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libcomm 模块分析

日期: 2026-06-12
基于源码: src/public/libcomm/（8个文件，约2200行）

1. 模块定位

libcomm 是 RTU 的统一通信抽象层，位于公共库层。它将 TCP/UART/UDP 三种通信方式包装为统一的 C 接口，上层模块只需通过 comm_id 句柄操作连接、收发数据，不感知底层传输差异。

上层（com_channel / icp67）
    ↓ comm_create / comm_send / comm_recv_register
libcomm（本模块）
    ↓ dispatch by CommType
TCP client / TCP server / UART / UDP client / UDP server

2. 架构设计：工厂模式 + 虚函数表

2.1 统一基类 `stru_comm`

typedef struct {
    CommType type;
    CommInit init;         // no / ok
    CommDebugShow debug_show;  // on / off
    void *p_comm;          // 指向具体子类（stru_comm_tcp/uart/udp）
    int (*comm_connect)(int id);
    int (*comm_disconnect)(int id);
    int (*comm_run)(int id);
    int (*comm_state_register)(int id, comm_state_cb cb);
    int (*comm_recv_register)(int id, comm_recv_cb cb);
    int (*comm_send)(int id, const char *data, uint16_t len);
} stru_comm;

2.2 子类：TCP / UART / UDP

每种通信方式有自己的结构体，包含：

结构体	特有字段	函数指针表
`stru_comm_tcp`	sockfd, sock_listen_fd, client_fd[16], p_para	tcp_client_connect / tcp_server_connect / tcp_send / tcp_close
`stru_comm_uart`	uart_fd, p_para	uart_connect / uart_send / uart_close
`stru_comm_udp`	sockfd, p_para	udp_client_connect / udp_server_connect / udp_send / udp_close

2.3 注册与管理

创建时分配 *_create 填充函数指针表 → comm_create 按 CommType 分派 → 全局 g_comm_map（map<int, stru_comm>）：

std::map<int, stru_comm> g_comm_map;
static int g_comm_id = 0;

所有后续操作通过 comm_id 查找 g_comm_map，再按 type 向下转型调用具体子类的函数指针。

3. TCP 实现（comm_tcp.cpp，640行）

3.1 客户端模式（`tcp_client_connect`）

while(1):
  socket() → connect(非阻塞) → select(3秒超时) → SO_ERROR 检查
  → tcp_open(SO_REUSEADDR + TCP keepalive)
  → 通知 state_cb(connected)
  
  while(sockfd 有效):
    select(sockfd, 100ms超时)
    → recv → recv_cb(id, fd, data, len)
    → len <= 0 → close → 通知 state_cb(disconnected) → 外层循环重新连接

特点: 自动断线重连（5秒等待），单连接模型，非阻塞 connect 避免永久阻塞。

3.2 服务端模式（`tcp_server_connect`）

tcp_listen → socket + bind + listen
while(1):
  select(listen_fd + client_fd[]) 
  → listen_fd 可读 → accept → 分配 client_fd[16] 空闲槽位
  → client_fd 可读 → recv → recv_cb
  → recv <= 0 → close + 通知 disconnected + 释放槽位

特点: 最多 16 个并发客户端，select 阻塞等待（无超时），每个客户端 fd 分配独立槽位。send 失败时自动关闭对应连接。

3.3 Keepalive 配置

SO_KEEPALIVE + TCP_KEEPIDLE(30s) + TCP_KEEPINTVL(5s) + TCP_KEEPCNT(3)
// 30秒无活动 → 开始探测 → 每5秒一次 → 3次失败断开 → 最长75秒检测断线

3.4 send 实现

send(fd, data, len, MSG_NOSIGNAL)
// 失败时: 关闭 fd → state_cb(disconnected) → 自动触发重连

4. UART 实现（comm_uart.cpp，692行）

4.1 初始化流程

uart_connect:
  → open(device, O_RDWR | O_NOCTTY)
  → tcgetattr + 配置波特率/数据位/停止位/校验位
  → 原始模式: ~ICANON, ~ECHO
  → 超时: VTIME=1(100ms), VMIN=0

4.2 波特率支持

600 / 1200 / 2400 / 4800 / 9600 / 19200 / 38400 / 57600 / 115200 / 500000 / 1M / 2.5M

4.3 运行时循环

while(1):
  read(uart_fd, buf, 1024)
  → len > 0 → recv_cb(id, fd, buf, len)
  → uart_sleep(10ms)

