c串口操作系列(3).doc

1、C# 串口操作系列 (3)C#串口操作系列(3) -協(xié)議篇，二進(jìn)制協(xié)議數(shù)據(jù)解析轉(zhuǎn)自 CSDN作者兔子黨逍遙我們的串口程序，除了通用的，進(jìn)行串口監(jiān)聽收發(fā)的簡單工具，大多都和下位機(jī)有關(guān)，這就需要關(guān)心我們的通訊協(xié)議如何緩存，分析，以及通知界面。我們先說一下通訊協(xié)議。通訊協(xié)議就是通訊雙方共同遵循的一套規(guī)則，定義協(xié)議的原則是盡可能的簡單以提高傳輸率，盡可能的具有安全性保證數(shù)據(jù)傳輸完整正確。基于這2點(diǎn)規(guī)則，我們一個(gè)通訊協(xié)議應(yīng)該是這樣的：頭+數(shù)據(jù)長度 +數(shù)據(jù)正文 + 校驗(yàn)例如： AA 44 05 01 02 03 04 05 EA這里我假設(shè)的一條數(shù)據(jù)，協(xié)議如下：數(shù)據(jù)頭：AA 44數(shù)據(jù)長度：05數(shù)據(jù)正文：01

2、 02 03 04 05校驗(yàn)：EA一般數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，都會采用常用的方式，CRC16,CRC32,Xor。有的數(shù)據(jù)安全要求高的，不允許丟包的，可能還要加入重發(fā)機(jī)制或是加入數(shù)據(jù)恢復(fù)算法，在校驗(yàn)后根據(jù)前面數(shù)據(jù)添加恢復(fù)字節(jié)流以恢復(fù)數(shù)據(jù)。我這里采用的是簡單的異或校驗(yàn)，包含數(shù)據(jù)頭的所有字節(jié)，依次異或得到的。協(xié)議很簡單，我也認(rèn)為分析協(xié)議是很簡單的事情，下面我們就如何分析協(xié)議來實(shí)際的結(jié)合c# 看一下。er 再等等，在我們實(shí)際開始編碼之前，還有一個(gè)規(guī)則需要了解， 我們有了通訊協(xié)議， 如何結(jié)合串口的協(xié)議來分析，需要關(guān)心什么呢？哦。一般就是 4 個(gè)問題：緩存收到的所有數(shù)據(jù)，找到一條完整數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，界面通知。如果分

3、的更詳細(xì)一點(diǎn)，緩存收到的所有數(shù)據(jù)，我們想到最高效的辦法就是順序表，也就是數(shù)組，但數(shù)組的操作比較復(fù)雜，當(dāng)你使用完一條數(shù)據(jù)后，用過的需要移除；新數(shù)據(jù)如果過多的時(shí)候，緩存過大需要清理；數(shù)據(jù)搬移等等，很有可能一個(gè)不小心就會丟數(shù)據(jù)導(dǎo)致軟件出些莫名其妙的小問題。個(gè)人建議，使用List<byte>，內(nèi)部是數(shù)組方式實(shí)現(xiàn)，每次數(shù)據(jù)不足夠的時(shí)候會擴(kuò)容1 倍，數(shù)據(jù)的增刪改都已經(jīng)做的很完善了。不會出現(xiàn)什么小問題。找到一條完整數(shù)據(jù)，如何找到完整數(shù)據(jù)呢？就我們例子的這個(gè)協(xié)議，首先在緩存的數(shù)據(jù)中找AA 44 ，當(dāng)我們找到后，探測后面的字節(jié)， 發(fā)現(xiàn)是 05 ，然后看緩存剩下的數(shù)據(jù)是否足夠，不足夠就不用判斷， 減少

