JS `Web Serial API` `Flow Control` 与 `Baud Rate` 优化

各位观众老爷们，大家好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊 Web Serial API 的那些事儿，重点是“Flow Control”和“Baud Rate”的优化。这俩兄弟，一个是管流量的，一个是定速度的，玩转了它们，才能让你的 Web Serial 应用跑得更稳、更快、更靠谱！

开场白：Web Serial API，连接世界的桥梁

想象一下，你想要用浏览器直接控制一个 Arduino，或者读取一个传感器的数据，是不是很酷炫？ Web Serial API 就是实现这个梦想的桥梁。它允许你的网页直接和串口设备进行通信，不再需要各种插件和中间件，简单粗暴，直接有效！

第一部分：Web Serial API 基础回顾

在深入 Flow Control 和 Baud Rate 之前，咱们先简单回顾一下 Web Serial API 的基本用法，确保大家都在同一个频道上。

1. 获取 Serial Port：

   async function getSerialPort() {
     try {
       const port = await navigator.serial.requestPort();
       return port;
     } catch (error) {
       console.error("获取串口失败:", error);
       return null;
     }
   }

   这段代码负责向用户请求串口权限。如果用户授权，就返回 SerialPort 对象，否则返回 null。记住，安全第一，必须用户授权才能访问串口！

2. 打开 Serial Port：

   async function openSerialPort(port, baudRate, flowControl) {
     if (!port) {
       console.warn("请先获取串口！");
       return false;
     }
   
     try {
       await port.open({
         baudRate: baudRate, // 波特率，后面重点讲
         dataBits: 8,
         parity: "none",
         stopBits: 1,
         flowControl: flowControl, // 流量控制，主角之一
       });
       console.log("串口已打开");
       return true;
     } catch (error) {
       console.error("打开串口失败:", error);
       return false;
     }
   }

   这里 port.open() 方法就是打开串口的关键。注意 baudRate 和 flowControl 这两个参数，它们将是咱们今天的重点讨论对象。dataBits、parity、stopBits 这些参数通常保持默认值即可，除非你的设备有特殊要求。

3. 读写数据：

   async function readData(port) {
     if (!port || !port.readable) {
       console.warn("串口未打开或不可读！");
       return;
     }
   
     const reader = port.readable.getReader();
     try {
       while (true) {
         const { value, done } = await reader.read();
         if (done) {
           // 串口关闭
           console.log("串口已关闭，停止读取");
           break;
         }
         if (value) {
           const textDecoder = new TextDecoder();
           const text = textDecoder.decode(value);
           console.log("接收到的数据:", text);
           // 在这里处理接收到的数据
         }
       }
     } catch (error) {
       console.error("读取数据出错:", error);
     } finally {
       reader.releaseLock(); // 释放锁，允许其他读取器使用
     }
   }
   
   async function writeData(port, data) {
     if (!port || !port.writable) {
       console.warn("串口未打开或不可写！");
       return;
     }
   
     const writer = port.writable.getWriter();
     try {
       const textEncoder = new TextEncoder();
       await writer.write(textEncoder.encode(data));
       console.log("发送的数据:", data);
     } catch (error) {
       console.error("发送数据出错:", error);
     } finally {
       writer.releaseLock(); // 释放锁，允许其他写入器使用
     }
   }

   readData 函数使用 ReadableStream 读取串口数据，writeData 函数使用 WritableStream 向串口发送数据。注意 TextDecoder 和 TextEncoder 的使用，它们负责将 Uint8Array 数据转换为字符串，反之亦然。

4. 关闭 Serial Port：

   async function closeSerialPort(port) {
     if (!port) {
       return;
     }
   
     try {
       await port.close();
       console.log("串口已关闭");
     } catch (error) {
       console.error("关闭串口失败:", error);
     }
   }

   用完串口，记得要关闭，养成好习惯！

第二部分：Flow Control，掌控数据的节奏

好了，基础知识回顾完毕，现在咱们进入正题：Flow Control。

什么是 Flow Control？

简单来说，Flow Control 就是控制数据流动速度的机制，防止数据发送方发送速度过快，导致接收方来不及处理，造成数据丢失。 想象一下，你用一个水管给一个杯子倒水，如果水流太急，杯子就会溢出来。Flow Control 的作用就像给水管加一个阀门，控制水流的速度，确保杯子能顺利接住所有的水。

