367 lines
9.5 KiB
Markdown
367 lines
9.5 KiB
Markdown
# API-libcomm — 通讯抽象层模块
|
||
|
||
> 版本: v1.0
|
||
> 日期: 2026-07-08
|
||
> 状态: 已实现（TCP/UDP 完整, UART 待实现）
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 1. 模块概述
|
||
|
||
libcomm 是 RTU 通讯装置的**通讯抽象层**，为上层协议栈（Modbus、IEC104 等）提供统一的 TCP/UDP/UART 通讯接口。
|
||
|
||
### 设计思想
|
||
|
||
- **类型统一**：同一套 API 操作 TCP 服务器/客户端、UDP、UART
|
||
- **异步事件驱动**：基于 epoll 单线程事件循环，非阻塞 I/O
|
||
- **回调解耦**：接收数据和状态变化通过回调通知上层
|
||
- **纯 C 接口**：`extern "C"` 包裹，C/C++ 均可调用
|
||
|
||
### 架构
|
||
|
||
```
|
||
┌──────────────────────────────────────────────┐
|
||
│ 协议层（libmodbus / lib60870） │
|
||
│ 调用 comm_create / comm_send / recv_cb │
|
||
├──────────────────────────────────────────────┤
|
||
│ libcomm（纯 C 接口层） │
|
||
│ ┌──────────┬──────────┬──────────────────┐ │
|
||
│ │ TCP 服务 │ TCP 客户 │ UDP 服务 / 客户 │ │
|
||
│ │ 器端 │ 端 │ │ │
|
||
│ └──────────┴──────────┴──────────────────┘ │
|
||
│ ┌──────────────────────────────────────────┐ │
|
||
│ │ epoll 事件循环 + fd 管理 + 状态机 │ │
|
||
│ └──────────────────────────────────────────┘ │
|
||
├──────────────────────────────────────────────┤
|
||
│ 实现层（C++: map/mutex + POSIX socket） │
|
||
└──────────────────────────────────────────────┘
|
||
```
|
||
|
||
### 源文件结构
|
||
|
||
```
|
||
libcomm/
|
||
├── inc/
|
||
│ └── myComm.h # 对外 C 接口头文件
|
||
└── src/
|
||
├── comm_internal.h # 内部共享类型/全局变量/函数声明
|
||
├── comm_core.cpp # 核心: create/destroy/run/stop + epoll 事件循环
|
||
├── comm_tcp.cpp # TCP 服务器/客户端
|
||
├── comm_udp.cpp # UDP 通讯
|
||
└── comm_uart.cpp # UART 串口通讯
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 2. 数据结构
|
||
|
||
### 2.1 通讯类型
|
||
|
||
```c
|
||
typedef enum
|
||
{
|
||
COMM_TYPE_TCP_SERVER = 0, /** TCP 服务器（监听+accept） */
|
||
COMM_TYPE_TCP_CLIENT, /** TCP 客户端 */
|
||
COMM_TYPE_UDP_SERVER, /** UDP 服务器 */
|
||
COMM_TYPE_UDP_CLIENT, /** UDP 客户端 */
|
||
COMM_TYPE_UART /** UART 串口 */
|
||
} enum_comm_type;
|
||
```
|
||
|
||
### 2.2 通讯状态
|
||
|
||
```c
|
||
typedef enum
|
||
{
|
||
COMM_STATE_DISCONNECTED = 0, /** 未连接 */
|
||
COMM_STATE_CONNECTING, /** 连接中 */
|
||
COMM_STATE_CONNECTED, /** 已连接 */
|
||
COMM_STATE_ERROR /** 错误状态 */
|
||
} enum_comm_state;
|
||
```
|
||
|
||
### 2.3 参数结构体
|
||
|
||
```c
|
||
/** TCP 参数 */
|
||
typedef struct
|
||
{
|
||
char local_ip[64]; /** 本地 IP（服务器用） */
|
||
int local_port; /** 本地端口（服务器用） */
|
||
char remote_ip[64]; /** 远端 IP（客户端用） */
|
||
int remote_port; /** 远端端口（客户端用） */
|
||
} stru_tcp_para;
|
||
|
||
/** UDP 参数 */
|
||
typedef struct
|
||
{
|
||
char local_ip[64]; /** 本地 IP */
|
||
int local_port; /** 本地端口 */
|
||
char remote_ip[64]; /** 远端 IP（客户端用） */
|
||
int remote_port; /** 远端端口（客户端用） */
|
||
} stru_udp_para;
|
||
|
||
/** UART 参数 */
|
||
typedef struct
|
||
{
|
||
char device[128]; /** 串口设备路径（如 /dev/ttyS0） */
|
||
int baudrate; /** 波特率 */
|
||
int data_bits; /** 数据位（5/6/7/8） */
|
||
int stop_bits; /** 停止位（1/2） */
|
