windows - 具有最小延迟的串行通信

Question

我有一台通过串行通信(即物理或模拟串行端口的 RS-232/RS-422)与外部设备连接的计算机。它们通过频繁的数据交换(30Hz)相互通信，但只有小数据包(每个数据包小于 16 字节)。

通信最关键的要求是传输和接收之间的低延迟或延迟。

数据交换模式类似于握手。一个主机设备发起通信并不断在客户端设备上发送通知。客户端设备需要尽快回复来自主机设备的每个通知(这正是需要实现低延迟的地方)。通知和回复的数据包定义明确；即数据长度已知。并且基本上不允许数据丢失。

我使用以下常见的 Win API 函数以同步方式执行 I/O 读/写:创建文件、读取文件、写入文件

客户端设备使用 ReadFile 从主机设备读取数据。一旦客户端读取到已知长度的完整数据包，它就会使用 WriteFile 向主机设备回复相应的数据包。读取和写入始终是顺序的，没有并发。

不知何故通讯不够快。即数据发送和接收之间的持续时间过长。我猜可能是串口缓冲或中断的问题。

这里我总结了一些可能改善延迟的措施。请给我一些建议和更正:)

1. 使用 FILE_FLAG_NO_BUFFERING 标志调用 CreateFile？我不确定这个标志在这种情况下是否相关。
2. 在每个 WriteFile 之后调用 FlushFileBuffers？或任何可以通知/中断串口立即传输数据的 Action ？
3. 为处理串行通信的线程和进程设置更高的优先级
4. 为模拟设备(及其驱动程序)设置延迟计时器或传输大小。但是物理串口呢？
5. Windows 上是否有类似 Linux 下的 setserial/low_latency 等价物？
6. 禁用 FIFO？

提前致谢!

Answer 1

在我的案例中，我通过将通信超时设置为 {MAXDWORD,0,0,0,0} 解决了这个问题。

经过多年的努力，就在这一天，我终于能够使用 Microsoft 的 CDC 类 USB UART 驱动程序(USBSER.SYS，现在内置于 Windows 10 中，使其真正可用)使我的串行通信终端足够快).

显然，前面提到的一组值是一个特殊值，它设置了最小超时和最小延迟(至少对于 Microsoft 驱动程序，至少在我看来是这样)并且如果没有新字符，也会导致 ReadFile 立即返回在接收缓冲区中。

这是我打开端口的代码(Visual C++ 2008，项目字符集从“Unicode”更改为“未设置”以避免端口名的 LPCWSTR 类型转换问题):

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;
}

这是它工作的 USB 跟踪记录。请注意 OUT 事务(输出字节)后跟 IN 事务(输入字节)，然后是更多 OUT 事务(输出字节)，所有这些都在 3 毫秒内:

最后，如果您正在阅读本文，您可能会对我通过 UART 发送和接收字符的函数感兴趣:

    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++;
    }

大额传输在代码的其他地方处理。

最后一点，显然这是自 1998 年放弃 DOS 以来我设法编写的第一个快速 UART 代码。哦，当你玩得开心的时候，时间过得真快吗？

这是我找到相关信息的地方:http://www.egmont.com.pl/addi-data/instrukcje/standard_driver.pdf