如何使用 GPIO 引脚进行 Qt 的串行流控制？

Question

目标

在我的 Qt 应用程序中，我需要控制一个 GPIO 引脚，具体取决于通过串行总线发送的数据。因此，只要我传输数据，我就需要将其设置为 HIGH，并在传输结束后立即将其设置为 LOW。将其视为串行通信流控制引脚，设置为 1 时启用传输，设置为 0 时启用数据接收。整个系统是半双工的，以主从方式进行通信。

问题

我设法接近解决方案，通过在任何传输之前立即将其设置为 HIGH，根据波特率引入一些恒定延迟（我使用 QThread:usleep()），然后再次将其设置为低，但我得到了当我用示波器对其进行可视化时，脉冲的随机“拉伸”（保持比它应该更长的时间）。

尝试的解决方案

好吧，除了我手动定义的延迟之外，似乎发生了一些“魔法”，这增加了一些额外的延迟。为了摆脱这种可能性，我使用了bytesWritten() 信号，所以当我们完成将实际数据写入端口时，我可以触发我的setPinLow() 插槽。所以我的代码现在看起来像这样：

classTTY::classTTY(/*someStuff*/) : port(/*some other stuff*/)
{
    s_port = new QSerialPort();
    connect(s_port, SIGNAL(bytesWritten(qint64)), this, SLOT(setPinLow()));

    if(GPIOPin->open(QFile::ReadWrite | QFile::Truncate | QFile::Text | QFile::Unbuffered)) {
        qDebug() << "GPIO pin ready to switch.";
    } else {
        qDebug() << "Failed to access GPIO pin";
    }

bool classTTY::sendData(data, replyLength)
{
    directionPinEnable(true);

    if(m_port->isOpen()) {
        s_expectedReplyLength = replyLength;
        s_receivedData.clear();

        s_port->flush();
        s_port->write(data);

        return true;
    }

return false;
}

void classTTY::setPinLow()
{
    gpioPinEnable(false);
}

void classTTY::gpioPinEnable(bool enable){

    if(enable == true){
        GPIOPin->write("1");
    } else if (enable == false) {
        GPIOPin->write("0");
    }
}

在实现它之后，引脚开始发出非常短的脉冲，更像是“尖峰”，这意味着（我认为）现在只要 Qt write() 进程持续，它就会保持高电平，而不是实际数据的传播持续。

问题

1. 当我使用 naive 时添加的额外延迟是什么， QThread::usleep 接近，导致脉搏拉长？
2. 为什么信号槽方法不起作用，因为它是 事件驱动？
3. 一般来说，我怎样才能指示引脚仅在 传输数据然后再次降为零，所以我可以接收 奴隶的回复？

Answer 1

1. 当我使用朴素的 QThread::usleep 方法时添加的额外延迟是什么，会导致脉冲延长？

Linux 不是实时操作系统，线程休眠会在不少于指定的时间暂停进程。在睡眠期间，其他线程和进程可能会运行并且可能不会在比您的睡眠周期更长的时间内让处理器，或者可能根本不会让处理器并消耗它们整个操作系统分配的时间片。除此之外，内核驱动程序中断处理程序将始终抢占用户级进程。 Linus 有一个实时调度的构建选项，但保证仍然不如真正的 RTOS 强大，延迟通常更差。

还要注意，不仅你的线程可以被挂起的时间超过睡眠时间，而且传输可能会超过波特率的位数 - 内核驱动程序可以被其他驱动程序抢占并引入inter -您无法控制的字符间隙。

1. 为什么信号槽方法不起作用，因为它是事件驱动的？

QSerialPort::waitForBytesWritten() 的文档指出：

此函数会一直阻塞，直到至少一个字节已写入串行端口并发出 bytesWritten() 信号。

因此很明显，其语义是“some data has beenwritten”而不是“all data已经写好了”。每当写入一个字节时它就会返回，然后如果您再次调用它，如果继续写入字节，它可能会立即返回（因为QSerialPort 被缓冲并且将独立于您的应用程序写入数据）。

1. 一般情况下，我如何才能指示引脚仅在数据传输期间变为活动状态，然后再次降至零，以便接收从机的回复？

不幸的是，Qt 不是答案；这种行为需要在串行端口内核驱动程序中实现，或者至少在 Qt 的较低级别实现。 Qt QSerialPort 抽象不会为您提供所需的“在线”实际发生的控制级别或洞察力。它与硬件有点距离 - 有充分的理由。

但是有一个简单的解决方案 - 不要打扰！这似乎完全没有必要。它是一种主从通信，因此数据本身是流控制的。奴隶在与它交谈之前不会说话，主人必须在它说话后期待并等待回复。为什么奴隶需要任何许可才能说话，而不是被说话所暗示的许可？