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Qt串口QSerialPort的多线程 及 QSerialPort的waitForReadyRead函数的问题

1.QSerialPort的多线程限制

在官方的文档中提到,QSerialPort是不支持跨线程调用。
在这里插入图片描述因此不能在主线程(UI线程)创建QSerialPort,然后传递个指针给子线程,然后在子线程中执行耗时的发送任务。
最好的方式是在子线程里面创建QSerialPort,然后主线程通过信号槽来间接使用(参数还是可以通过QSerialPort的指针来读写)。

1.1.尝试通过复制参数在子线程运行

这里我想偷个懒,我已经在主线程创建了QSerialPort,并且界面相关的东西都做好了,不想改动太大,因此我想了个办法:
在新线程里面建立一个临时对象,复制传递进去的串口参数,执行完就干掉他。

1.1.1.操作原理

把传递进来的、主线程的QSerialPort给close掉,相当于取消占用。然后在子线程中根据这个串口的配置,重新打开一个QSerialPort对象,并执行写操作。

void MainWindow::on_pushButton_writeFlash_clicked()
{
//    mHexfileReader->writeToDevice(mPort);

   //让writeToDevice函数在子线程中执行
   QMetaObject::invokeMethod(mHexfileReader, "writeToDevice", Qt::QueuedConnection, Q_ARG(QSerialPort*, mPort));
}

------------------------------------
//move to子线程
HexFileReader::HexFileReader(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    QThread *thread = new QThread();
    this->moveToThread(thread);
    thread->start();
}

void HexFileReader::writeToDevice(QSerialPort *port)
{
    port->close();

    QSerialPort tmpPort;
    tmpPort.setPortName( port->portName()   );
    tmpPort.setBaudRate( port->baudRate()   );
    tmpPort.setParity(   port->parity()     );
    tmpPort.setDataBits( port->dataBits()   );
    tmpPort.setStopBits( port->stopBits()   );

   // connect(&tmpPort, &QSerialPort::readyRead, [&tmpPort](){
   //    qDebug() << "read all:" << tmpPort.readAll();
   // });

    auto ret = tmpPort.open(QSerialPort::ReadWrite);
    qDebug() << "open port:" << ret;
    
    if(tmpPort.isOpen())
    {
        uchar header[] = {0x31, 0xce};
        qDebug() << "write header:" << tmpPort.write((char*)header, 2);
    }

    tmpPort.close();
}

但是发现,串口成功打开,发送也成功( “write header: 2”),但是串口助手那边就是收不到信息。

1.1.2.QSerialPort::write的异步特性

最后通过漫长的调试(取消多线程、把临时变量换成类成员变量、逐步调试等),终于发现了原因:QSerialPort的write函数,其实并不是同步的
也就是说当调用该函数,并取得返回值后,并不是表示数据已经完全发送出去了。
假如在调用完这个函数之后,立马析构掉QSerialPort对象,那么对方很可能会什么也收不到。

知道了原因,那就好解决了:
在执行写操作之后,执行这个,等待写入(发送)完成。

bool QSerialPort::waitForBytesWritten(int msecs = 30000)

2.使用QSerialPort的waitForReadyRead

前面使用了waitForBytesWritten,我们再看看类似的一个函数:waitForReadyRead。

2.1.遇到的问题

Qt的waitForReadyRead函数经过测试,假如使用不当是有问题(Qt5.12.9),无论怎样都是超时返回。就算别人明确发送了数据过来,而且QSerialPort::readyRead信号也发出了,他还是等到超时,再返回超时错误。

2.2.资料查找

别人也遇到这个问题,而且是升级5.12.10就ok。估计是个bug
-----经过测试,Qt5.12.12也还是不行。
-----再经过测试,发现不是版本的问题,而是Qt事件机制的问题 。灵感来自这里

2.3.无意发现

最后发现将串口的readyRead的信号槽连接方式由

    connect(mPort, &QSerialPort::readyRead, [=](){
          qDebug() << mPort->readAll().toHex(' ') << QTime::currentTime();
    });

变成这样就OK了(用Qt5.12.9也可以)。

    connect(mPort, &QSerialPort::readyRead, this, [=](){
          qDebug() << mPort->readAll().toHex(' ') << QTime::currentTime();
    }, Qt::QueuedConnection);

假如说硬要分析的话,可能是因为这个waitForReadyRead会导致当前进程阻塞,然后就算readyRead信号发出了也无法响应。所以我们在连接串口的readyRead时,要用Qt::QueuedConnection,来使readyRead的所有 信号槽组合 能够执行,而不是卡住。
换言之, 假如你完全不连接这个ReadyRead,那么这个waitForReadyRead函数肯定是可以正常工作的。
但是经过测试,无论使用 Qt::DirectConnection 还是 Qt::QueuedConnection,槽函数都是在主线程(串口所在的线程)执行的,所以应该不是什么阻塞线程的问题。所以究竟真正的原因是啥,我也不知道了。

2.4.尝试Qt源码分析

找到他的源码,看到有个 readCompletionOverlapped,从名字来看作用应该是判断read是否完成。所以,猜想一下,这个waitForReadyRead函数,可能在接收ReadyRead信号后,会利用这个readCompletionOverlapped来判断是否需要返回,而这个东西与read有关,因此,是不是说只要我不读,他就正常工作了呢?
在这里插入图片描述结果一试,果然可以。即使你connect了QSerialPort::readyRead信号,只要你不执行 QSerialPort::read()、QSerialPort::readAll()等函数,waitForReadyRead还是可以正常按照预期执行的。

2.5.解决方法总结

总结一下,解决QSerialPort的waitForReadyRead()总是超时返回的办法有两个:
1.在绑定了readyRead()的我们自己写的槽函数中,不要进行读取数据的操作。
2.将readyRead()与我们自己写的槽函数绑定时,使用Qt::QueuedConnection。

2.6.原因分析

使用了Qt::QueuedConnection就可以的原因,我觉得应该是:
通过使用Qt::QueuedConnection,将槽函数放到了连接到该信号的 槽函数队列 的比较后的位置,(调用waitForReadyRead时,可能里面也执行了类似信号槽的绑定,而且这个绑定应该是 Qt::DirectConnection),因此在信号发出之后,先执行waitForReadyRead里面的槽函数,然后再执行我们自己的函数。这样我们的函数就不会影响到 readCompletionOverlapped 这个变量了。
在这里插入图片描述从下面这段测试代码也可以看到,使用了Qt::QueuedConnection的槽函数,即使你是先于其他槽函数与sender创建连接,他也还是在信号发出后在会在较后位置才执行。

在这里插入图片描述

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