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epoll机制读取linux串口数据

2016-06-14 10:04 831 查看
1、基本知识

  epoll是在2.6内核中提出的,是之前的select和poll的增强版本。相对于select和poll来说,epoll更加灵活,没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符,将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中,这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

2、epoll接口

  epoll操作过程需要三个接口,分别如下:

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);


(1) int epoll_create(int size);
  创建一个epoll的句柄,size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数,给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它就是会占用一个fd值,在linux下如果查看/proc/进程id/fd/,是能够看到这个fd的,所以在使用完epoll后,必须调用close()关闭,否则可能导致fd被耗尽。

(2)int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
  epoll的事件注册函数,它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件epoll的事件注册函数,它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件,而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值,第二个参数表示动作,用三个宏来表示:
EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中;
EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的fd的监听事件;
EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd;
第三个参数是需要监听的fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事,struct epoll_event结构如下:
struct epoll_event {
__uint32_t events;  /* Epoll events */
epoll_data_t data;  /* User data variable */
};


events可以是以下几个宏的集合:
EPOLLIN :表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭);
EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写;
EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);
EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;
EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;
EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

(3) int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
  等待事件的产生,类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合,maxevents告之内核这个events有多大,这个maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size,参数timeout是超时时间(毫秒,0会立即返回,-1将不确定,也有说法说是永久阻塞)。该函数返回需要处理的事件数目,如返回0表示已超时。

3、工作模式

  epoll对文件描述符的操作有两种模式:LT(level trigger)和ET(edge trigger)。LT模式是默认模式,LT模式与ET模式的区别如下:

  LT模式:当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll_wait时,会再次响应应用程序并通知此事件。

  ET模式:当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序必须立即处理该事件。如果不处理,下次调用epoll_wait时,不会再次响应应用程序并通知此事件。

  ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数,因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

epoll和select相比,最大不同在于:
1epoll返回时已经明确的知道哪个sokcet fd发生了事件,不用再一个个比对。这样就提高了效率。
2select的FD_SETSIZE是有限止的,而epoll是没有限止的只与系统资源有关。

ET模式,即,边沿触发,类似于电平触发,epoll中的边沿触发的意思是只对新到的数据进行通知,而内核缓冲区中如果是旧数据则不进行通知,所以在read函数中应该使用如下循环,才能将内核缓冲区中的数据读完。

int len = 0;
int rdlen=0;
char * ReadBuff, const int ReadLen;
while(true){
rdlen = read(fd, ReadBuff + len, ReadLen);
len+=rdlen;
if(len==ReadLen){
return len;
}
}

epoll有2种工作方式:LT和ET
LT(level triggered)是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表.

ET (edge-triggered)是高速工作方式,只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如,你在发送,接收或者接收请求,或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误)。但是请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知(only
once),不过在TCP协议中,ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认。
下面是一个自己编写的简单测试例程,向串口发指令然后接在串口上的设备返回数据,这里读取8个有效字节!只读取一个串口!

com.c

#include "com.h"

int openSerial(char *cSerialName)
{
int iFd;

struct termios opt;

iFd = open(cSerialName, O_RDWR | O_NOCTTY |O_NONBLOCK);
//iFd = open(cSerialName, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);//阻塞 |O_RSYNC
if(iFd < 0) {
perror(cSerialName);
return -1;
}

tcgetattr(iFd, &opt);

cfsetispeed(&opt, B9600);
cfsetospeed(&opt, B9600);

/*
* raw mode
*/
opt.c_lflag &= ~(ECHO | ICANON | IEXTEN | ISIG);
opt.c_iflag &= ~(BRKINT | ICRNL | INPCK | ISTRIP | IXON);
opt.c_oflag &= ~(OPOST);
opt.c_cflag &= ~(CSIZE | PARENB);
opt.c_cflag |= CS8;

