一、Boost库串口通信：Boost介绍+基础实现
boost异步串口通信（C++）
首先：
对于C++上下位机的串口通信可以使用Qt，Qt在5.1版本之后引入了一个串口通信类QSerialPort使用前只需加入QT += serialport。QSerialPort可以很方便的通过信号槽实现串口同步及异步通信，类似地，如果不在Qt库的环境下，可以使用“准”C++标准库boost。
boost库介绍
boost 库是一个优秀的，可移植的，开源的 C++ 库，它是由 C++ 标准委员会发起的，在 C++ 社区中影响甚大，是一个不折不扣的准标准库，它的功能十分强大，弥补了 C++ 很多功能函数处理上的不足。
特点
可移植性：Windows，Linux，Unix 等
开源免费：使用 Boost License 来授权使用，商业和非商业都是可以使用的
高效：具有工业强度，设计结构良好，广泛使用
为什么要选择使用该库，详见ROS2机器人操作系统教程的ROS2 serial章节。
用途
**广泛应用于****网络编程、编程接口，**拥有字符串和文本处理库，容器库，迭代器库，算法库，函数对象和高阶编程库，泛型编程，模板元编程，预处理元编程，并发编程，数字和数学，排错和测试，数据结构，图像处理，输入输出，内存管理，跨语言混合编程，解析，编程接口等
安装
windows：
Linux：
ROS2 Serial Driver的优点：
**通用性：**这个Boost库在ROS2中被封装成了Serial_Driver1.2库，并且ROS2提供了通用的Serial_Driver1.2，不一定非要在ROS2中才可以使用，你可以在任何地方使用Serial_Driver1.2。
**易学性：**由于Serial_Driver1.2封装的更加简洁，所以更好学一点，也可以尝试使用Serial_Driver1.2库。详见ROS2机器人操作系统教程的串口章节。
boost::asio::serial_port
boost的asio提供了boost::asio::serial_port类————此类专门进行串口通信
官方说明：https://www.boost.org/doc/libs/1_75_0/doc/html/boost_asio/overview/serial_ports.html
示例源码
CMakeLists.txt（如需要可用）
# CMake 最低版本号要求
cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
# 项目信息
project(serialporttest LANGUAGES CXX)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
include_directories(/usr/local/lib/)
# 查找当前目录下的所有源文件
# 并将名称保存到 DIR_SRCS 变量
aux_source_directory(. DIR_SRCS)
# 指定生成目标
add_executable(serialporttest ${DIR_SRCS})
target_link_libraries(serialporttest -lpthread)serialport.h
#ifndef SERIALPORT_H
#define SERIALPORT_H
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/array.hpp>
#include <memory>
#include <thread>
using namespace std;
using namespace boost::asio;
class SerialPort
{
public:
SerialPort();
~SerialPort();
bool init(string port_name, uint16_t baud_rate);
void runService();
bool open();
void close();
void write(string &buf, boost::system::error_code &ec);
static void startAsyncRead();
static void handleRead(const boost::system::error_code &ec,size_t byte_read);
private:
boost::system::error_code errorCode;
io_service io;
static shared_ptr<serial_port> serialPort;
string portName;
uint16_t baudRate;
static char receiveData[1024];
};
#endif // SERIALPORT_Hserialport.cpp
#include "serialport.h"
#include <iostream>
shared_ptr<serial_port> SerialPort::serialPort = nullptr;
char SerialPort::receiveData[] = {0};
SerialPort::SerialPort() :
portName("COM1"),//如果是Windows系统，端口应该是COM1 ...(这个位置写入的是默认端口)
//如果是Linux框架的系统是/dev/ttyUSB0 ...
