#include <fcntl.h>
#include <sys/select.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>

#include <cstring>
#include <iostream>
#include <sstream>

SerialPort::SerialPort() : m_fd(-1) {
}

SerialPort::~SerialPort() {
	close();
}

bool SerialPort::open(const std::string& portName, int baudRate) {
	// 如果已经打开，先关闭
	if (m_fd >= 0) {
		close();
	}

	m_portName = portName;

	// 以读写方式打开串口，不占用控制终端，非阻塞模式
	m_fd = ::open(portName.c_str(), O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);
	if (m_fd < 0) {
		m_errorMsg = "打开串口失败: " + std::string(strerror(errno));
		return false;
	}

	// 设置串口参数
	if (!configurePort(baudRate)) {
		::close(m_fd);
		m_fd = -1;
		return false;
	}

	return true;
}

void SerialPort::close() {
	if (m_fd >= 0) {
		::close(m_fd);
		m_fd = -1;
	}
}

bool SerialPort::configurePort(int baudRate) {
	struct termios options;

	// 获取当前串口属性
	if (tcgetattr(m_fd, &options) != 0) {
		m_errorMsg = "获取串口属性失败: " + std::string(strerror(errno));
		return false;
	}

	// 设置波特率
	speed_t speed = getBaudRateConstant(baudRate);
	if (speed == B0) {
		m_errorMsg = "不支持的波特率: " + std::to_string(baudRate);
		return false;
	}

	cfsetispeed(&options, speed);
	cfsetospeed(&options, speed);

	// 控制模式标志
	options.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);  // 启用接收器，忽略调制解调器控制线
	options.c_cflag &= ~CSIZE;			  // 清除数据位设置
	options.c_cflag |= CS8;				  // 8位数据位
	options.c_cflag &= ~PARENB;			  // 无校验位
	options.c_cflag &= ~CSTOPB;			  // 1位停止位
	options.c_cflag &= ~CRTSCTS;		  // 禁用硬件流控制

	// 本地模式标志
	options.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);	 // 原始输入模式

	// 输入模式标志
	options.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY);	  // 禁用软件流控制
	options.c_iflag &= ~(INLCR | ICRNL | IGNCR);  // 禁用换行符转换

	// 输出模式标志
	options.c_oflag &= ~OPOST;	// 原始输出模式

	// 设置读取超时
	options.c_cc[VMIN] = 0;	  // 非阻塞模式，read立即返回
	options.c_cc[VTIME] = 1;  // 超时时间 100ms (单位：分秒)

	// 清空缓冲区
	tcflush(m_fd, TCIOFLUSH);

	// 应用设置
	if (tcsetattr(m_fd, TCSANOW, &options) != 0) {
		m_errorMsg = "设置串口属性失败: " + std::string(strerror(errno));
		return false;
	}

	return true;
}

speed_t SerialPort::getBaudRateConstant(int baudRate) {
	switch (baudRate) {
	case 9600:
		return B9600;
	case 19200:
		return B19200;
	case 38400:
		return B38400;
	case 57600:
		return B57600;
	case 115200:
		return B115200;
	case 230400:
		return B230400;
	case 460800:
		return B460800;
	case 500000:
		return B500000;
	case 576000:
		return B576000;
	case 921600:
		return B921600;
	case 1000000:
		return B1000000;
	case 1152000:
		return B1152000;
	case 1500000:
		return B1500000;
	case 2000000:
		return B2000000;
	case 2500000:
		return B2500000;
	case 3000000:
		return B3000000;
	case 3500000:
		return B3500000;
	case 4000000:
		return B4000000;
	default:
		return B0;	// 无效波特率
	}
}

int SerialPort::write(const uint8_t* data, int length) {
	if (m_fd < 0) {
		m_errorMsg = "串口未打开";
		return -1;
	}

	int bytesWritten = ::write(m_fd, data, length);
	if (bytesWritten < 0) {
		m_errorMsg = "写入失败: " + std::string(strerror(errno));
		return -1;
	}

	// 确保数据完全发送
	tcdrain(m_fd);

	return bytesWritten;
}

int SerialPort::writeString(const std::string& str, bool addNewline) {
	std::string toSend = str;
	if (addNewline) {
		toSend += "\n";
	}

	return write(reinterpret_cast<const uint8_t*>(toSend.c_str()), toSend.length());
}

int SerialPort::read(uint8_t* buffer, int maxLength, int timeoutMs) {
	if (m_fd < 0) {
		m_errorMsg = "串口未打开";
		return -1;
	}

	fd_set readSet;
	struct timeval timeout;

	FD_ZERO(&readSet);
	FD_SET(m_fd, &readSet);

	timeout.tv_sec = timeoutMs / 1000;
	timeout.tv_usec = (timeoutMs % 1000) * 1000;

	// 等待数据可读
	int selectResult = select(m_fd + 1, &readSet, NULL, NULL, (timeoutMs >= 0) ? &timeout : NULL);

	if (selectResult < 0) {
		m_errorMsg = "select错误: " + std::string(strerror(errno));
		return -1;
	} else if (selectResult == 0) {
		// 超时，没有数据
		return 0;
	}

	// 读取数据
	int bytesRead = ::read(m_fd, buffer, maxLength);
	if (bytesRead < 0) {
		m_errorMsg = "读取失败: " + std::string(strerror(errno));
		return -1;
	}

	return bytesRead;
}

std::string SerialPort::readLine(int timeoutMs) {
	std::string line;
	uint8_t ch;
	while (true) {
		int bytesRead = read(&ch, 1, timeoutMs);
		if (bytesRead == 1) {
			if (ch == '\n') {
				break;	// 遇到换行符结束
			} else if (ch != '\r') {
				line += static_cast<char>(ch);	// 忽略回车符
			}
		} else if (bytesRead == 0) {
			// 超时，返回已读取的部分
			break;
		} else {
			// 错误
			break;
		}
	}

	return line;
}

void SerialPort::flush() {
	if (m_fd >= 0) {
		tcflush(m_fd, TCIOFLUSH);
	}
}