/*
* 'DATA_LEN' bytes can be read by serial
*/
opt.c_cc[VMIN] = DATA_LEN;
opt.c_cc[VTIME] = 150;

if (tcsetattr(iFd, TCSANOW, &opt)<0) {
return -1;
}

return iFd;
}

int EpollInit(int cfd)
{
epid = epoll_create(6);//放在初始化

event.events = EPOLLET | EPOLLIN;
event.data.fd = cfd;
if (epoll_ctl(epid, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &event) != 0) {//将读事件添加到epoll的事件队列中
printf("set epoll error!\n");
return 0;
}
printf("set epoll ok!\n");

return 1;
}

int ComRead(char * ReadBuff,const int ReadLen)
{

int read_len = 0;
int len = 0;

//下面开始epoll等待
int i =0,witeNum= 0;
while (1)
{
witeNum = epoll_wait(epid, events, 1, 50);
printf("witeNum0 = %d\n ", witeNum);
if( witeNum == 0)
return 0;
//printf("witeNum = %d\n", witeNum);

for (i = 0; i < witeNum; i++)
{

if ((events[i].events & EPOLLERR)
|| (events[i].events & EPOLLHUP)
|| (!(events[i].events & EPOLLIN)))
{
printf("no data!\n");
break;
}
else if (events[i].events & EPOLLIN)
{//有数据进入 接受数据
len = read(events[i].data.fd, ReadBuff, ReadLen);
tcdrain(fd);
tcflush(fd,TCIOFLUSH);

if(len != ReadLen) //如何保证每次都读到这些字节又不阻塞!
{
bzero(ReadBuff,15);
}

if( len == ReadLen)
return len;

}
}
}

return len ;
}

com.h
#ifndef _COM_H_
#define _COM_H_

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <errno.h>
#include <limits.h>
#include <asm/ioctls.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <string.h>

//#define MAXLEN 15

#define DATA_LEN 0xFF

int fd;//文件描述符
int epid; //epoll标识符
struct epoll_event event;
struct epoll_event events[6];//事件集合
//char RecvBuff[MAXLEN];//接受到的数据

int ComRead(char * ReadBuff,const int ReadLen);//com口读数据
int EpollInit(int cfd);

int openSerial(char *cSerialName);

#endifmain.c
#include <stdio.h>
#include "com.h"

int main(void)
{
char tmp[15] = {0};
int rl;
int write_len;
char* text = ".P\r\n" ;
int i;

fd = openSerial("/dev/ttySP2");

if(fd < 0)
{
printf("open com fail!\n");
return 0;
}

EpollInit(fd);

while(1)
{
bzero(tmp,sizeof(tmp));
tcflush(fd,TCIOFLUSH);//清空串口输入输出缓存

write_len = write(fd, text, strlen(".P\r\n"));//向串口发送指令

if(write_len != 4)
{
printf("write fail!\n");
return 0;
}

rl = ComRead(tmp,8);//读取8个字节放到缓存

//打印读到的数据
printf("write_len = %d, read_len = %d\n", write_len, rl);
tmp[rl] = '\0';
printf("read: %s\n", tmp);
for(i = 0; i < rl; i++)
printf(" %d", tmp[i]);
printf("\n\n");

if(rl != 8)
{
printf("read fail!\n");
}

}

close(epid);
close(fd);

return 0;
}

makefile
EXEC = TEST
OBJS = com.o main.o
SRC = com.c main.c

CROSS = arm-fsl-linux-gnueabi-
CC = $(CROSS)gcc
STRIP = $(CROSS)strip
CFLAGS = -g -Wall
LDFLAGS +=

all: clean $(EXEC)

$(EXEC):$(OBJS)
$(CC) $(LDFLAGS) -o $@ $(OBJS) -lm -pthread
$(STRIP) $@
%.o:%.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

clean:
-rm -f $(EXEC) *.o


程序能完好运行!但是还有一个BUG,比如一次读取多个字节(大于8个字节)会有数据丢失的情况,比如读取9个字节,三次读到的字节数为9、8、8
然后就一直9、8、8这样循环,原因暂时还没搞明白!串口用的是非阻塞模式打开的!
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