Чтение с Arduino Serial USB с использованием C++

В моем Arduino я загрузил программу

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.println("Hello from Arduino!");
  delay(1000);
}

На своем компьютере (Raspberry Pi) я запускаю следующую программу на C++, в основном скопированную с https://blog.mbedded.ninja/programming/operating-systems/linux/linux-serial-ports-using-c-cpp/

// Заголовки библиотеки C
#include <stdio.h>
#include <string.h>

// Заголовки Linux
#include <fcntl.h> // Содержит файловые элементы управления, такие как O_RDWR
#include <errno.h> // Целочисленная ошибка и функция strerror()
#include <termios.h> // Содержит определения управления терминалом POSIX
#include <unistd.h> // запись(), чтение(), закрытие()

int main(int argc, char *argv[])
{
    // Открываем последовательный порт. При необходимости измените путь к устройству (в настоящее время установлено стандартное устройство с кабелем FTDI USB-UART)
    int serial_port = open("/dev/ttyACM0", O_RDWR);

    // Создаем новую структуру termios, мы называем ее 'tty' по соглашению
    termios tty = {};

    // Чтение существующих настроек и обработка любой ошибки
    if(tcgetattr(serial_port, &tty) != 0) {
        printf("Error %i from tcgetattr: %s\n", errno, strerror(errno));
    }

    tty.c_cflag &= ~PARENB; // Очистить бит четности, отключив четность (чаще всего)
    tty.c_cflag &= ~CSTOPB; // Очистить стоповое поле, для связи используется только один стоповый бит (чаще всего)
    tty.c_cflag |= CS8; // 8 бит на байт (чаще всего)
    tty.c_cflag &= ~CRTSCTS; // Отключить аппаратное управление потоком RTS/CTS (чаще всего)
    tty.c_cflag |= CREAD | CLOCAL; // Включаем READ & игнорировать строки ctrl (CLOCAL = 1)

    tty.c_lflag &= ~ICANON;
    tty.c_lflag &= ~ECHO; // Отключить эхо
    tty.c_lflag &= ~ECHOE; // Отключить стирание
    tty.c_lflag &= ~ECHONL; // Отключаем эхо новой строки
    tty.c_lflag &= ~ISIG; // Отключить интерпретацию INTR, QUIT и SUSP
    tty.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); // Отключить s/w управление потоком
    tty.c_iflag &= ~(IGNBRK|BRKINT|PARMRK|ISTRIP|INLCR|IGNCR|ICRNL); // Отключить любую специальную обработку полученных байтов

    tty.c_oflag &= ~OPOST; // Предотвратить специальную интерпретацию выходных байтов (например, символы новой строки)
    tty.c_oflag &= ~ONLCR; // Предотвратить преобразование новой строки в возврат каретки/перевод строки

    tty.c_cc[VTIME] = 50;    // Подождать до 1 с (10 децисекунд), возвращаясь, как только будут получены какие-либо данные.
    tty.c_cc[VMIN] = 0;

    // Устанавливаем скорость входящей/исходящей передачи 9600
    cfsetispeed(&tty, B9600);
    cfsetospeed(&tty, B9600);

    // Сохраняем настройки tty, а также проверяем на наличие ошибок
    if (tcsetattr(serial_port, TCSANOW, &tty) != 0) {
        printf("Error %i from tcsetattr: %s\n", errno, strerror(errno));
    }

    // Запись в последовательный порт
    const char* msg = "Hello from raspberry pi!\n";
    write(serial_port, msg, sizeof(msg));

    while (true) {
        // Чтение байтов. Поведение read() (например, блокирует?,
        // как долго он блокируется?) зависит от конфигурации
        // настройки выше, в частности, VMIN и VTIME
        char chr;
        int num_bytes = read(serial_port, &chr, 1);
        // n — количество прочитанных байтов. n может быть равен 0, если байты не были получены, а также может быть равен -1, чтобы сигнализировать об ошибке.
        if (num_bytes < 0) {
            printf("Error reading: %s", strerror(errno));
        }
        if (num_bytes == 1) {
            printf("%c", chr);
        }
    }

    close(serial_port);

    return 0;
}

В основном это работает, за исключением того, что первая строка, распечатанная на моем Raspberry Pi, иногда может быть искажена, а последующие распечатки иногда представляют собой пустые строки. Иногда при запуске кажется, что многие строки уже буферизованы.

например, 1

pi@raspberrypi:~ $ ./serial_read 
Hlo from Arduino!
Hello from Arduino!

например, 2

pi@raspberrypi:~ $ ./serial_read 
He
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!

Hello from Arduino!
Hello from Arduino!

Мне интересно, почему это происходит и как я могу получить более чистый вывод.

