启用两个线程，一个线程负责rs485的发送，一个负责rs485的接收（1）

1. 总述

我们使用C语言编写多线程程序来实现RS485的发送和接收。由于RS485是半双工通信，同一时刻只能发送或接收，因此我们需要一个互斥锁（mutex）来控制对串口的访问，避免同时发送和接收。

一般步骤：

1）包含必要的头文件；

2）定义互斥锁，用于保护串口资源；

3）创建发送线程和接收线程；

4）发送线程函数：获取互斥锁，发送数据，释放互斥锁；

5）接收线程函数：获取互斥锁，接收数据，释放互斥锁；

6）主函数：初始化互斥锁，创建线程，等待线程结束。

注意：实际串口操作需要用到串口设备文件（如"/dev/ttyS0"）和相应的串口配置，这里我们使用伪代码表示串口操作。

2. 具体方案

（1）初步方案

• 方案1

由于RS485通常需要控制方向（发送使能），这里假设我们使用一个GPIO来控制方向。但在多线程中，我们通过互斥锁保证同一时间只有一个操作（发送或接收），并且在发送前设置方向为发送，发送完后立即设置为接收。同样，接收线程在接收前也应确保方向为接收（但通常我们在发送时切换方向，接收时切换回来）。

然而，为了简化，我们可以在发送线程中设置方向，接收线程则一直处于接收状态（除了发送期间）。但注意：在发送期间，接收是无效的，所以接收线程在发送期间应该等待。因此，我们使用互斥锁来保护整个发送和接收过程，确保发送时不会接收，接收时也不会发送（但接收线程在等待锁的时候，实际上是在等待发送完成）。

• 方案2

另一种做法：由于半双工，可以将发送和接收都放在同一个互斥锁的保护下，这样就不会同时进行。但是这样会导致接收线程在等待锁时无法接收数据，可能会丢失数据。因此，需要更精细的控制。

• 小结

实际中，RS485通信通常由发送方控制总线，发送完成后释放总线，接收方在总线上没有数据时进行接收。因此，我们设计：

• 发送线程：在需要发送时，获取锁，设置方向为发送，发送数据，然后设置方向为接收，释放锁。
• 接收线程：尝试获取锁，但如果获取不到（说明正在发送），则等待；获取到锁后，进行接收操作，然后释放锁。

但是这样接收线程在发送时会被阻塞，而发送完成后接收线程才能接收。这并不符合实际，因为发送时接收线程阻塞，但发送完成后，接收线程才能开始接收，而此时可能已经错过了数据。

（2）改进措施

因此，我们需要重新考虑：实际上，接收线程应该一直处于接收状态，除非发送线程正在发送。所以，我们可以这样：

• 使用一个条件变量，当发送线程工作时，接收线程等待；发送完成后，通知接收线程开始接收。

然而，这仍然有问题，因为接收是持续的过程。

所以，另一种做法是：

• 发送线程在发送时，需要控制方向，并且在此期间接收线程不能操作串口（因为方向改变了，接收会出错）。

所以接收线程在发送期间应该停止接收，但这样可能会丢失数据。

因此通常的做法是：

• 在发送线程中，发送前设置方向为发送，然后发送数据，发送完后立即设置方向为接收；
• 而接收线程则一直尝试读取串口，但在发送期间，由于方向是发送，接收线程读到的可能是发送出去的数据（自发自收）或者乱码。所以，我们需要在软件层面过滤掉发送期间的数据。

考虑到复杂性，我们这里采用简单的互斥锁保护整个串口操作（包括设置方向和读写），保证同一时间只有一个线程操作串口。这样，接收线程在发送期间被阻塞，不会读取数据。但是，这样会导致发送期间接收线程不能接收，可能会丢失其它设备发送过来的数据（如果发送时间较长）。因此，在实际应用中，发送应该尽量快速，并且接收线程的阻塞时间要尽可能短。

另外，也可以考虑将接收线程设计为中断驱动（使用信号驱动I/O或异步I/O），但题目要求用线程。因此，我们采用互斥锁保护串口操作，包括设置方向。

因此，我们采用互斥锁保护串口操作，包括设置方向。

假设有一个控制方向的函数：set_direction(int direction); // 0:接收，1:发送

伪代码如下：

• 发送线程

while (1)
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    set_direction(1); //设置为发送
    write(serial_fd, send_buf, send_len);
    set_direction(0); //设置为接收
    pthread_mutex_unlock(&mutex); //其它操作，比如延时等
}