4、時(shí)間消耗， 如果剩余數(shù)據(jù) >=6 個(gè)（包含 1 個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)） ，我們就算一個(gè)校驗(yàn)，看和最后的校驗(yàn)是否一致。分析數(shù)據(jù)：鑒于網(wǎng)絡(luò)的開放性，我無法確定讀者對c#的了解程度， 介紹一下，常用的方式就是BitConvert.ToInt32這一系列的方法，把連續(xù)的字節(jié)（和變量長度一樣）讀取并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的變量。c+ 下使用 memcpy ，或直接類型轉(zhuǎn)換后進(jìn)行值拷貝，vb6 下使用 CopyMemory這個(gè) api 。校驗(yàn)：前面說過了。 完整性判斷的時(shí)候需要和校驗(yàn)對比，大多系統(tǒng)都不太嚴(yán)格，不支持重發(fā)，所以數(shù)據(jù)錯(cuò)誤就直接丟棄。導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的原因很多，比如電磁干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)不完整或錯(cuò)誤、硬件驅(qū)動效率不夠?qū)?/p>

5、致數(shù)據(jù)丟失、我們的軟件緩存出錯(cuò)等。這些軟件因素?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)錯(cuò)誤，需要修改，但是電磁干擾么，有這個(gè)可能的。雖然很少。其實(shí)我知道，就算是我，看別人的博客也是，喜歡看圖片，看代碼，文字性的東西，一看就頭大。那我接下來貼出基于上一篇文章的改進(jìn)版本，支持協(xié)議分析 （協(xié)議不能配置，可配置的協(xié)議不是我們討論的范疇?？梢钥纯从蠨FA( 確定性有限狀態(tài)機(jī) )我們修改一下界面，以便能顯示收到后分析的數(shù)據(jù)紅色部分是新增的代碼如下：c-sharp view plaincopyusing System;usingSystem.Collections.Generic;usingSystem.ComponentModel;us

6、ing System.Data;usingSystem.Drawing;using System.Linq;usingSystem.Text;using System.Windows.Forms;usingSystem.IO.Ports;usingSystem.Text.RegularExpressions;namespaceSerialportSamplepublic partial classSerialportSampleForm : FormprivateSerialPort comm = new SerialPort();privateStringBuilder builder =

7、new StringBuilder();/避免在事件處理方法中反復(fù)的創(chuàng)建，定義到外面。private longreceived_count = 0;/ 接收計(jì)數(shù)private longsend_count = 0;/發(fā)送計(jì)數(shù)private boolListening = false;/是否沒有執(zhí)行完invoke 相關(guān)操作private bool Closing = false;/ 是否正在關(guān)閉串口，執(zhí)行Application.DoEvents，并阻止再次 invokeprivate List<byte> buffer = newList<byte>(4096);/默認(rèn)分

8、配 1頁內(nèi)存，并始終限制不允許超過private byte binary_data_1 = newbyte9;/AA 44 05 01 02 03 04 05 EApublicSerialportSampleForm()InitializeComponent();/窗體初始化private void Form1_Load(objectsender, EventArgs e)/初始化下拉串口名稱列表框string ports =SerialPort.GetPortNames();Array.Sort(ports);comboPortName.Items.AddRange(ports);combo

9、PortName.SelectedIndex =comboPortName.Items.Count > 0 ? 0 : -1;comboBaudrate.SelectedIndex =comboBaudrate.Items.IndexOf(19200);/初始化SerialPort對象comm.NewLine =/r/n;comm.RtsEnable = true;/根據(jù)實(shí)際情況吧。/添加事件注冊comm.DataReceived += comm_DataReceived;void comm_DataReceived(object sender,SerialDataReceivedEve

10、ntArgs e)if (Closing) return;/如果正在關(guān)閉，忽略操作，直接返回，盡快的完成串口監(jiān)聽線程的一次循環(huán)tryListening = true;/設(shè)置標(biāo)記，說明我已經(jīng)開始處理數(shù)據(jù)，一會兒要使用系統(tǒng)UI 的。int n = comm.BytesToRead;/先記錄下來，避免某種原因，人為的原因，操作幾次之間時(shí)間長，緩存不一致byte buf = newbyten;/ 聲明一個(gè)臨時(shí)數(shù)組存儲當(dāng)前來的串口數(shù)據(jù)received_count += n;/增加接收計(jì)數(shù)comm.Read(buf, 0, n);/讀取緩沖數(shù)據(jù)/< 協(xié)議解析>bool data_1_catch

