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// Created by misaki on 2026/1/26.
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/**
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* 串口通信模块 —— 支持多设备并行 + JSON 协议
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* 每个 SerialPortClient 实例对应一个物理串口
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*/
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#pragma once
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#include <QSerialPort>
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#include <QSerialPortInfo>
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#include <QObject>
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#include <QThread>
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#include <QTimer>
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#include <QMutex>
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#include <QScopedPointer>
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#include <QJsonDocument>
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#include <QJsonObject>
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#include <utility>
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/**
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* @brief 串口管理器（工作线程侧）
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* @details 负责单一串口的实际 I/O、参数配置、心跳、JSON 自动编解码
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* 与 WebSocketManager 对称设计，支持多实例并行
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*/
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class SerialPortManager final : public QObject {
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Q_OBJECT
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public:
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explicit SerialPortManager(QString deviceName, QObject *parent = nullptr);
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~SerialPortManager() override;
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// 禁止拷贝
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SerialPortManager(const SerialPortManager&) = delete;
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SerialPortManager& operator=(const SerialPortManager&) = delete;
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// 设备标识（用于多实例区分）
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[[nodiscard]] QString deviceName() const { return m_deviceName; }
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// 配置结构体
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struct SerialPortConfig {
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QString portName; // 端口名: "COM3", "/dev/ttyUSB0"
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qint32 baudRate; // 波特率: 9600, 115200
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QSerialPort::DataBits dataBits;
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QSerialPort::Parity parity;
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QSerialPort::StopBits stopBits;
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QSerialPort::FlowControl flowControl;
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QByteArray heartbeatData; // 心跳包内容（为空则禁用）
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int maxJsonSize; // JSON 最大长度（防内存溢出）
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// 默认配置：115200-N-8-1 + 无流控 + 心跳禁用 + JSON 上限 64KB
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explicit SerialPortConfig(
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QString port = "",
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qint32 baud = 115200,
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QSerialPort::DataBits db = QSerialPort::Data8,
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QSerialPort::Parity p = QSerialPort::NoParity,
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QSerialPort::StopBits sb = QSerialPort::OneStop,
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QSerialPort::FlowControl fc = QSerialPort::NoFlowControl,
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QByteArray hb = QByteArray(),
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int maxJson = 65536
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) : portName(std::move(port)), baudRate(baud), dataBits(db), parity(p),
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stopBits(sb), flowControl(fc), heartbeatData(std::move(hb)), maxJsonSize(maxJson) {}
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};
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signals:
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// 状态与数据信号
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void opened(); // 串口成功打开
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void closed(); // 串口关闭
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void dataReceived(const QByteArray &data); // 原始二进制数据
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void textReceived(const QString &text); // 文本数据（UTF-8 解码）
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void hexReceived(const QString &hex); // 十六进制字符串: "AA BB CC"
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void jsonReceived(const QString &type, const QJsonObject &data); // JSON 已解析
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void error(const QString &errorMsg); // 错误信息
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void log(const QString &msg); // 运行日志
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void reconnecting(int attempt); // 自动重连中
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public slots:
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bool setConfig(const SerialPortManager::SerialPortConfig& config); // 设置配置
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[[nodiscard]] SerialPortManager::SerialPortConfig currentConfig() const;
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bool open(); // 打开串口
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void close(); // 关闭串口
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// 多层次发送接口（JSON、文本、HEX、原始二进制）
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void sendJson(const QString &type, const QJsonObject &data); // 发送 JSON（自动封装）
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void sendText(const QString &text); // 发送文本（UTF-8）
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void sendHex(const QString &hex); // 发送十六进制: "12 AB CD"
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void sendRaw(const QByteArray &data); // 发送原始二进制（重命名为 sendRaw 更清晰）
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void setAutoReconnect(bool enabled); // 是否开启自动重连
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void setHeartbeatInterval(int msecs); // 心跳间隔（毫秒）
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[[nodiscard]] bool isOpen() const; // 串口是否已打开
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private slots:
