linux c++串口資料解碼 ros

Linux串口編程主要流程 ：1、open打開串口設備，獲取串口設備檔案描述符（Linux一切都是檔案）-->2、設定set波特率，初始化ini等-->3、對資料解碼-->4、read()、write()操作檔案描述符進行串口通信

在主函式中，初始化ros節點，啟動，定義發布訊息的名稱， 建構式，初始化介面名稱以及波特率（每秒鐘傳送的碼元符號的個數），從而初始化這個類

while回圈，只要節點在運行就接收和解碼資料，并輸出到topic中，

int main(int argc, char** argv) {
    ROS_INFO("[info] init begin");
    ros::init(argc, argv, "virtual_serial");       //初始化節點
    ros::NodeHandle n;                             //啟動節點
    ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<gripper_send::rec_num_msgs>("gripper_send", 1000);      //定義發布訊息的名稱及sulv
    ros::Rate loop_rate(50);  //控制發布速度，與sleep配合使用，每0.02秒休息一次
    DataGripper data_gripper(dev_name, 115200);  //建構式，看串口是否打開并初始化
   
    while (ros::ok()) {                            //檢查節點是否關閉
        //read uart data
        data_gripper.DataReceive();  //接收資料
        data_gripper.DataDecode();  //解碼資料

        //write to msg;
        gripper_send::rec_num_msgs msg;
        msg.finger1_state_Value[0] = data_gripper.motor1_state_Value_[0];
        msg.finger2_state_Value[0] = data_gripper.motor2_state_Value_[0];
        msg.finger3_state_Value[0] = data_gripper.motor3_state_Value_[0];
        msg.finger1_state_Value[1] = data_gripper.motor1_state_Value_[1];
        chatter_pub.publish(msg);
        ros::spinOnce();
        loop_rate.sleep();
    }
    return 0;
}

以下是gripper_send.h檔案，主要包括一個結構體，和一個類，具體見備注，

#ifndef SRC_UART_TUTORIAL_INCLUDE_GRIPPER_REC_H_
#define SRC_UART_TUTORIAL_INCLUDE_GRIPPER_REC_H_

#include <ros/ros.h>                           // 包含ROS的頭檔案
#include <iostream>
#include <queue>

constexpr int RX_USB_SIZE = 150;   //設定臨時存盤的位元組容量

struct RecStruct {   //設定一個結構體，包括布林值，臨時存盤的陣列，計數器
    bool isValue = false;
    char buffer[16];
    uint16_t buff_ptr = 0;
};

class DataGripper {  
 public:
    DataGripper(char *dev_name, uint32_t baund);  //建構式，判斷串口是否成功打開和初始化
    ~DataGripper(); //解構式
    bool DataReceive();   //判斷是否接受到信號
    void DataDecode();    //判斷幀頭幀尾，將中間的有效資料存在rec_decode_.buffer中
    void GetData(char *effective_data);  //對信號進行解碼

    short motor1_state_Value_[3];  //三個電機的狀態
    short motor2_state_Value_[3];
    short motor3_state_Value_[3];
 private:
    char rcv_buf_[RX_USB_SIZE];  
    std::queue<char> rec_que_;
    char slide_windows_[4];  //滑動視窗
    int fd_ = -1;  //檔案描述符
    int uart_open_err_ = false;
    struct RecStruct rec_decode_;  
    
};

#endif  // SRC_UART_TUTORIAL_INCLUDE_GRIPPER_REC_H_

串口協議是：

A0 B8 21 0A XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX 59 A6

------幀頭-------- ------------------------有效資料--------------- --幀尾--

• 接收函式：data_gripper.DataReceive()

會接收到很多資料，利用UARTO_Recv 統計出此次接收資料的數量，之后利用for回圈，將每一個資料都存入rec_que_中，

UART0_Recv函式的第一個輸入fd_是檔案描述符，第二個是臨時存盤資料的陣列，第三個是歷史存盤資料的大小，輸出是，有效資料的長度，

最后把資料都存在rec_que_中，

bool DataGripper::DataReceive() {
  int len = 0;
    len = UART0_Recv(fd_, rcv_buf_, 100);

  if (len > 0) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
      rec_que_.push(rcv_buf_[i]);
    }
    return true;
  }
  return false;
}

• 判斷幀頭幀尾并提取有效資料：void DataGripper::DataDecode()

