Qt 串口的 C++ 线程模式

Posted 2023-02-16

【中文标题】Qt 串口的 C++ 线程模式

【英文标题】：C++ Threading Pattern for Qt serial port

【发布时间】：2014-09-05 05:30:21

【问题描述】：

我的目标是在不阻塞主线程 (GUI) 的情况下从串行设备接收消息，并尝试将依赖于平台的逻辑（GUI 和串行端口）与业务逻辑（处理消息）分离以方便移植到其他平台

上下文：我正在使用 Qt 和 QtSerialPort 模块。消息协议很简单，0xff 用于结束每条消息。

到目前为止，我已经找到了 4 个解决方案：

方法一：

使用一个线程读取串口并填充缓冲区

使用另一个线程读取缓冲区，提取有效消息（到另一个缓冲区？还不确定这将如何工作）

使用另一个线程来解析消息

方法二：

使用一个线程读取串口，并将有效消息提取到缓冲区中

使用另一个线程解析消息

方法三：

使用一个线程读取串行端口，提取有效消息并阻塞直到该消息被处理，利用 QtSerialPort 的内部读取缓冲区来缓冲传入数据

方法四：

使用主线程异步读取串口，提取一条有效消息，并为每条消息生成一个新线程来处理它们

方法 1,2 和 3 的区别在于一般工作负载被分成的线程数，虽然我不知道哪个最好。

我目前正在使用方法 4，该方法效率极低，并且在低端计算机上效果不佳，因为产生了大量线程，并且每次我移动或与 GUI 交互时，串行通信停止。为每条消息生成一个线程也会使消息的顺序不确定，到目前为止这还不是一个主要问题......

还有其他方法吗，每种方法的优缺点是什么（如果有的话），哪种方法最好用？谢谢！

编辑：在主线程中处理消息的一个问题是与 GUI 交互（甚至移动窗口）会阻塞消息处理功能。有没有办法解决这个问题？

【参考方案1】：

我认为使用多线程可以获得两个主要优势：

避免由于 GUI 处理例程被串行端口处理例程阻止而导致 GUI 性能不佳 （也许更重要）当 GUI 例程延迟串行数据读取例程太久时，避免由于缓冲区溢出导致串行数据丢失。

您应该只需要生成一个线程。只需让该线程从串行端口读取数据（通过将 QSerialPort 的 readyRead() 信号连接到调用 QSerialPort 对象上的 read() 的插槽），然后每当它发出信号（带有 QByteArray 参数）想要向 GUI 发送一些串行数据。您的主/GUI 线程可以通过 QueuedConnection 接收数据，不会阻塞串行线程或主/GUI 线程。

这就是它的全部内容；唯一需要担心的是彻底关机。确保与 QThread 的 quit() 槽有另一个跨线程信号/槽连接，这样当需要退出时，您可以发出该信号，然后在 QThread 上调用 wait() 以等待它响应离开。一旦 wait() 返回，您就可以安全地删除 QThread 对象了。

【讨论】：

问题是处理数据必须在另一个线程中，因为 GUI 可能会阻止它，所以我无法将串行数据发送到 GUI 线程

如果数据处理确实需要立即完成，您可以生成第二个线程专门用于该处理。但是，您是否 100% 确定必须始终毫不拖延地处理数据？如果数据处理延迟几十毫秒，您预计会出现什么问题？

啊，我明白了。在这种情况下，要么直接在串行端口线程中进行所有数据处理，要么（如果处理速度足够慢和/或串行波特率足够快，以至于您担心串行缓冲区可能会溢出，而串行-线程正忙于处理数据）生成第二个线程进行数据处理，并让它直接与串行线程通信（仍然通过 QueuedConnection 信号/插槽）。无论哪种情况，您都将 GUI 线程完全排除在循环之外。

【参考方案2】：

您可以通过简单地依赖 Qt 事件循环来完全避免额外的线程（到目前为止，主线程，也就是处理 GUI 的主线程，只有在串行端口实际接收到消息时才会被阻塞）。

否则如果你想在一个专用线程中完全处理串口，那么解决方案是实现一个从QThread派生的类，然后用这样的东西覆盖run()函数：

void MyClass::run()

     QSerialPort port;

     // ... serial port initialization here

     // Connect signals/slots
     connect(&port, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(readData()));

     port.open();

     // Start a new message loop on this thread
     exec();

其中readData 是在MyClass 中实现的用于处理接收到的数据的函数。由于port 由新线程拥有（在run() 中创建），因此其事件将由线程本身处理（以相对于主线程完全独​​立的方式）。

如果您想在某些时候与主线程通信（例如：您在串行上收到了一些内容，这应该会导致您的 GUI 发生变化），那么您仍然可以使用 Qt 的信号/插槽。只需在MyClass 上实现一个信号并在由主线程处理的对象上实现一个插槽（例如：您的主窗体）：然后只需将MyClass 的信号和主窗体上的插槽连接起来，您就完成了：信号/插槽是 Qt 中跨线程通信的THE解决方案。

【参考方案3】：

您还可以避免使用任何（额外的）线程并利用 Qt event loop。阅读events、QioDevice；然后 Qt 会将您的设备文件描述符传递给它的多路复用循环（例如，传递给poll(2)....）；可能QSocketNotifier 应该在非套接字文件描述符（如串行设备）上工作（在 Posix 上）。

细节可能因操作系统而异