11、ed = false;/緩存記錄數(shù)據(jù)是否捕獲到/1. 緩存數(shù)據(jù)buffer.AddRange(buf);/2. 完整性判斷while (buffer.Count>= 4)/ 至少要包含頭（ 2 字節(jié)） +長度（ 1 字節(jié)） +校驗(yàn)（ 1字節(jié)）/請不要擔(dān)心使用 >= ，因?yàn)?>= 已經(jīng)和 >,<,= 一樣，是獨(dú)立操作符，并不是解析成> 和 =2個(gè)符號/2.1查找數(shù)據(jù)頭if (buffer0 =0xAA && buffer1 = 0x44)/2.2探測緩存數(shù)據(jù)是否有一條數(shù)據(jù)的字節(jié)，如果不夠，就不用費(fèi)勁的做其他驗(yàn)證了/前面已經(jīng)限定了剩余長度>

12、=4 ，那我們這里一定能訪問到buffer2這個(gè)長度int len =buffer2;/數(shù)據(jù)長度/數(shù)據(jù)完整判斷第一步，長度是否足夠/len 是數(shù)據(jù)段長度 ,4 個(gè)字節(jié)是while 行注釋的3 部分長度if (buffer.Count < len + 4) break;/數(shù)據(jù)不夠的時(shí)候什么都不做/這里確保數(shù)據(jù)長度足夠，數(shù)據(jù)頭標(biāo)志找到，我們開始計(jì)算校驗(yàn)/2.3校驗(yàn)數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)正確/異或校驗(yàn)，逐個(gè)字節(jié)異或得到校驗(yàn)碼byte checksum = 0;for (int i =0; i < len + 3; i+)/len+3表示校驗(yàn)之前的位置checksum =bufferi;if (c

13、hecksum != bufferlen + 3) /如果數(shù)據(jù)校驗(yàn)失敗，丟棄這一包數(shù)據(jù)buffer.RemoveRange(0,len + 4);/ 從緩存中刪除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)continue;/ 繼續(xù)下一次循環(huán)/至此，已經(jīng)被找到了一條完整數(shù)據(jù)。我們將數(shù)據(jù)直接分析，或是緩存起來一起分析/我們這里采用的辦法是緩存一次，好處就是如果你某種原因，數(shù)據(jù)堆積在緩存buffer 中/已經(jīng)很多了，那你需要循環(huán)的找到最后一組，只分析最新數(shù)據(jù)，過往數(shù)據(jù)你已經(jīng)處理不及時(shí)/了，就不要浪費(fèi)更多時(shí)間了，這也是考慮到系統(tǒng)負(fù)載能夠降低。buffer.CopyTo(0,binary_data_1, 0, len + 4);/復(fù)制一

14、條完整數(shù)據(jù)到具體的數(shù)據(jù)緩存data_1_catched = true;buffer.RemoveRange(0, len + 4);/正確分析一條數(shù)據(jù)，從緩存中移除數(shù)據(jù)。else/這里是很重要的，如果數(shù)據(jù)開始不是頭，則刪除數(shù)據(jù)buffer.RemoveAt(0);/分析數(shù)據(jù)if (data_1_catched)/我們的數(shù)據(jù)都是定好格式的，所以當(dāng)我們找到分析出的數(shù)據(jù)1，就知道固定位置一定是這些數(shù)據(jù)，我們只要顯示就可以了stringdata = binary_data_13.ToString(X2) + +binary_data_14.ToString(X2) + +binary_data_15.