当前实现: 逐次 read → 逐次回调，不做帧拼装。注释掉的旧版本有超时分帧逻辑（20ms 空闲检测 + 动态帧缓冲区），但被废弃。

4.4 uart_send

write(uart_fd, tx, tx_len)

5. UDP 实现（comm_udp.cpp，298行）

5.1 客户端

socket(SOCK_DGRAM) → connect 到 remote:port → state_cb(connected) → udp_run

5.2 服务端

socket → bind local:port → state_cb(connected) → udp_run

5.3 `udp_run` 接收循环

while(1):
  recvfrom(sockfd, buf, 2048)
  → recv_cb(id, sockfd, buf, len)
  → 出错时仅 continue，不触发重连

5.4 send

sendto(fd, data, len, remote_ip:remote_port)
// 目标和 recv 使用相同参数，服务端回包无需知道对端地址

6. fd 诊断工具（comm.cpp 尾部）

`get_fd_type(fd)`

通过 fstat + TIOCGSERIAL 判断 fd 类型：socket / serial / pipe / file。

`get_fd_info(fd, info)`

根据类型填充详细信息：

socket: getsockname + getpeername → local/remote IP + port
serial: readlink /proc/self/fd/N → 设备路径 + tcgetattr → 波特率/数据位/停止位/校验
file: fstat → 文件大小 + readlink → 路径

7. 调试支持

enum CommDebugShow { off, on };

static void comm_debug_show(str, dir, data, len):
  → 方向前缀（rx/tx） + 颜色（绿色）
  → 每 64 字节换行的 hex dump

8. 与 icp67 / com_channel 的集成

com_channel.cpp 通过 myComm.h 定义 stru_tcp_para、stru_uart_para 等参数结构体，调用 comm_create 创建通道实例，注册 comm_recv_register 和 comm_state_register 回调。收到的数据进入 icp67 帧解码。

9. 优点

优点	说明
统一接口	三种传输方式一视同仁，上层看不到 socket fd 和串口 fd 的区别
自动重连	TCP 客户端断线后带 5 秒退避自动重连，无需上层管理
调试开关	配置级 hex dump + 彩色方向标识，定位通信问题极快
fd 诊断	`get_fd_info` 可以运行时查看任何 fd 的完整信息（本地/远端 IP、串口参数等）
TCP keepalive	配置了完整的心跳参数（30s idle + 3 次探测），能在 75 秒内检测 TCP 半开连接
虚函数表模式	通过函数指针表实现多态，避免 switch/if-else 类型检查
服务端多连接	TCP server 支持最多 16 个并发客户端，每个客户端独立 fd
UART 参数完整	波特率覆盖 600~2.5M，支持奇偶校验配置

10. 缺点

缺点	严重度	说明
TCP 客户端空轮询	中	✅ 已修复 (2026-06-15) — select 去掉 100ms 超时，改为永久阻塞，零 CPU 空转
stru_comm 冗余函数指针	中	✅ 已修复 (2026-06-15) — 删除 `stru_comm` 中从未使用的 6 个函数指针字段（comm_connect/comm_disconnect/comm_run/comm_state_register/comm_recv_register/comm_send）
UART send 未完整实现	高	✅ 已修复 (2026-06-15) — 重写 comm_uart.cpp：恢复原始模式（~ICANON/~ECHO/~OPOST）、VTIME=1 读超时、tcflush+tcdrain 完整发送
无内存释放	中	✅ 已修复 (2026-06-15) — 新增 `comm_destroy(id)` API，释放 `p_comm` 内存并从 `g_comm_map` 移除
TCP 服务端阻塞 select	低	select 无超时，服务端空闲时线程永久阻塞，若需同时处理定时任务则无法在同一线程
UDP 接收无超时	中	✅ 已修复 (2026-06-15) — `udp_run` 中 `recvfrom` 前加 `select` 1s 超时，超时时 `continue` 继续循环
UDP close 回调 fd 错误	低	✅ 已修复 (2026-06-15) — `udp_close` 先保存 `fd` 再 `close`，回调传入正确的旧 fd
void 类型擦除*	中	`p_comm` 是 `void*` 再强转为具体类型，编译器无法检测类型错误
uart_connect 直接阻塞	低	串口打开和配置在工作线程的 `while(1)` 循环中，没有与上层消息分发解耦
TCP client_fd 槽位管理粗糙	低	最多 16 个客户端，超出直接拒绝，没有等待队列或优雅降级
无流量控制	低	send 没有检查 socket 缓冲区余量，高负载下可能 EAGAIN
日志宏不统一	低	混用 `LOG_E`（C++ 风格）和 `MY_LOG_E`，部分日志无模块前缀

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