ROS串口编程学习笔记

串口是一种设备间常用的通讯接口，本文将记录如何在ROS上使用其提供的serial包进行串口通信。

首先，这里要引入一个名称为serial的包，这个包的安装命令为：

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

serial包的介绍：http://wiki.ros.org/serial

接下来，创建一个自己的包，借助serial这个包来编写串口通信的代码。

1、创建一个包，依赖roscpp和serial两个包

$ catkin_create_pkg serial_port roscpp serial

2、在这个包的目录下面创建src目录，并在src目录中编写串口通信的代码

//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");
    //创建句柄（虽然后面没用到这个句柄，但如果不创建，运行时进程会出错）
    ros::NodeHandle n;
    
    //创建一个serial类
    serial::Serial sp;
    //创建timeout
    serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(100);
    //设置要打开的串口名称
    sp.setPort("/dev/ttyUSB0");
    //设置串口通信的波特率
    sp.setBaudrate(115200);
    //串口设置timeout
    sp.setTimeout(to);

    try
    {
        //打开串口
        sp.open();
    }
    catch(serial::IOException& e)
    {
        ROS_ERROR_STREAM("Unable to open port.");
        return -1;
    }
    
    //判断串口是否打开成功
    if(sp.isOpen())
    {
        ROS_INFO_STREAM("/dev/ttyUSB0 is opened.");
    }
    else
    {
        return -1;
    }
    
    ros::Rate loop_rate(500);
    while(ros::ok())
    {
        //获取缓冲区内的字节数
        size_t n = sp.available();
        if(n!=0)
        {
            uint8_t buffer[1024];
            //读出数据
            n = sp.read(buffer, n);
            
            for(int i=0; i<n; i++)
            {
                //16进制的方式打印到屏幕
                std::cout << std::hex << (buffer[i] & 0xff) << " ";
            }
            std::cout << std::endl;
            //把数据发送回去
            sp.write(buffer, n);
        }
        loop_rate.sleep();
    }
    
    //关闭串口
    sp.close();

    return 0;
}

serial包的文档有对每个类和函数的解释，可以参考：http://docs.ros.org/kinetic/api/serial/html/annotated.html

其中解释一下timeout的作用，在serial::Timeout结构体中有这么5个成员：

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 
)	

参考另一个大神的解释：（出处：https://www.cnblogs.com/visionfeng/p/5614066.html）

“间隔超时=ReadIntervalTimeout
总超时   =   ReadTotalTimeoutMultiplier   * 字节数   +   ReadTotalTimeoutConstant 

串口读取事件分为两个阶段（我以Win32 API函数ReadFile读取串口过程来说明一下）
第一个阶段是：串口执行到ReadFile（）函数时，串口还没有开始传输数据，所以串口缓冲区的第一个字节是没有装数据的，这时候总超时起作用，如果在总超时时间内没有进行串口数据的传输，ReadFile（）函数就返回，当然 没有读取到任何数据。而且，间隔超时并没有起作用。
第二阶段：假设总超时为20秒，程序运行到ReadFile（），总超时开始从0 计时，如果在计时到达10秒时，串口开始了数据的传输，那么从接收的第一个字节开始，间隔超时就开始计时，假如间隔超时为1ms，那么在读取完第一个字节后，串口开始等待1ms，如果1ms之内接收到了第二个字节，就读取第二个字节，间隔超时重置为0并计时，等待第三个字节的到来，如果第三个字节到来的时间超过了1ms，那么ReadFile（）函数立即返回，这时候总超时计时是没到20秒的。如果在20秒总计时时间结束之前，所有的数据都遵守数据间隔为1ms的约定并陆陆续续的到达串口缓冲区，那么就成功进行了一次串口传输和读取；如果20秒总计时时间到，串口还陆陆续续的有数据到达，即使遵守字节间隔为1ms的约定，ReadFile（）函数也会立即返回，这时候总超时就起作用了。
总结起来，总超时在两种情况下起作用
第一：串口没进行数据传输，等待总超时时间那么长ReadFile（）才返回。非正常数据传输
第二：数据太长，总超时设置太短，数据还没读取完就返回了。读取的数据是不全的
间隔超时触发是有条件的
第一：在总超时时间内。
第二：串口进行了数据的传输。
成功的进行一次串口数据的传输和读取，只有总超时和间隔超时相互参与配合才能完成”

3、修改CMakeList文件，添加选项

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、编译，运行即可看到结果（记得运行roscore和在工程目录下source devel/setup.bash）