具有最小延遲的串行通信

Question

我有一台通過串行通信（即物理或仿真串行端口的 RS-232/RS-422）與外部設備連接的計算機。 它們通過頻繁的數據交換（30Hz）相互通信，但只有小數據包（每個數據包小於 16 字節）。

通信最關鍵的要求是傳輸和接收之間的低延遲或延遲。

數據交換模式類似於握手。 一台主機設備發起通信並不斷在客戶端設備上發送通知。 客戶端設備需要盡快回復來自主機設備的每個通知（這正是需要實現低延遲的地方）。 通知和回復的數據包定義明確； 即數據長度是已知的。 並且基本上不允許數據丟失。

我使用以下常見的 Win API 函數以同步方式進行 I/O 讀/寫：CreateFile、ReadFile、WriteFile

客戶端設備使用 ReadFile 從主機設備讀取數據。 客戶端讀取完長度已知的完整數據包后，使用 WriteFile 將相應的數據包回復給主機設備。 讀和寫總是順序的，沒有並發。

不知何故，通信速度不夠快。 即數據發送和接收之間的時間持續時間太長。 我想這可能是串行端口緩沖或中斷的問題。

這里我總結了一些可能的措施來改善延遲。 請給我一些建議和更正:)

1. 使用 FILE_FLAG_NO_BUFFERING 標志調用 CreateFile？ 我不確定這個標志在這種情況下是否相關。
2. 在每個 WriteFile 之后調用 FlushFileBuffers？ 或任何可以通知/中斷串口立即傳輸數據的動作？
3. 為處理串行通信的線程和進程設置更高的優先級
4. 為模擬設備（及其驅動程序）設置延遲計時器或傳輸大小。 但是物理串口呢？
5. Windows 上有什么類似的東西，比如 Linux 下的 setserial/low_latency？
6. 禁用先進先出？

提前致謝！

Answer 1

我通過將通信超時設置為{MAXDWORD,0,0,0,0}解決了這個問題。

經過多年的努力，在這一天，我終於能夠使用 Microsoft 的 CDC 類 USB UART 驅動程序（USBSER.SYS，現在內置在 Windows 10 中使其真正可用）使我的串行通信終端變得足夠快。

顯然，前面提到的一組值是一個特殊的值，它設置了最小的超時和最小的延遲（至少對於 Microsoft 驅動程序，或者在我看來是這樣）並且如果接收中沒有新字符，也會導致 ReadFile 立即返回緩沖。

這是我的代碼（Visual C++ 2008，項目字符集從“Unicode”更改為“未設置”以避免端口名的 LPCWSTR 類型轉換問題）打開端口：

static HANDLE port=0;
static COMMTIMEOUTS originalTimeouts;

static bool OpenComPort(char* p,int targetSpeed) { // e.g. OpenComPort ("COM7",115200); 
    char portname[16];
    sprintf(portname,"\\\\.\\%s",p);
    port=CreateFile(portname,GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,0,OPEN_EXISTING,0,0);
    if(!port) {
        printf("COM port is not valid: %s\n",portname);
        return false;
    }
    if(!GetCommTimeouts(port,&originalTimeouts)) {
        printf("Cannot get comm timeouts\n");
        return false;
    }
    COMMTIMEOUTS newTimeouts={MAXDWORD,0,0,0,0};
    SetCommTimeouts(port,&newTimeouts);
    if(!ComSetParams(port,targetSpeed)) {
        SetCommTimeouts(port,&originalTimeouts);
        CloseHandle(port);
        printf("Failed to set COM parameters\n");
        return false;
    }
    printf("Successfully set COM parameters\n");
    return true;
}

static bool ComSetParams(HANDLE port,int baud) {
    DCB dcb;
    memset(&dcb,0,sizeof(dcb));
    dcb.DCBlength=sizeof(dcb);
    dcb.BaudRate=baud;
    dcb.fBinary=1;
    dcb.Parity=NOPARITY;
    dcb.StopBits=ONESTOPBIT;
    dcb.ByteSize=8;
    return SetCommState(port,&dcb)!=0;
}

這是它工作的 USB 跟蹤。 請注意 OUT 事務（輸出字節），然后是 IN 事務（輸入字節），然后是更多 OUT 事務（輸出字節），所有這些都在 3 毫秒內：

最后，如果您正在閱讀本文，您可能有興趣查看我通過 UART 發送和接收字符的函數：

    unsigned char outbuf[16384];
    unsigned char inbuf[16384];
    unsigned char *inLast = inbuf;
    unsigned char *inP = inbuf;
    unsigned long bytesWritten;
    unsigned long bytesReceived;

    // Read character from UART and while doing that, send keypresses to UART.
    unsigned char vgetc() { 
        while (inP >= inLast) { //My input buffer is empty, try to read from UART
            while (_kbhit()) { //If keyboard input available, send it to UART
                outbuf[0] = _getch(); //Get keyboard character
                WriteFile(port,outbuf,1,&bytesWritten,NULL); //send keychar to UART
            }
            ReadFile(port,inbuf,1024,&bytesReceived,NULL); 
            inP = inbuf;
            inLast = &inbuf[bytesReceived]; 
        }
        return *inP++;
    }

大型傳輸在代碼中的其他地方處理。

最后一點，顯然這是自 1998 年放棄 DOS 以來我設法編寫的第一個快速 UART 代碼。哦，當你玩得開心時，時間會飛逝嗎？

這是我找到相關信息的地方： http : //www.egmont.com.pl/addi-data/instrukcje/standard_driver.pdf

Answer 2

我遇到過類似的串口問題。 就我而言，我解決了降低串行端口延遲的問題。 您可以使用控制面板更改每個端口的延遲（默認設置為 16 毫秒）。 您可以在此處找到該方法： http : //www.chipkin.com/reducing-latency-on-com-ports/

祝你好運！！！