C++使用boost库编写串口同步通信代码

以下是使用Boost.Asio实现同步串口通信的示例代码：

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>

using namespace boost::asio;
using namespace boost::system;

class SyncSerialPort
{
public:
    SyncSerialPort(const std::string& port, unsigned int baud_rate)
        : io_(), port_(io_)
    {
        // 打开串口
        port_.open(port);

        // 配置串口参数
        port_.set_option(serial_port::baud_rate(baud_rate));
        port_.set_option(serial_port::flow_control(serial_port::flow_control::none));
        port_.set_option(serial_port::parity(serial_port::parity::none));
        port_.set_option(serial_port::stop_bits(serial_port::stop_bits::one));
        port_.set_option(serial_port::character_size(8));
    }

    // 同步写入数据
    void write(const std::string& data)
    {
        try {
            size_t bytes_written = write(port_, buffer(data));
            std::cout << "Sent " << bytes_written << " bytes" << std::endl;
        }
        catch (const boost::system::system_error& e) {
            std::cerr << "Write error: " << e.what() << std::endl;
        }
    }

    // 同步读取数据（带超时）
    std::string read(size_t timeout_sec = 5)
    {
        try {
            // 设置超时
            deadline_timer timer(io_);
            timer.expires_from_now(boost::posix_time::seconds(timeout_sec));
            
            std::string result;
            char buf[128];
            
            while (true) {
                size_t bytes_read = port_.read_some(buffer(buf));
                result.append(buf, bytes_read);
                
                // 检查是否满足停止条件（例如收到特定结束符）
                if (result.find('\n') != std::string::npos) {
                    break;
                }
                
                // 检查超时
                if (timer.expires_at() <= deadline_timer::traits_type::now()) {
                    port_.cancel();  // 取消IO操作
                    throw boost::system::system_error(
                        error::operation_aborted, "Read timeout");
                }
            }
            return result;
        }
        catch (const boost::system::system_error& e) {
            std::cerr << "Read error: " << e.what() << std::endl;
            return "";
        }
    }

private:
    io_context io_;
    serial_port port_;
};

int main()
{
    try {
        // 创建串口对象（Windows使用"COM3"格式）
        SyncSerialPort serial("/dev/ttyUSB0", 115200);

        // 发送数据
        serial.write("AT\\r\\n");

        // 接收数据（带5秒超时）
        std::string response = serial.read();
        std::cout << "Received: " << response << std::endl;
    }
    catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

代码特点说明：

1. 同步操作核心方法：

   • write()：使用boost::asio::write()进行阻塞式写入
   • read()：使用read_some()进行分块读取，支持超时控制

2. 超时控制机制：

   deadline_timer timer(io_);
   timer.expires_from_now(boost::posix_time::seconds(timeout_sec));
   

   使用deadline_timer实现超时控制，防止永久阻塞

3. 数据接收策略：

   while (true) {
       size_t bytes_read = port_.read_some(buffer(buf));
       // ...处理数据...
   }
   

   持续读取直到满足停止条件（如检测到换行符）

4. 错误处理：

   • 使用try-catch块捕获system_error
   • 自动处理串口断开等异常情况

编译命令（Linux）：

g++ -std=c++11 -o sync_serial sync_serial.cpp -lboost_system -lpthread

同步 vs 异步的选择建议：

特性	同步通信	异步通信
代码复杂度	简单	较复杂（需要回调管理）
性能	适合低频操作	适合高并发场景
线程占用	阻塞当前线程	非阻塞，配合io_context使用
适用场景	简单命令/响应模式	需要同时处理多个I/O操作
超时控制	需要手动实现	可集成到异步操作链中

扩展建议：

1. 协议解析：

   // 在read方法中添加协议解析逻辑
   if (response.find("OK") != std::string::npos) {
       // 处理成功响应
   }
   

2. 二进制数据传输：

   // 使用vector<uint8_t>代替string
   std::vector<uint8_t> binary_data = {0x01, 0x02, 0x03};
   write(port_, buffer(binary_data));
   

3. 流量控制：

   // 启用硬件流控
   port_.set_option(serial_port::flow_control(
       serial_port::flow_control::hardware));
   

4. 错误重试机制：

   bool send_with_retry(const std::string& data, int max_retries = 3) {
       for (int i = 0; i < max_retries; ++i) {
           try {
               write(data);
               return true;
           } catch (...) {
               // 等待后重试
               sleep(1);
           }
       }
       return false;
   }
   

此同步实现方案适合以下场景：

• 需要简单快速的串口测试工具
• 单线程环境下操作串口
• 对实时性要求不高的配置类操作
• 硬件调试时的交互式操作