嵌入式 Linux 對接星閃，用 C++ 設(shè)計(jì)一個(gè)通用的 AT 指令解析器。

工程師進(jìn)階筆記

我是老溫，一名熱愛學(xué)習(xí)的嵌入式工程師
" D7 h2 t+ T  F  ]+ v! K9 k' t1 t9 [關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！
為了可以讓嵌入式Linux產(chǎn)品方便地對接AT指令通信模組，我們在設(shè)計(jì)嵌入式應(yīng)用程序的時(shí)候，可以用 C/C++ 設(shè)計(jì)一個(gè)通用的AT指令解析器，這個(gè)AT指令解析器具有以下特性：
- p% W9 s* k* b' q: ?1、使用UART串口進(jìn)行硬件連接通信。2、AT指令容易擴(kuò)展，提供處理函數(shù)的注冊接口。3、通過隊(duì)列進(jìn)行指令管理，發(fā)送、接收、處理、多線程同步互斥。4、具有超時(shí)重發(fā)機(jī)制，可設(shè)置超時(shí)時(shí)間與重發(fā)次數(shù)。5、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，高內(nèi)聚，容易移植使用。
  B& U& L- e3 e" O  j0 S# r4 f  n前段時(shí)間，小熊派官方發(fā)布了星閃核心板 Bearpi-Pico H2821 的AT指令固件，并且支持 1 對 8 組網(wǎng)通信，有了豐富的AT指令集，單片機(jī)或者其他MPU芯片就可以很容易地通過星閃網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)通信。
關(guān)于星閃 AT 固件的詳情，可以查看之前的文章進(jìn)行回顧：開啟星閃互聯(lián)，組建一對多小型網(wǎng)絡(luò)！
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這個(gè)通用的 AT 指令解析器主要由以下兩部分組成：串口通信模塊 serial_port，AT指令解析器模塊 at_cmd_paeser，以下是解析器的具體設(shè)計(jì)過程。
1、頭文件 serial_port.h 主要提供底層串口硬件的操作接口，包括配置串口，打開或關(guān)閉串口，數(shù)據(jù)發(fā)送和接口，以及判斷串口是否已經(jīng)打開，具體代碼如下圖所示。
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7 q6 Z: }5 M6 J8 Y2、源文件 serial_port.cpp 主要是實(shí)現(xiàn)底層串口硬件的操作邏輯，相關(guān)的操作都通過 termios 提供的接口進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，串口硬件在配置或者數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，要先判斷 is_port_opened 是否置位，串口成功打開后才能進(jìn)行相關(guān)的操作。
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2 Y) n) d1 {( B- ]# k) q3、頭文件 at_cmd_parser.h 主要是把AT 指令解析器抽象成一個(gè)類 class at_cmd_parser，這個(gè)類提供了AT指令和處理函數(shù)的注冊接口，解析器的啟停，AT指令發(fā)送，三個(gè)線程，數(shù)據(jù)收發(fā)隊(duì)列，互斥鎖與條件變量，等等。
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4、源文件 at_cmd_parser.cpp 主要是對解析器類的接口實(shí)現(xiàn)，構(gòu)造函數(shù)主要是打開和配置串口，start() 和 stop() 函數(shù)主要是啟動(dòng)和停止三大線程，代碼實(shí)現(xiàn)如下圖所示。
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5、函數(shù) add_command_handler() 主要是把AT指令和處理函數(shù)進(jìn)行注冊綁定，把處理函數(shù)用一個(gè)哈希表 command_handler 進(jìn)行管理，AT指令的字符串是鍵key，具體的處理函數(shù)是健對應(yīng)的值value。
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" h0 I" y! m8 e* g6、調(diào)用 send_at_cmd() 函數(shù)發(fā)送 AT 指令，在這個(gè)函數(shù)里面，主要是把待發(fā)送的AT指令放入隊(duì)列 send_queue，入隊(duì)列采用互斥鎖保護(hù)，然后調(diào)用 send_cv 事件喚醒發(fā)送線程 send_thread() 進(jìn)行指令發(fā)送。
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7、在發(fā)送線程 send_thread() 里面，先獲取 send_mtx 互斥鎖，然后等待send_cv信號的到達(dá)，使用for循環(huán)不斷從send_queue里面取出 struct at_command 類型的數(shù)據(jù)，然后調(diào)用 serial.send_data() 進(jìn)行發(fā)送。
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在發(fā)送AT指令之前，先記錄發(fā)送前的時(shí)間點(diǎn)，超過一定時(shí)間之后還沒有收到當(dāng)前AT指令的正確回復(fù)，則會(huì)繼續(xù)重新發(fā)送并記錄重發(fā)次數(shù)，達(dá)到最大重發(fā)次數(shù)后，丟棄該條AT指令。
8、在數(shù)據(jù)接收線程 receiving_thread() 里面，每隔100ms輪詢讀取串口緩沖區(qū)，如果讀取到數(shù)據(jù)，先嘗試獲取互斥鎖，并把數(shù)據(jù)存入 recv_queue 接收隊(duì)列，然后發(fā)送 recv_cv 事件喚醒數(shù)據(jù)處理線程 processing_thread()
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2 z5 M7 j0 f6 g) \9、在數(shù)據(jù)處理線程 proessing_thread() 里面，獲取數(shù)據(jù)接收互斥鎖，然后等待收到 recv_cv 事件后，從數(shù)據(jù)接收隊(duì)列 revv_queue 里面取出數(shù)據(jù)，不斷從 command_handler 哈希表里進(jìn)行鍵值匹配，執(zhí)行對應(yīng)的注冊函數(shù)，執(zhí)行成功后，把該條AT指令從發(fā)送隊(duì)列里面刪除。

10、把星閃核心板 Bearpi-Pico H2821 通過USB接口連接到Linux開發(fā)板上面，開發(fā)板的內(nèi)核需要支持CH34x驅(qū)動(dòng)，會(huì)在/dev 目錄下生成 ttyUSB0 節(jié)點(diǎn)，我們可以做一個(gè)簡單的界面來進(jìn)行指令發(fā)送，點(diǎn)擊【指令：AT】按鈕，可以看到調(diào)試終端輸出打印信息，AT指令解析器可以在開發(fā)板上面順利運(yùn)行。
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% F) ^1 B6 b( _2 {& r. y' s0 w6 d: r下一步，我們將會(huì)基于這個(gè)通用的 AT 指令解析器，把星閃核心板BearPi-Pico H2821的 AT 指令都集成到一個(gè)模塊組件里面，通過這個(gè)組件，就可以讓嵌入式 Linux 開發(fā)板輕松獲得星閃通信功能。
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                                                                                        現(xiàn)場實(shí)測，用數(shù)據(jù)說話，星閃通信距離突破3.3公里！
                                                               
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