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void onReadyRead(); // 串口有数据到达
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void onErrorOccurred(QSerialPort::SerialPortError error);
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void sendHeartbeat(); // 定时发送心跳
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void tryReconnect(); // 重连逻辑
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void processCOBSBuffer(); // 尝试解析 COBS帧
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private:
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QSerialPort *m_serial; /// 串口实例
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QString m_deviceName; /// 设备标识（如 "STM32_Master", "ESP32_Slave"）
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SerialPortConfig m_config; /// 当前配置
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QTimer *m_heartbeatTimer; /// 心跳定时器
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QTimer *m_reconnectTimer; /// 重连定时器
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bool m_isAutoReconnect; /// 是否启用自动重连
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int m_reconnectAttempts; /// 重连尝试次数
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QByteArray m_cobsBuffer; /// COBS 解码缓冲区
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bool m_cobsInFrame; /// 帧状态
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};
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/**
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* @brief 串口客户端（主线程接口层）
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* @details 每个实例对应一个物理串口，支持构造多个并行工作
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* 封装线程迁移、信号转发、生命周期管理
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*/
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class SerialPortClient final : public QObject {
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Q_OBJECT
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Q_DISABLE_COPY(SerialPortClient)
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public:
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// 构造函数：deviceName 为设备标识，用于日志和多实例区分
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explicit SerialPortClient(const QString &deviceName, QObject *parent = nullptr);
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~SerialPortClient() override;
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// 设备标识
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[[nodiscard]] QString deviceName() const { return m_deviceName; }
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// 配置串口
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bool setConfiguration(const SerialPortManager::SerialPortConfig& config);
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// 串口操作
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void open();
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void close();
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void reconnect();
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// 多层次发送接口
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void sendJson(const QString &type, const QJsonObject &data);
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void sendText(const QString &text);
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void sendHex(const QString &hex);
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void sendRaw(const QByteArray &data);
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// 状态查询
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[[nodiscard]] bool isOpen() const;
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[[nodiscard]] bool hasConfiguration() const { return !m_config.portName.isEmpty(); }
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||
[[nodiscard]] SerialPortManager::SerialPortConfig currentConfig() const { return m_config; }
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// 高级功能
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void setAutoReconnect(bool enabled);
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void setHeartbeatInterval(int msecs);
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[[nodiscard]] static QStringList availablePorts(); // 枚举系统可用串口
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signals:
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// 事件信号（与 SerialPortManager 一一对应，转发到主线程）
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void opened();
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void closed();
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void dataReceived(const QByteArray &data);
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void textReceived(const QString &text);
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void hexReceived(const QString &hex);
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void jsonReceived(const QString &type, const QJsonObject &data);
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void error(const QString &errorMsg);
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void log(const QString &msg);
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void reconnecting(int attempt);
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// 配置变更
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void configurationChanged(const SerialPortManager::SerialPortConfig &oldConfig,
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const SerialPortManager::SerialPortConfig &newConfig);
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private:
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// 内部信号（用于跨线程通信，对标 internal*）
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Q_SIGNAL void internalSetConfig(const SerialPortManager::SerialPortConfig& config);
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Q_SIGNAL void internalOpen();
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Q_SIGNAL void internalClose();
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Q_SIGNAL void internalSendJson(const QString &type, const QJsonObject &data);
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Q_SIGNAL void internalSendText(const QString &text);
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Q_SIGNAL void internalSendHex(const QString &hex);
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||
Q_SIGNAL void internalSendRaw(const QByteArray &data);
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||
Q_SIGNAL void internalSetAutoReconnect(bool enabled);
|
||
Q_SIGNAL void internalSetHeartbeatInterval(int msecs);
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||
|
||
QString m_deviceName; /// 设备标识
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||
QThread *m_workerThread; /// 工作线程
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||
SerialPortManager *m_serialManager; /// 管理器实例（工作线程侧）
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||
SerialPortManager::SerialPortConfig m_config; /// 配置缓存
|
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}; |