baudRate(115200)
{
memset(receiveData,0,sizeof (receiveData));
}
SerialPort::~SerialPort()
{
if (serialPort != nullptr)
serialPort->close();
serialPort = nullptr;
}
bool SerialPort::init(string port_name, uint baud_rate)
{
portName = port_name;
baudRate = baud_rate;
return open();
}
void SerialPort::runService()
{
startAsyncRead();
io.run();
}
bool SerialPort::open()
{
try
{
if(serialPort == nullptr)
serialPort = shared_ptr<serial_port>(new serial_port(io));
serialPort->open(portName,errorCode);
//设置串口参数
serialPort->set_option(serial_port::baud_rate(baudRate));
serialPort->set_option(serial_port::flow_control());
serialPort->set_option(serial_port::parity());
serialPort->set_option(serial_port::stop_bits());
serialPort->set_option(serial_port::character_size(8));
return true;
}
catch (exception& err)
{
cout << "Exception Error: " << err.what() << endl;
}
return false;
}
void SerialPort::startAsyncRead()
{
memset(receiveData,0,sizeof (receiveData));
serialPort->async_read_some(boost::asio::buffer(receiveData),
boost::bind(handleRead,
boost::asio::placeholders::error,
boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
}
void SerialPort::close()
{
serialPort->close();
}
void SerialPort::write(string &buf, boost::system::error_code &ec)
{
serialPort->write_some(boost::asio::buffer(buf),ec);
//boost::asio::write(*serialPort,boost::asio::buffer(&buf, 1));
//如果你每次只需要发送一个字节信息你可以使用该函数，运行消耗会比write_some小
}
void SerialPort::handleRead(const boost::system::error_code &ec,size_t byte_read)
{
cout.write(receiveData,byte_read);
startAsyncRead();
}用起来倒也简单————因为已经进行了二次封装
封装后只保留了这几个函数接口：
bool init(string port_name, uint16_t baud_rate); void runService(); void close();--------此函数非必要，析构中会自动调用 void write(string &buf, boost::system::error_code &ec);
使用方法
bool init(string port_name, uint16_t baud_rate); //初始化函数
--port_name:串口名称
如果是Windows系统，端口应该是COM1 ...(这个位置写入的是默认端口)
如果是Linux框架的系统是/dev/ttyUSB0 ...
--baud_rate:波特率，默认为115200void runService(); //异步串口通信接收函数
调用此函数后，程序会自动挂起，等待接收下位机的信息bool open();//打开通信串void close();//关闭通信串口，并对串口有关的量释放void write(string &buf, boost::system::error_code &ec);//异步串口楼通信发送函数
--buf：需要发送的内容
--ec：获取错误码，如果没有错误，信息正常发送该值为0测试
5.1 测试工具
关于串口的测试就稍微有点麻烦，因为一般的机器现在很少有串口了，为了测试：
步骤一：
硬件直接测试：可以向嵌入式组借用或自行购买USB转TTL模块。USB端连接电脑，另一端通过排线连接单片机或树莓派，用于创建真实串口测试环境。Linux、Boost.Asio和上位机串口程序由软件算法组负责，模块电平、接线和MCU UART由嵌入式组负责。
虚拟测试:我们可以使用串口模拟辅助工具创建虚拟串口在上位机上进行测试
Virtual Serial Port Driver（VSPD）：上位机虚拟串口
下载方式：
https://www.bilibili.com/video/BV1u54y1s7B3?vd_source=2a70e8cbccfb71570f2b97be1853e0df
两种方法二选一即可，建议采用第二种
步骤二：
下载串口调试助手**VOFA+，**有其他串口助手的使用其他的也都一样
用于发送串口信息或者接收验证串口通信数据
下载地址：
https://www.vofa.plus/docs/learning/start/quick_start
5.2创建虚拟端口
打开VSPD
创建虚拟端口（使用完后直接充值端口就可以删除虚拟端口）
打开设备管理器可以看到两个虚拟端口被创建
COM1->COM2
COM2->COM1
5.3测试代码
写出测试
#include"serialport.h"
#include<iostream>
//发送字符A到串口
int main()
{
SerialPort port;
if (port.init("COM1", 115200))
{
std::string message = "A";
boost::system::error_code ec;
port.write(message, ec);
if (!ec)
{
std::cout << "Write successful!" << std::endl;
}
else
{
std::cout << "Write error: " << ec.message() << std::endl;
}
}
else
{
std::cout << "Serial port initialization failed." << std::endl;
}
return 0;
}
设置好端口号，波特率，数据位数，左上角蓝色按钮“连接”
运行程序，串口调试工具自动接收到数据（这里我设置的是16进制所以是41，可以调成文本模式，收到的就是A）
读取测试
#include"serialport.h"
#include<iostream>
//程序读取下位机发送的信息
int main()
{
SerialPort port;
if (port.init("COM1", 115200))
{
port.runService();
}
else
{
std::cout << "Serial port initialization failed." << std::endl;
}
return 0;
}
使用串口工具向上位机发送一个A
程序运行时会挂起，等下位机发送程序，此时程序接收到下位机发送的A，并将其打印输出到终端