Обновление: вот обновленная версия, которая по-прежнему имеет те же проблемы, но заботится о блокировке и обработке сигналов.

#include <string>
#include <stdexcept>
// Заголовки библиотеки C
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <time.h>

// Заголовки Linux
#include <fcntl.h> // Содержит файловые элементы управления, такие как O_RDWR
#include <errno.h> // Целочисленная ошибка и функция strerror()
#include <termios.h> // Содержит определения управления терминалом POSIX
#include <unistd.h> // запись(), чтение(), закрытие()
#include <cstdlib>
#include <csignal>
#include <sys/file.h>

int serial_port;

void signalHandler( int signum ) {
   // очищаем и закрываем здесь все
   // завершаем программу
    close(serial_port);
    exit(signum);  
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    signal(SIGINT, signalHandler);  
    // Открываем последовательный порт. При необходимости измените путь к устройству (в настоящее время установлено стандартное устройство с кабелем FTDI USB-UART)
    serial_port = open("/dev/ttyACM0", O_RDWR);

    if(flock(serial_port, LOCK_EX | LOCK_NB) == -1) {
        throw std::runtime_error("Serial port with file descriptor " + 
                                 std::to_string(serial_port) + " is already locked by another process.");
    }


    // Создаем новую структуру termios, мы называем ее 'tty' по соглашению
    termios tty = {};

    // Чтение существующих настроек и обработка любой ошибки
    if(tcgetattr(serial_port, &tty) != 0) {
        printf("Error %i from tcgetattr: %s\n", errno, strerror(errno));
    }

    tty.c_cflag &= ~PARENB; // Очистить бит четности, отключив четность (чаще всего)
    tty.c_cflag &= ~CSTOPB; // Очистить стоповое поле, для связи используется только один стоповый бит (чаще всего)
    tty.c_cflag |= CS8; // 8 бит на байт (чаще всего)
    tty.c_cflag &= ~CRTSCTS; // Отключить аппаратное управление потоком RTS/CTS (чаще всего)
    tty.c_cflag |= CREAD | CLOCAL; // Включаем READ & игнорировать строки ctrl (CLOCAL = 1)

    tty.c_lflag &= ~ICANON;
    tty.c_lflag &= ~ECHO; // Отключить эхо
    tty.c_lflag &= ~ECHOE; // Отключить стирание
    tty.c_lflag &= ~ECHONL; // Отключаем эхо новой строки
    tty.c_lflag &= ~ISIG; // Отключить интерпретацию INTR, QUIT и SUSP
    tty.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); // Отключить s/w управление потоком
    tty.c_iflag &= ~(IGNBRK|BRKINT|PARMRK|ISTRIP|INLCR|IGNCR|ICRNL); // Отключить любую специальную обработку полученных байтов

    tty.c_oflag &= ~OPOST; // Предотвратить специальную интерпретацию выходных байтов (например, символы новой строки)
    tty.c_oflag &= ~ONLCR; // Предотвратить преобразование новой строки в возврат каретки/перевод строки

    tty.c_cc[VTIME] = 0;    // Подождать до 1 с (10 децисекунд), возвращаясь, как только будут получены какие-либо данные.
    tty.c_cc[VMIN] = 0;

    // Устанавливаем скорость входящей/исходящей передачи 9600
    cfsetispeed(&tty, B9600);
    cfsetospeed(&tty, B9600);

    // Сохраняем настройки tty, а также проверяем на наличие ошибок
    if (tcsetattr(serial_port, TCSANOW, &tty) != 0) {
        printf("Error %i from tcsetattr: %s\n", errno, strerror(errno));
    }

    // Запись в последовательный порт
    const char* msg = "Hello from raspberry pi!\n";
    write(serial_port, msg, sizeof(msg));

    while (true) {
        // Чтение байтов. Поведение read() (например, блокирует?,
        // как долго он блокируется?) зависит от конфигурации
        // настройки выше, в частности, VMIN и VTIME
        char chr;
        int num_bytes;
        do {
            num_bytes = read(serial_port, &chr, 1);
            if (num_bytes < 0) {
                printf("Error reading: %s", strerror(errno));
                break;
            }
            if (num_bytes == 1) {
                printf("%c", chr);

            }
        }
        while (num_bytes);

        /* wait for 10ms before reading again,
           important to yield regularly so you don't lock up the CPU */
        nanosleep((const struct timespec[]){{0, 10000000L}}, NULL);
        // n — количество прочитанных байтов. n может быть равен 0, если байты не были получены, а также может быть равен -1, чтобы сигнализировать об ошибке.
    }

    return 0;
}

Обновление: Я только что заметил, что вывод Serial Monitor из Arduino IDE имеет ту же проблему!

Hno!
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!
Hello from Arduino!