带有中断的 Linux 串行通信

Question

我有两个设备通过串口相互连接。 一个作为主机运行，另一个作为从机运行。

主设备是一个基于 ARM 的套件，运行 linux。

目前的情况是master发送命令然后轮询com端口直到slave回复。

现在我不想使用轮询。我需要处理器执行其他任务，直到从机回复。

我知道解决方案是使用中断，但找不到更多详细信息。 我找到了一些使用信号的解决方案。它以非阻塞模式读取 tty，然后在数据准备好时发送 io 信号。

那么，串行通信中的中断和信号有什么区别呢？ 使用中断时我应该编写设备驱动程序或内核模块吗？ 为了不使用轮询，还有其他有效的解决方案吗？

Answer 1

为了不使用轮询，还有其他有效的解决方案吗？

多线程方法

前段时间我有同样的任务，我发现解决它的最好方法是使用pthreads。基本上，我做了下一步：

• 生产者线程（主线程）：等待串口有新数据；一旦有新数据可用——将其写入circular buffer（produce数据）并通过pthread_cond_signal()唤醒消费者线程
• 消费者线程：等待生产者线程唤醒我（使用pthread_cond_wait()函数）；一旦醒来——从循环缓冲区中读取新数据（消费数据）并正确处理它
• 在我的例子中，串口是在non-blocking mode中打开的，因为我想在poll()函数中提供超时等待新数据。如果您不需要这个 - 您可以在 阻塞模式 下打开串行端口，然后使用阻塞 read() 调用（由 @sawdust 在评论中提出）

这样你就不会浪费 CPU 时间等待新数据的到来，同时你也不需要弄乱信号（使用信号有很多complications，所以我决定避免它)。

AIO API

唯一的其他执行异步读取的 API 是来自POSIX AIO 接口的aio_read()。但据我了解，aio_read() 基于信号。唯一的区别是：

• SIGIO信号告诉你有新数据可以读取，需要你手动读取
• aio_read() 为您提供读取数据（就像 read() 所做的那样，只是异步的）。

我不建议您使用它，因为此 API 似乎并不普及，并且与信号驱动方法相比没有任何好处。

那么，串行通信中的中断和信号有什么区别呢？

• 中断是低级概念，所以只在内核中处理
• 信号是操作系统的概念，当某些事件发生时，内核用于通知您的用户空间应用程序

换句话说，当你的串口硬件产生中断时，它在内核中处理，内核产生SIGIO信号，通知你的用户空间应用程序有新事件（例如有新数据可供读取）。

在使用中断时我应该编写设备驱动程序或内核模块吗？

通常是的，您只能在内核中处理中断。但在这种情况下，你不需要。它已经在内核中为您完成，更具体地说，在line discipline 代码中。它为您生成信号（发生中断时），您可以在用户空间应用程序中使用该信号。

如果您需要一些详细信息：

• 驱动代码流程：tty_flip_buffer_push() -> tty_schedule_flip() -> queue_work(...) -> flush_to_ldisc() -> receive_buf() -> tty_ldisc_receive_buf() -> .receive_buf2()
• 行规代码流：n_tty_receive_buf2() -> n_tty_receive_buf_common() -> __receive_buf()

• __receive_buf() 会：

  if (read_cnt(ldata)) {
      kill_fasync(&tty->fasync, SIGIO, POLL_IN);
      wake_up_interruptible_poll(&tty->read_wait, POLLIN);
  }
  

• 发送SIGIO信号，像这样：kill_fasync() -> kill_fasync_rcu() -> send_sigio() -> send_sigio_to_task() -> do_send_sig_info() -> send_signal()

  李>

因此，当串口驱动发生相应的中断时，您可以依靠内核向您传递消息（通过信号）。

另见

[1]Serial Programming HOWTO: Asynchronous Input Example

[2]The TTY demystified

[3]LDD3: Asynchronous Notification