Flow Control 的种类

Web Serial API 支持以下几种 Flow Control 方式：

• "none"： 不使用 Flow Control。简单粗暴，适用于数据量小、传输速度慢的情况，或者接收方处理速度足够快的情况。
• "hardware"： 使用硬件 Flow Control，也称为 RTS/CTS Flow Control。通过 RTS（Request To Send）和 CTS（Clear To Send）信号线进行控制。发送方在发送数据之前，先检查 CTS 信号线是否有效，如果有效，则可以发送数据；否则，需要等待 CTS 信号线有效才能发送。接收方则通过 RTS 信号线告知发送方自己是否准备好接收数据。
• "software"： 使用软件 Flow Control，也称为 XON/XOFF Flow Control。通过 XON（Transmit On）和 XOFF（Transmit Off）字符进行控制。接收方如果来不及处理数据，就发送 XOFF 字符给发送方，要求发送方暂停发送数据；接收方准备好接收数据后，就发送 XON 字符给发送方，要求发送方继续发送数据。

用表格总结一下：

Flow Control 类型	描述	优点	缺点	适用场景
"none"	不使用 Flow Control。	简单，无需额外配置。	容易造成数据丢失，尤其是在高波特率或接收方处理速度慢的情况下。	数据量小、传输速度慢的情况，或者接收方处理速度足够快的情况。
"hardware"	使用 RTS/CTS 信号线进行控制。	效率高，可靠性好。	需要硬件支持，并且需要正确连接 RTS/CTS 信号线。	需要高可靠性，并且硬件支持 RTS/CTS 信号线的场景。例如，连接一些老旧的串口设备，这些设备可能需要硬件流控制才能正常工作。
"software"	使用 XON/XOFF 字符进行控制。	无需额外硬件支持，只需要在软件层面实现即可。	效率相对较低，并且可能会与数据中的 XON/XOFF 字符冲突。	硬件不支持 RTS/CTS 信号线，或者无法修改硬件连接的情况下。例如，通过虚拟串口连接设备，或者在某些嵌入式系统中，硬件资源有限，只能使用软件流控制。

如何选择 Flow Control？

选择哪种 Flow Control 方式，取决于你的具体应用场景。

• 如果你的设备支持硬件 Flow Control，并且连接了 RTS/CTS 信号线，那么优先选择 "hardware"。
• 如果你的设备不支持硬件 Flow Control，或者无法修改硬件连接，那么可以选择 "software"。
• 如果你的数据量很小，传输速度很慢，并且接收方处理速度足够快，那么可以不使用 Flow Control，选择 "none"。

代码示例：

// 使用硬件 Flow Control
await port.open({
  baudRate: 115200,
  dataBits: 8,
  parity: "none",
  stopBits: 1,
  flowControl: "hardware",
});

// 使用软件 Flow Control
await port.open({
  baudRate: 115200,
  dataBits: 8,
  parity: "none",
  stopBits: 1,
  flowControl: "software",
});

// 不使用 Flow Control
await port.open({
  baudRate: 115200,
  dataBits: 8,
  parity: "none",
  stopBits: 1,
  flowControl: "none",
});

注意：

• 确保你的设备支持你选择的 Flow Control 方式，否则可能会出现通信问题。
• 如果使用硬件 Flow Control，需要正确连接 RTS/CTS 信号线。
• 如果使用软件 Flow Control，需要注意数据中的 XON/XOFF 字符，避免冲突。

第三部分：Baud Rate，速度与激情

接下来，咱们聊聊 Baud Rate。

什么是 Baud Rate？

Baud Rate，中文名叫波特率，是指串口通信中每秒传输的符号数。可以理解为数据传输的速度。 波特率越高，数据传输速度越快。 想象一下，你开车，波特率就像你的车速，车速越快，单位时间内行驶的距离越远。

常见的 Baud Rate：

常见的波特率包括：300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800, 921600 等。

如何选择 Baud Rate？

选择合适的波特率，需要考虑以下因素：

• 设备的限制： 不同的设备支持的波特率可能不同。你需要查阅设备的文档，确定设备支持的波特率范围。
• 数据传输量： 如果你需要传输大量数据，那么可以选择较高的波特率，以提高传输速度。
• 传输距离： 传输距离越远，信号衰减越大，可以选择较低的波特率，以提高传输的可靠性。
• 抗干扰能力： 波特率越高，对干扰越敏感。在干扰较强的环境下，可以选择较低的波特率，以提高抗干扰能力。

一般来说，在保证数据传输可靠性的前提下，尽量选择较高的波特率。

代码示例：

// 设置波特率为 115200
await port.open({
  baudRate: 115200,
  dataBits: 8,
  parity: "none",
  stopBits: 1,
  flowControl: "none",
});

// 设置波特率为 9600
await port.open({
  baudRate: 9600,
  dataBits: 8,
  parity: "none",
  stopBits: 1,
  flowControl: "none",
});