15、ToString(X2) + +binary_data_16.ToString(X2) + +binary_data_17.ToString(X2);/更新界面this.Invoke(EventHandler)(delegate txData.Text =data; );/如果需要?jiǎng)e的協(xié)議，只要擴(kuò)展這個(gè)data_n_catched就可以了。往往我們協(xié)議多的情況下，還會包含數(shù)據(jù)編號，給來的數(shù)據(jù)進(jìn)行/編號，協(xié)議優(yōu)化后就是：頭+編號 +長度 +數(shù)據(jù) +校驗(yàn)/</協(xié)議解析>/構(gòu)造器的內(nèi)容builder.Clear();/因?yàn)橐L問清除字符串ui 資源，所以需要使用invoke 方式同步 u

16、i。this.Invoke(EventHandler)(delegate/判斷是否是顯示為16 禁止if (checkBoxHexView.Checked)串/依次的拼接出16 進(jìn)制字符foreach (byte b in buf)builder.Append(b.ToString(X2) + );else/直接按ASCII規(guī)則轉(zhuǎn)換成字符串builder.Append(Encoding.ASCII.GetString(buf);/追加的形式添加到文本框末端，并滾動到最后。this.txGet.AppendText(builder.ToString();/修改接收計(jì)數(shù)labelGetCount.

17、Text = Get: +received_count.ToString(););閉串口了。finallyListening = false;/我用完了， ui可以關(guān)privatevoid buttonOpenClose_Click(object sender, EventArgs e)/根據(jù)當(dāng)前串口對象，來判斷操作if (comm.IsOpen)Closing = true;while (Listening) Application.DoEvents();/打開時(shí)點(diǎn)擊，則關(guān)閉串口comm.Close();else/關(guān)閉時(shí)點(diǎn)擊，則設(shè)置好端口，波特率后打開comm.PortName =combo

18、PortName.Text;comm.BaudRate = int.Parse(comboBaudrate.Text);trycomm.Open();catch(Exception ex)/捕獲到異常信息，創(chuàng)建一個(gè)新的comm 對象，之前的不能用了。comm = new SerialPort();/現(xiàn)實(shí)異常信息給客戶。MessageBox.Show(ex.Message);/設(shè)置按鈕的狀態(tài)buttonOpenClose.Text = comm.IsOpen ? Close : Open;buttonSend.Enabled = comm.IsOpen;/動態(tài)的修改獲取文本框是否支持自動換行。p

19、rivate voidcheckBoxNewlineGet_CheckedChanged(object sender,EventArgs e) txGet.WordWrap = checkBoxNewlineGet.Checked; private void buttonSend_Click(object sender, EventArgs e)/定義一個(gè)變量，記錄發(fā)送了幾個(gè)字節(jié)int n = 0;/16 進(jìn)制發(fā)送if(checkBoxHexSend.Checked)/我們不管規(guī)則了。如果寫錯(cuò)了一些，我們允許的，只用正則得到有效的十六進(jìn)制數(shù)MatchCollection mc = Regex.

20、Matches(txSend.Text,(?i)/da-f2); List<byte> buf = new List<byte>();/ 填充到這個(gè)臨時(shí)列表中/依次添加到列表中foreach (Match min mc)buf.Add(byte.Parse(m.Value,System.Globalization.NumberStyles.HexNumber);/轉(zhuǎn)換列表為數(shù)組后發(fā)送comm.Write(buf.ToArray(), 0, buf.Count);/記錄發(fā)送的字節(jié)數(shù)n =buf.Count;else/ascii 編碼直接發(fā)送/包含換行符if (checkBoxNewlineSend.Checked)comm.WriteLine(txSend.Text);n = txSend.Text.Length + 2;else/ 不包含換行符comm.Write(txSend.Text);n =txSend.Text.Length;send_count += n;/累加發(fā)送字節(jié)數(shù)labelSendCount.Text = Send: + send_count.ToString();/更新界面private void