如何在 Linux 上实现超低延迟串口通信？

Linux

2024-03-09 05:36:13

在 Linux 上实现低延迟串口通信

简介

在 Linux 上通过串口实现低延迟通信至关重要，尤其是在依赖快速数据传输的协议中。在本指南中，我们将探讨影响延迟的关键因素，并提供优化串口性能的综合解决方案。

影响因素

IO 接口

epoll 通常是低延迟串口通信的最佳 IO 接口。它比 select 和 poll 更高效、可扩展，因为它只监视有事件发生的符。

阻塞与非阻塞 IO

非阻塞 IO 允许进程在等待 I/O 操作完成时继续执行。这降低了延迟，因为它消除了进程的阻塞时间。

内核设置

调整内核设置，如 rx/tx 队列深度，可以减少数据包丢失和重传，从而降低延迟。

串口控制器

低延迟串口控制器，如 16C950 或 PL011，比 16550A 控制器具有更低的延迟。

协议优化

优化协议，如减小消息大小或使用更有效的编码，可以缩短往返时间。

解决方案

1. 使用 epoll 和非阻塞 IO

这是实现低延迟串口通信的最佳组合。它最大限度地提高了效率并降低了延迟。

2. 调整内核设置

增加 rx/tx 队列深度以提高吞吐量，减少数据包丢失和重传。

3. 使用低延迟串口控制器

如果可能，使用低延迟串口控制器来最小化硬件延迟。

4. 优化协议

针对低延迟进行协议优化，如减少消息大小和使用更快的编码方案。

代码示例

以下代码演示了使用 epoll 和非阻塞 IO 实现低延迟串口通信：

import epoll
import os
import select
import serial

# 创建 epoll 对象
epoll_fd = epoll.epoll()

# 打开串口
ser = serial.Serial('/dev/ttyS0', 115200, timeout=0)
ser.setblocking(False)

# 将串口符添加到 epoll 对象中
epoll_fd.register(ser.fileno(), select.EPOLLIN | select.EPOLLOUT)

while True:
    # 等待事件发生
    events = epoll_fd.poll()

    # 处理可读事件
    for fd, event in events:
        if event & select.EPOLLIN:
            data = ser.read()

        # 处理可写事件
        elif event & select.EPOLLOUT:
            ser.write(data)