注意：

• 确保你的 Web Serial 应用和串口设备使用相同的波特率，否则无法正常通信。
• 如果发现数据传输出现错误，可以尝试降低波特率，以提高传输的可靠性。

第四部分：Flow Control 和 Baud Rate 的优化策略

现在咱们来聊聊如何优化 Flow Control 和 Baud Rate，让你的 Web Serial 应用跑得更溜。

1. 动态调整 Baud Rate：

   在某些情况下，你可能需要根据实际情况动态调整波特率。例如，在初始化阶段，可以使用较低的波特率进行配置，配置完成后，可以使用较高的波特率进行数据传输。

   async function adjustBaudRate(port, initialBaudRate, finalBaudRate) {
     // 使用初始波特率打开串口
     await port.open({
       baudRate: initialBaudRate,
       dataBits: 8,
       parity: "none",
       stopBits: 1,
       flowControl: "none",
     });
   
     // 发送配置命令，告诉设备切换到最终波特率
     await writeData(port, "SET_BAUD_RATE " + finalBaudRate + "rn");
   
     // 关闭串口
     await port.close();
   
     // 使用最终波特率重新打开串口
     await port.open({
       baudRate: finalBaudRate,
       dataBits: 8,
       parity: "none",
       stopBits: 1,
       flowControl: "none",
     });
   
     console.log("波特率已调整为:", finalBaudRate);
   }

   注意： 这种方法需要设备支持动态调整波特率，并且需要事先定义好配置命令。

2. 根据数据量选择 Flow Control：

   如果数据量较小，且接收方处理速度足够快，可以不使用 Flow Control。如果数据量较大，或者接收方处理速度较慢，则需要选择合适的 Flow Control 方式，以防止数据丢失。

3. 优化数据处理逻辑：

   优化数据处理逻辑，可以提高接收方的处理速度，从而降低对 Flow Control 的依赖。例如，可以使用异步编程，避免阻塞主线程。

4. 错误处理：

   在数据传输过程中，可能会出现各种错误，例如数据校验错误、超时错误等。需要完善错误处理机制，及时发现并处理这些错误，以保证数据传输的可靠性。

第五部分：案例分析

咱们来看一个实际的案例，假设我们要用 Web Serial API 读取一个温湿度传感器的数据。

1. 确定传感器支持的波特率和 Flow Control 方式：

   查阅传感器的数据手册，得知该传感器支持的波特率为 9600 和 115200，并且支持硬件 Flow Control。

2. 选择合适的波特率和 Flow Control 方式：

   由于传感器支持硬件 Flow Control，并且我们已经连接了 RTS/CTS 信号线，因此选择硬件 Flow Control。为了提高数据传输速度，选择较高的波特率 115200。

3. 编写代码：

   async function readTemperatureAndHumidity(port) {
     try {
       await port.open({
         baudRate: 115200,
         dataBits: 8,
         parity: "none",
         stopBits: 1,
         flowControl: "hardware",
       });
   
       // 发送读取温湿度数据的命令
       await writeData(port, "READ_TEMP_HUMrn");
   
       // 读取传感器返回的数据
       const data = await readData(port);
   
       // 解析数据，提取温度和湿度值
       const [temperature, humidity] = parseTemperatureAndHumidity(data);
   
       console.log("温度:", temperature, "湿度:", humidity);
     } catch (error) {
       console.error("读取温湿度数据出错:", error);
     } finally {
       await closeSerialPort(port);
     }
   }
   
   function parseTemperatureAndHumidity(data) {
     //  假设数据格式为 "TEMP:25.5,HUM:60.2"
     const tempStr = data.substring(data.indexOf("TEMP:") + 5, data.indexOf(","));
     const humStr = data.substring(data.indexOf("HUM:") + 4);
   
     const temperature = parseFloat(tempStr);
     const humidity = parseFloat(humStr);
   
     return [temperature, humidity];
   }

4. 测试和调试：

   运行代码，观察是否能够正确读取温湿度数据。如果出现错误，可以尝试降低波特率，或者检查硬件连接是否正确。

第六部分：总结

今天咱们深入探讨了 Web Serial API 中的 Flow Control 和 Baud Rate 优化。记住，选择合适的 Flow Control 方式和波特率，是保证 Web Serial 应用稳定可靠运行的关键。希望今天的讲解对大家有所帮助！

最后的温馨提示：

Web Serial API 还在不断发展中，未来可能会出现更多新的特性和优化策略。保持学习，不断探索，才能更好地利用 Web Serial API，创造出更多有趣的应用！

感谢各位观众老爷的收看，咱们下期再见！