||
char parity; /** 校验位（'N'/'E'/'O'） */
|
||
} stru_uart_para;
|
||
|
||
/** 通讯参数联合体 */
|
||
typedef union
|
||
{
|
||
stru_tcp_para tcp;
|
||
stru_udp_para udp;
|
||
stru_uart_para uart;
|
||
} union_comm_para;
|
||
```
|
||
|
||
### 2.4 回调函数类型
|
||
|
||
```c
|
||
/** 接收数据回调 */
|
||
typedef void (*comm_recv_cb)(int id, int fd, const unsigned char *data, int len);
|
||
|
||
/** 状态变化回调 */
|
||
typedef void (*comm_state_cb)(int id, int fd, int state);
|
||
```
|
||
|
||
### 2.5 错误码
|
||
|
||
| 常量 | 值 | 说明 |
|
||
|------|-----|------|
|
||
| `COMM_OK` | 0 | 成功 |
|
||
| `COMM_ERR_PARAM` | -1 | 参数错误 |
|
||
| `COMM_ERR_MEM` | -2 | 内存不足 |
|
||
| `COMM_ERR_SOCKET` | -3 | Socket 创建失败 |
|
||
| `COMM_ERR_BIND` | -4 | 绑定失败 |
|
||
| `COMM_ERR_LISTEN` | -5 | 监听失败 |
|
||
| `COMM_ERR_CONNECT` | -6 | 连接失败 |
|
||
| `COMM_ERR_SEND` | -7 | 发送失败 |
|
||
| `COMM_ERR_NOT_FOUND` | -8 | 实例不存在 |
|
||
| `COMM_ERR_STATE` | -9 | 状态错误 |
|
||
| `COMM_ERR_INTERNAL` | -10 | 内部错误 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 3. 接口函数
|
||
|
||
### 3.1 comm_create — 创建通讯实例
|
||
|
||
```c
|
||
int comm_create(int type, int debug, const union_comm_para *para);
|
||
```
|
||
|
||
**参数**：
|
||
- `type`：通讯类型（enum_comm_type）
|
||
- `debug`：是否打印调试信息（1=打印, 0=静默）
|
||
- `para`：通讯参数（根据 type 选择对应成员）
|
||
|
||
**返回值**：`>=0` 实例 ID，`<0` 错误码
|
||
|
||
**使用场景**：协议栈初始化时创建对应的通讯通道
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 3.2 comm_connect — 建立连接
|
||
|
||
```c
|
||
int comm_connect(int id);
|
||
```
|
||
|
||
**行为**（按类型）：
|
||
- TCP 服务器：bind + listen，注册到 epoll
|
||
- TCP 客户端：非阻塞 connect，监听 EPOLLOUT 等待完成
|
||
- UDP：bind 本地端口
|
||
- UART：open 串口设备 + 配置波特率/数据位/停止位/校验
|
||
|
||
**返回值**：`COMM_OK` 成功，`<0` 错误码
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 3.3 comm_disconnect — 断开连接
|
||
|
||
```c
|
||
int comm_disconnect(int id);
|
||
```
|
||
|
||
关闭所有 fd（监听 + 客户端 + 本地），保留参数可重新 connect。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 3.4 comm_send — 发送数据
|
||
|
||
```c
|
||
int comm_send(int id, int fd, const unsigned char *data, int len);
|
||
```
|
||
|
||
**参数**：
|
||
- `fd`：目标 fd（TCP 服务器需指定客户端 fd）
|
||
- `data`/`len`：数据与长度
|
||
|
||
**返回值**：`>=0` 实际发送字节数，`<0` 错误码
|
||
|
||
**注意**：UDP 客户端会自动 sendto 到创建时指定的远端地址
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 3.5 comm_recv_register — 注册接收回调
|
||
|
||
```c
|
||
int comm_recv_register(int id, comm_recv_cb cb);
|
||
```
|
||
|
||
epoll 检测到可读后，自动调用此回调，传入 `(id, fd, data, len)`。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 3.6 comm_state_register — 注册状态回调
|
||
|
||
```c
|
||
int comm_state_register(int id, comm_state_cb cb);
|
||
```
|
||
|
||
连接建立/断开/错误时回调，传入 `(id, fd, state)`。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 3.7 comm_destroy — 销毁实例
|
||
|
||
```c
|
||
int comm_destroy(int id);
|
||
```
|
||
|
||
关闭所有 fd、释放内存。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 3.8 comm_run / comm_stop — 事件循环