思路：只要rec_que_佇列不為空，就把頭位置的資料pop出來，存入rec_temp中，之后創立一個滑動視窗（大小與幀頭相同），將每次的新資料從后向前一次更新一次，每次更新后，都判斷是否滑動視窗里的每個值都與幀頭完全重合，若完全重合，則布林值rec_decode_.isValue 為真，執行下一個if操作，若不為真，則說明還未找到幀頭，需要重新從rec_que_中重新取一個資料，繼續判斷幀頭，這里無論成功與否，rec_decode_.buff_ptr（計數器）都會歸零，

如果找到幀頭之后，執行if內的操作， 有效資料一共是11個，加上針尾一共是13個，由于使用滑動視窗時，我們可以把幀頭的最后一位也統計了進來，所以一共是14個，由于++操作在后面，所以當rec_decode_.buff_ptr（計數器) 等于13的時候，開始判斷幀尾（總結一個公式：總資料長度 - 幀頭長度），容納后判斷幀尾，判斷成功之后，使用GetData(&rec_decode_.buffer[2]) 進行解碼，（第一位是幀頭的最后一位，然后有效資料的第一位沒有用，所以從第三位開始，所以是2），

void DataGripper::DataDecode() {
  char rec_temp;
  while (!rec_que_.empty()) {
    rec_temp = rec_que_.front();
    rec_que_.pop();
    for (int i = 0; i < 3; i++)
      slide_windows_[i] = slide_windows_[i + 1];
    slide_windows_[3] = rec_temp;
    for(int i=0; i<4; ++i)
       slide_windows_[i] = static_cast<uint8_t>(slide_windows_[i]);

    while (1) {
      if (static_cast<uint8_t>(slide_windows_[0]) != 0xa0) break;
      if (static_cast<uint8_t>(slide_windows_[1]) != 0xb8) break;
      if (static_cast<uint8_t>(slide_windows_[2]) != 0x21) break;
      if (static_cast<uint8_t>(slide_windows_[3]) != 0x0a) break;
      rec_decode_.buff_ptr = 0;
      rec_decode_.isValue = true;
      break;
    }
    if (rec_decode_.isValue == true) {
      rec_decode_.buffer[rec_decode_.buff_ptr] = rec_temp;
      if (rec_decode_.buff_ptr == 13) {
        if (static_cast<uint8_t>(rec_decode_.buffer[12]) == 0x59 && static_cast<uint8_t>(rec_decode_.buffer[13]) == 0xA6) {
          GetData(&rec_decode_.buffer[2]);
          //std::cout<<motor1_state_Value[0]<<" "<<motor1_state_Value[1]<< " "<<motor2_state_Value[0]<<" "<<motor3_state_Value[0]<<std::endl;
        }
        rec_decode_.buff_ptr = 0;
        rec_decode_.isValue = false;
      } else {
        rec_decode_.buff_ptr++;
      }
    }
  }
}

• 解碼：void DataGripper::GetData(char *effective_data)

解碼目標：motor1_state_Value_[0]（電機1的位置）為32個位元組，四個有效資料拼在一起， motor1_state_Value_[1]（電機1的電流）為16個位元組，兩個有效資料

拼在一起，motor2_state_Value_[0]（電機2的位置）為16個位元組，motor3_state_Value_[0]（電機3的位置），為16個位元組，

void DataGripper::GetData(char *effective_data) {
  short pos_long_h = 0;
  short pos_long_l = 0;

  pos_long_h = effective_data[0];
  pos_long_h = (pos_long_h << 8 ) | effective_data[1];

  pos_long_l = effective_data[2];
  pos_long_l = (pos_long_l << 8 ) | effective_data[3];

  long motor1_pos = pos_long_h;
  motor1_pos = (motor1_pos << 16) | pos_long_l;

  short motor1_cur = effective_data[4];
  motor1_cur = (motor1_cur << 8) | effective_data[5];

  short motor2_pos = effective_data[6];
  motor2_pos = (motor2_pos << 8) | effective_data[7];

  short motor3_pos = effective_data[8];
  motor3_pos = (motor3_pos << 8) | effective_data[9];

  motor1_state_Value_[0] = static_cast<short>(motor1_pos);
  motor1_state_Value_[1] = motor1_cur;

  motor2_state_Value_[0] = motor2_pos;
  motor3_state_Value_[0] = motor3_pos;
}

最后把解碼后的資料，輸出到msg,保存到名字是gripper_send 的 ros topic里邊，