• 接收线程

while (1)
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    read(serial_fd, recv_buf, recv_buf_size); //这里会阻塞直到有数据，但锁会导致发送线程无法发送 // 但是这样，如果接收线程一直阻塞在read上，那么发送线程就无法获取锁，造成死锁。
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

因此，需要使用非阻塞读取。或者设置超时；或者使用多路复用（如select）来等待数据，并且每次只读取一次；再或者，我们可以将接收设计为：每次只读取一个字节，然后立即释放锁，但这样效率低，且可能被发送线程频繁打断。

更好的做法：使用条件变量，或者将串口设置为非阻塞，然后使用select等待，在等待前释放锁，但这样比较复杂。

为了避免接收线程长时间占用锁，可以使用非阻塞I/O，并在循环中尝试读取，每次读取一定数量后释放锁。

但是，这样可能会增加复杂性。因此，我们采用另一种方法：在接收线程中，使用select或poll等待串口可读，并且设置一个超时时间（比如100ms），这样在等待期间，锁是释放的，发送线程可以获取锁进行发送。当超时后，接收线程再次获取锁，然后读取数据（如果有数据的话）。

然而，这样并不能完全避免数据丢失，因为从检测到可读到实际读取之间，如果发送线程获取了锁，那么接收线程会等待，而数据可能已经被接收线程读取到缓冲区，但还没有被应用层读取。

考虑到实时性要求，我们可能需要更高级的机制。但为了简化，我们假设发送是周期性的，并且发送时间间隔足够大，接收线程有足够时间读取。

由于问题复杂，我们简化：假设硬件支持自动方向控制（例如有的RS485芯片支持自动切换），这样我们就不需要软件控制方向了。那么，可以独立进行发送和接收，不需要互斥锁。但题目没有说明，所以我们还是按照软件控制方向。

考虑到这些复杂性，我们决定使用一个专门的线程来管理方向，而发送和接收通过队列进行。但这样会增加复杂性。

因此，我们采用一个折中方案：将发送和接收放在同一个线程中，但题目要求两个线程，所以不符合。

重新考虑：将方向控制放在发送线程中，并且接收线程在读取时不需要改变方向，但是接收线程在读取时，发送线程不能发送（因为方向可能会被改变）。所以，我们仍然需要互斥锁。

最终方案：

接收线程使用非阻塞读取，并且每次读取前检查是否有数据，如果没有数据，则释放锁，让出发送线程。

具体步骤的伪代码如下：

• 接收线程

while (1)
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    int n = read(serial_fd, recv_buf, recv_buf_size); //非阻塞读取
    if (n > 0)
    {
        //处理数据
    }
    else if (n == 0)
    {
        //没有数据，或者对方关闭？这里忽略
    }
    else
    {
        // 错误或EAGAIN
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    usleep(10000); //休眠10ms，避免频繁占用锁
}

• 发送线程

while (1)
{
    //等待发送条件满足（比如有数据要发送）
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    set_direction(1);
    write(serial_fd, send_buf, send_len); //注意：write后需要等待数据发送完成，可以调用tcdrain(serial_fd)来等待发送完成，然后才能切换方向
    tcdrain(serial_fd); //等待发送完成
    set_direction(0);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    //发送间隔
    sleep(1);
}

此方案的不足是：

接收线程在发送线程发送期间会休眠，而发送线程发送时，接收线程无法获取锁，所以不会读到发送期间的数据。同时，发送线程发送完成后，接收线程才能读取。

具体细节如下：

如果接收线程在发送线程开始发送前已经获取了锁，那么发送线程就会等待接收线程释放锁，而接收线程在读取时（非阻塞读取，如果没有数据，会立即返回）然后释放锁，这样发送线程就可以发送了。

但是，在发送线程发送期间，接收线程再次尝试获取锁，就会阻塞，直到发送完成。这样，在发送期间，接收线程不会读取数据，从而避免了方向问题。

然而，在发送完成后，接收线程读取数据，此时总线上可能有其它设备发送过来的数据，所以可以正常接收。

这样接收线程在无数据时会频繁占用锁，导致发送线程无法及时发送。因此，我们可以使用条件变量来协调：当没有数据要发送时，接收线程可以长时间占用锁（即等待数据），当有数据要发送时，发送线程通知接收线程释放锁。但这样更复杂。

最终，我们采用一个更为简单的超时机制：接收线程每次占用锁的时间很短（非阻塞读取，然后立即释放），然后休眠一段时间。这样，发送线程可以很快获取锁。

具体的框架、步骤及代码示例见下一回。