|
||
|
||
```c
|
||
int comm_run(void); /** 阻塞运行 epoll 事件循环 */
|
||
void comm_stop(void); /** 停止事件循环 */
|
||
```
|
||
|
||
**约定**：调用者在独立线程中调用 `comm_run()`。停止时调用 `comm_stop()`。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 4. 使用示例
|
||
|
||
### 4.1 TCP 客户端
|
||
|
||
```c
|
||
#include "myComm.h"
|
||
|
||
static void on_recv(int id, int fd, const unsigned char *data, int len)
|
||
{
|
||
printf("recv %d bytes on fd=%d\n", len, fd);
|
||
}
|
||
|
||
static void on_state(int id, int fd, int state)
|
||
{
|
||
if (state == COMM_STATE_CONNECTED)
|
||
{
|
||
printf("connected!\n");
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
void tcp_client_example(void)
|
||
{
|
||
union_comm_para para;
|
||
|
||
strcpy(para.tcp.remote_ip, "192.168.1.100");
|
||
para.tcp.remote_port = 502;
|
||
para.tcp.local_ip[0] = '\0';
|
||
para.tcp.local_port = 0;
|
||
|
||
int id = comm_create(COMM_TYPE_TCP_CLIENT, 1, ¶);
|
||
|
||
comm_recv_register(id, on_recv);
|
||
comm_state_register(id, on_state);
|
||
comm_connect(id);
|
||
|
||
/* 在另一个线程启动事件循环 */
|
||
comm_run();
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 4.2 TCP 服务器
|
||
|
||
```c
|
||
void tcp_server_example(void)
|
||
{
|
||
union_comm_para para;
|
||
|
||
strcpy(para.tcp.local_ip, "0.0.0.0");
|
||
para.tcp.local_port = 502;
|
||
|
||
int id = comm_create(COMM_TYPE_TCP_SERVER, 1, ¶);
|
||
|
||
comm_recv_register(id, on_recv);
|
||
comm_state_register(id, on_state);
|
||
comm_connect(id);
|
||
|
||
comm_run();
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 4.3 UDP
|
||
|
||
```c
|
||
void udp_example(void)
|
||
{
|
||
union_comm_para para;
|
||
|
||
strcpy(para.udp.local_ip, "0.0.0.0");
|
||
para.udp.local_port = 2404;
|
||
|
||
int id = comm_create(COMM_TYPE_UDP_SERVER, 1, ¶);
|
||
|
||
comm_recv_register(id, on_recv);
|
||
comm_connect(id);
|
||
comm_run();
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 5. 依赖关系
|
||
|
||
```
|
||
myBase.h → libcomm
|
||
(无其他模块依赖)
|
||
```
|
||
|
||
libcomm 是阶段 2 的第一个模块，被后续 `libmodbus`、`lib60870` 等协议栈依赖。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 6. 程序运行流程
|
||
|
||
```
|
||
comm_create(type, para)
|
||
→ 分配 stru_comm_instance，拷贝参数，返回 id
|
||
→ 首次调用时初始化 epoll + eventfd
|
||
|
||
comm_connect(id)
|
||
→ TCP_SERVER: socket → bind → listen → epoll_add(listen_fd)
|
||
→ TCP_CLIENT: socket → nonblock-connect → epoll_add(fd, EPOLLOUT)
|
||
→ UDP: socket → bind → epoll_add(fd)
|
||
→ UART: open(device) → tcsetattr → epoll_add(fd)
|
||
|
||
comm_run() [阻塞，需在独立线程中调用]
|
||
→ epoll_wait 循环
|
||
→ EPOLLIN (listen_fd) → accept → epoll_add(client_fd) → state_cb
|
||
→ EPOLLIN (data_fd) → recv → recv_cb
|
||
→ EPOLLOUT → getsockopt(SO_ERROR) → connect 完成 → state_cb
|
||
→ EPOLLERR/HUP/RDHUP → close_fd → state_cb(DISCONNECTED)
|
||
|
||
comm_stop()
|
||
→ write(eventfd) → epoll 收到 → g_running = false → 退出循环
|
||
```
|