从串行端口（C/C++）读取时，如何实现 read() 超时

Posted 2023-04-14

【中文标题】从串行端口（C/C++）读取时，如何实现 read() 超时

【英文标题】：How can I implement timeout for read() when reading from a serial port (C/C++)

【发布时间】：2012-05-18 08:00:21

【问题描述】：

我正在使用文件描述符和 posix/unix read() 函数从 C++ 中的串行端口读取字节。在本例中，我从串口读取 1 个字节（为清楚起见，省略了波特率设置和类似设置）：

#include <termios.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(void)

   int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
   char buf[1];
   int bytesRead = read(fd, buf, 1);
   close(fd);
   return 0;

如果连接到 /dev/ttyS0 的设备没有发送任何信息，程序将挂起。如何设置超时？

我尝试过这样设置超时：

struct termios options;
tcgetattr(fd, &options);
options.c_cc[VMIN] = 0;
options.c_cc[VTIME] = 10;
tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

我认为它应该给 1 秒超时，但它没有区别。我想我误解了 VMIN 和 VTIME。 VMIN 和 VTIME 是干什么用的？

然后我在网上搜索，发现有人在谈论 select() 函数。这是解决方案吗？如果是这样，如何将其应用于上面的程序以使 1 秒超时？

感谢任何帮助。在此先感谢:-)

【问题讨论】：

使用tcsetattr() 的VTIME 并不简单；它需要一些串行驱动程序不支持的其他模式设置。请参阅我的答案以获得一般解决方案。

这是我在网上看到的关于 VMIN 和 VTIME http://unixwiz.net/techtips/termios-vmin-vtime.html 的最佳解释。根据文章，当 ICANON 位关闭时，它会启用“原始模式”来改变 VMIN 和 VTIME 的解释。设置 ICANON 位将使代码按预期工作。

一般在设置options.c_cc[VMIN] = 0;options.c_cc[VTIME] = 10;时。 read() 应该在一个或多个字节可用时返回，否则会超时。在后一种情况下，read 应该表明已经读取了 0 个字节。

【参考方案1】：

是的，使用select(2)。传入一个文件描述符集，其中仅包含读取集中的 fd 和空的写入/异常集，并传入适当的超时。例如：

int fd = open(...);

// Initialize file descriptor sets
fd_set read_fds, write_fds, except_fds;
FD_ZERO(&read_fds);
FD_ZERO(&write_fds);
FD_ZERO(&except_fds);
FD_SET(fd, &read_fds);

// Set timeout to 1.0 seconds
struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = 1;
timeout.tv_usec = 0;

// Wait for input to become ready or until the time out; the first parameter is
// 1 more than the largest file descriptor in any of the sets
if (select(fd + 1, &read_fds, &write_fds, &except_fds, &timeout) == 1)

    // fd is ready for reading

else

    // timeout or error

【讨论】：

非常感谢。这似乎就像我想要的那样工作。我还有三个问题：我可以在打开端口时也使用 select 来超时吗？我可以通过设置 FD_SET(fd, &write_fds) 对写操作使用相同的代码来超时吗？最后：except_fds 是做什么用的？

poll() 通常比 select() 好。

效果很好！如果我在循环中运行它，我是否需要在每次迭代中使用 FD_ZERO 和 FD_SET，还是在循环之前一次可以？

【参考方案2】：

VMIN 和 VTIME 是干什么用的？

如果 MIN > 0 且 TIME = 0，则 MIN 设置要接收的字符数 在阅读满意之前。由于 TIME 为零，因此不使用计时器。

如果 MIN = 0 且 TIME > 0，则 TIME 用作超时值。阅读将 如果读取单个字符或超过 TIME（t = 时间 *0.1 秒）。如果超过 TIME，则不会返回任何字符。

如果 MIN > 0 且 TIME > 0，则 TIME 用作字符间计时器。这 如果收到 MIN 个字符或时间 两个字符之间超过 TIME。每次都会重新启动计时器 接收到一个字符，并且仅在第一个字符后才变为活动状态 已收到字符。

如果 MIN = 0 和 TIME = 0，读取将立即满足。这 当前可用的字符数，或字符数 请求将被退回。根据安东尼诺（见贡献）， 你可以发出 fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);在阅读之前得到 同样的结果。

来源：http://tldp.org/HOWTO/Serial-Programming-HOWTO/x115.html

【参考方案3】：

您可以尝试捕获信号来停止读取操作。在读取之前使用alarm(1)，如果读取函数没有返回，alarm会发送SIGALRM信号，那么你可以创建信号处理函数来捕获这个信号，如下所示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <setjmp.h>

static jmp_buf env_alarm;

static void sig_alarm(int signo)

    longjmp(env_alarm, 1);


int main(void)

   int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
   char buf[1];

   if (signal(SIGALRM, sig_alarm) == SIG_ERR)
   
       exit(0);
   

   if (setjmp(env_alarm) != 0)
   
      close(fd);
      printf("Timeout Or Error\n");
      exit(0);
   

   alarm(1);
   int bytesRead = read(fd, buf, 1);
   alarm(0);

   close(fd);
   return 0;

但是如果你的程序很大，使用 select 或 poll 或 epoll 会更好。

【讨论】：

有一个关于select的有趣案例，它检查fd是否可以写入，但是写入时会阻塞，所以我认为select方法在我的情况下不能正常工作，但是你的方法可以正常工作。这是一个很好的方法。

【参考方案4】：

select() 是我解决这个问题的方法。

互联网上有几个页面会提供有关如何使用 select() 的信息，例如 http://www.unixguide.net/unix/programming/2.1.1.shtml

【参考方案5】：

有几种可能的方法。如果程序最终将计时多个 i/o 操作，select() 是明确的选择。

但是，如果唯一的输入来自这个 i/o，那么选择非阻塞 i/o 和时序是一种简单的方法。我已将它从单字符 i/o 扩展为多字符，以使其成为更全面的示例：

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

int main(void)

   int   fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);  // sometimes "O_NONBLOCK"
   char  buf[10];
   int   done = 0, inbuf = 0;
   struct timeval start, now;

   gettimeofday (&start, NULL);
   while (!done)
   
       int bytesRead = read(fd, &buf[inbuf], sizeof buf - inbuf);
       if (bytesRead < 0)
       
            error_processing_here();
            continue;
       
       if (bytesRead == 0)  // no data read to read
       
            gettimeofday (&now, NULL);
            if ((now.tv.sec  - start.tv_sec) * 1000000 + 
                 now.tv.usec - start.tv_usec > timeout_value_in_microsecs)
            
                done = 2;    // timeout
                continue;
            
            sleep(1);  // not timed out yet, sleep a second
            continue;
       
       inbuf += bytesRead;
       if (we have read all we want)
           done = 1;
   
   if (done == 2)
        timeout_condition_handling();
   close(fd);
   return 0;

【讨论】：

这比使用 select() 的代码要多得多，并且在数据可用后最多可以等待一秒钟才能读取数据。

@MartinC.Martin：嗯，看起来可能是这样，因为我的代码是一个完整的工作示例，包括读取和错误检查，而 select 示例仅显示了所需的 sn-p。

在 1 秒睡眠期间可能会出现大量数据（尤其是在高波特率下），因此使用睡眠不是一个好主意。较短的睡眠时间也会浪费处理器时间，这在低功率设备中更为重要。可以通过使用select 采用非轮询方法来改进此代码。