在 C++ 中实现固定字节串行协议的最佳实践？

Question

我有一个通过串行接口连接到 BeagleBone 计算机的设备。我以简单的二进制格式进行通信，例如

|MessagID (1 Byte) | Data (n Bytes) | checksum (2 bytes) |

每个命令的消息长度是固定的，这意味着在收到命令的第一个字节后知道要读取多少字节。经过一些初始设置通信后，它每 20 毫秒发送一次数据包。

我的方法是使用 termios 或类似串行库的东西，然后开始一个循环这样做（a：

while(keepRunning)
{
    char* buffer[256];
    serial.read(buffer, 1)
    switch(buffer[0])
        {
        case COMMAND1:
            serial.read(&buffer[1], sizeof(MessageHello)+2); //Read data + checksum
            if (calculateChecksum(buffer, sizeof(MessageHello)+3) )
            {
                extractDatafromCommand(buffer);
            }
            else
            {
                doSomeErrorHandling(buffer[0]);
            }
            break;
        case COMMAND2:
            serial.read(&buffer[1], sizeof(MessageFoo)+2);
            [...]
    }
}

extractDatafromCommand 然后会创建一些结构，例如：

struct MessageHello
{
    char name[20];
    int version;
}

将所有内容放在自己的读取线程中，并使用信号量（或简单标志）向程序的其他部分发出新数据包的可用性信号。

这是一个可行的解决方案还是有更好的改进（我假设是这样）？

也许创建一个抽象类 Message 并派生其他消息？

Answer 1

这真的取决于。两种主要方式将被线程化（就像你提到的那样）和事件。

线程代码很棘手，因为您很容易引入竞争条件。你测试了一百万次的代码在工作了几天、几周或几年后偶尔会出错并做错事。很难“证明”事情总是会正确运行。像“i++”这样看似微不足道的东西突然变成了有漏洞的抽象。 （见why is i++ not thread safe on a single core machine?）

另一种选择是事件编程。基本上，您有一个在所有文件句柄上执行 select() 的主循环。任何准备好的东西都会被查看，并且您尝试在不阻塞的情况下读取/写入尽可能多的字节。 （通过 O_NONBLOCK）。有两个棘手的部分：1）在没有办法返回主循环的情况下，您绝不能进行长时间计算，以及 2）您绝不能进行阻塞操作（内核停止您的进程等待读取或写入） .

在实践中，大多数程序的计算时间都不长，而且审核少量代码以阻止调用比审核竞争更容易。 （尽管在不阻塞的情况下做 DNS 比它应该做的要复杂。）

事件代码的好处是不需要锁定（无需担心其他线程）并且浪费的内存更少（在一般情况下，您要创建大量线程。）

您很可能想使用串行库。 termios 处理只是开销和杂散字节做坏事的机会。