ROS串口編程學習筆記

串口是一種設備間常用的通訊接口，本文將記錄如何在ROS上使用其提供的serial包進行串口通信。

首先，這裏要引入一個名稱爲serial的包，這個包的安裝命令爲：

$ sudo apt-get install ros-<版本號>-serial

serial包的介紹：http://wiki.ros.org/serial

接下來，創建一個自己的包，藉助serial這個包來編寫串口通信的代碼。

1、創建一個包，依賴roscpp和serial兩個包

$ catkin_create_pkg serial_port roscpp serial

2、在這個包的目錄下面創建src目錄，並在src目錄中編寫串口通信的代碼

//serial_port.cpp
#include <ros/ros.h>
#include <serial/serial.h>
#include <iostream>

int main(int argc, char** argv)
{
    ros::init(argc, argv, "serial_port");
    //創建句柄（雖然後面沒用到這個句柄，但如果不創建，運行時進程會出錯）
    ros::NodeHandle n;
    
    //創建一個serial類
    serial::Serial sp;
    //創建timeout
    serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(100);
    //設置要打開的串口名稱
    sp.setPort("/dev/ttyUSB0");
    //設置串口通信的波特率
    sp.setBaudrate(115200);
    //串口設置timeout
    sp.setTimeout(to);

    try
    {
        //打開串口
        sp.open();
    }
    catch(serial::IOException& e)
    {
        ROS_ERROR_STREAM("Unable to open port.");
        return -1;
    }
    
    //判斷串口是否打開成功
    if(sp.isOpen())
    {
        ROS_INFO_STREAM("/dev/ttyUSB0 is opened.");
    }
    else
    {
        return -1;
    }
    
    ros::Rate loop_rate(500);
    while(ros::ok())
    {
        //獲取緩衝區內的字節數
        size_t n = sp.available();
        if(n!=0)
        {
            uint8_t buffer[1024];
            //讀出數據
            n = sp.read(buffer, n);
            
            for(int i=0; i<n; i++)
            {
                //16進制的方式打印到屏幕
                std::cout << std::hex << (buffer[i] & 0xff) << " ";
            }
            std::cout << std::endl;
            //把數據發送回去
            sp.write(buffer, n);
        }
        loop_rate.sleep();
    }
    
    //關閉串口
    sp.close();

    return 0;
}

serial包的文檔有對每個類和函數的解釋，可以參考：http://docs.ros.org/kinetic/api/serial/html/annotated.html

其中解釋一下timeout的作用，在serial::Timeout結構體中有這麼5個成員：

serial::Timeout::Timeout	(	
    uint32_t 	inter_byte_timeout_ = 0,
    uint32_t 	read_timeout_constant_ = 0,
    uint32_t 	read_timeout_multiplier_ = 0,
    uint32_t 	write_timeout_constant_ = 0,
    uint32_t 	write_timeout_multiplier_ = 0 
)	

參考另一個大神的解釋：（出處：https://www.cnblogs.com/visionfeng/p/5614066.html）

“間隔超時=ReadIntervalTimeout
總超時   =   ReadTotalTimeoutMultiplier   * 字節數   +   ReadTotalTimeoutConstant 

串口讀取事件分爲兩個階段（我以Win32 API函數ReadFile讀取串口過程來說明一下）
第一個階段是：串口執行到ReadFile（）函數時，串口還沒有開始傳輸數據，所以串口緩衝區的第一個字節是沒有裝數據的，這時候總超時起作用，如果在總超時時間內沒有進行串口數據的傳輸，ReadFile（）函數就返回，當然 沒有讀取到任何數據。而且，間隔超時並沒有起作用。
第二階段：假設總超時爲20秒，程序運行到ReadFile（），總超時開始從0 計時，如果在計時到達10秒時，串口開始了數據的傳輸，那麼從接收的第一個字節開始，間隔超時就開始計時，假如間隔超時爲1ms，那麼在讀取完第一個字節後，串口開始等待1ms，如果1ms之內接收到了第二個字節，就讀取第二個字節，間隔超時重置爲0並計時，等待第三個字節的到來，如果第三個字節到來的時間超過了1ms，那麼ReadFile（）函數立即返回，這時候總超時計時是沒到20秒的。如果在20秒總計時時間結束之前，所有的數據都遵守數據間隔爲1ms的約定並陸陸續續的到達串口緩衝區，那麼就成功進行了一次串口傳輸和讀取；如果20秒總計時時間到，串口還陸陸續續的有數據到達，即使遵守字節間隔爲1ms的約定，ReadFile（）函數也會立即返回，這時候總超時就起作用了。
總結起來，總超時在兩種情況下起作用
第一：串口沒進行數據傳輸，等待總超時時間那麼長ReadFile（）才返回。非正常數據傳輸
第二：數據太長，總超時設置太短，數據還沒讀取完就返回了。讀取的數據是不全的
間隔超時觸發是有條件的
第一：在總超時時間內。
第二：串口進行了數據的傳輸。
成功的進行一次串口數據的傳輸和讀取，只有總超時和間隔超時相互參與配合才能完成”

3、修改CMakeList文件，添加選項

add_executable(serial_port src/serial_port.cpp)

add_dependencies(serial_port ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})

target_link_libraries(serial_port
  ${catkin_LIBRARIES}
)

4、編譯，運行即可看到結果（記得運行roscore和在工程目錄下source devel/setup.bash）