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串口命令解析

本文轉載自   查看原文   2011-12-30 09:02   5684 

Sue_娜   講的很好

 

C# 串口操作系列(1) -- 入門篇，一個標准的，簡陋的串口例子。

分類： 通訊類庫設計 2010-05-17 01:10 25143人閱讀 評論(159) 收藏 舉報

我假設讀者已經了解了c#的語法，本文是針對剛打算解除串口編程的朋友閱讀的，作為串口編程的入門范例，也是我這個系列的基礎。

我們的開發環境假定為vs2005(雖然我在用vs2010，但避免有些網友用2005，不支持lambda，避免不兼容，就用2005來做例子)

 

一個基本的串口程序，既然是個程序了。我們就先從功能說起，包含

串口選擇

波特率選擇

打開

關閉

接受數據顯示

發送數據輸入

發送數據

數據量提示以及歸零

好吧，有了這些功能，我們就先畫出界面。例如：

 

這里，波特率就定死幾種好了。直接界面上添加2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200

comboPortName這里，為了我們的軟件能通用所有電腦避免每次查詢的效率損失，我們使用微軟提供的枚舉方式，代碼如下：

 

view plain copy to clipboard print ?
  1. string[] ports = SerialPort.GetPortNames();  
  2. Array.Sort(ports);  
  3. comboPortName.Items.AddRange(ports);  

 

 

顯然，我們需要定義一個SerialPort對象。添加DataReceived事件響應收到數據，還有一個重點，我們需要記得設置NewLine屬性哦。好想有的版本不設置的時候，WriteLine和Write效果一樣。

 

所以，我們需要初始化SerialPort對象，例如：

view plain copy to clipboard print ?
  1. //初始化SerialPort對象   
  2. comm.NewLine = "/r/n";  
  3. comm.RtsEnable = true;//根據實際情況吧。   
  4. //添加事件注冊   
  5. comm.DataReceived += comm_DataReceived;  

 

 

 初始化好串口，簡單的編寫打開，關閉方法，編寫界面響應的是否自動換行，如何復位計數器，發送方法。以及數據處理。因為我已經寫了完整注視，我就直接貼代碼了。

 

 

 

view plain copy to clipboard print ?
  1. using System;  
  2. using System.Collections.Generic;  
  3. using System.ComponentModel;  
  4. using System.Data;  
  5. using System.Drawing;  
  6. using System.Linq;  
  7. using System.Text;  
  8. using System.Windows.Forms;  
  9. using System.IO.Ports;  
  10. using System.Text.RegularExpressions;  
  11. namespace SerialportSample  
  12. {  
  13.     public partial class SerialportSampleForm : Form  
  14.     {  
  15.         private SerialPort comm = new SerialPort();  
  16.         private StringBuilder builder = new StringBuilder();//避免在事件處理方法中反復的創建，定義到外面。   
  17.         private long received_count = 0;//接收計數   
  18.         private long send_count = 0;//發送計數   
  19.         public SerialportSampleForm()  
  20.         {  
  21.             InitializeComponent();  
  22.         }  
  23.         //窗體初始化   
  24.         private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)  
  25.         {  
  26.             //初始化下拉串口名稱列表框   
  27.             string[] ports = SerialPort.GetPortNames();  
  28.             Array.Sort(ports);  
  29.             comboPortName.Items.AddRange(ports);  
  30.             comboPortName.SelectedIndex = comboPortName.Items.Count > 0 ? 0 : -1;  
  31.             comboBaudrate.SelectedIndex = comboBaudrate.Items.IndexOf("9600");  
  32.             //初始化SerialPort對象   
  33.             comm.NewLine = "/r/n";  
  34.             comm.RtsEnable = true;//根據實際情況吧。   
  35.             //添加事件注冊   
  36.             comm.DataReceived += comm_DataReceived;  
  37.         }  
  38.         void comm_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)  
  39.         {  
  40.             int n = comm.BytesToRead;//先記錄下來，避免某種原因，人為的原因，操作幾次之間時間長，緩存不一致   
  41.             byte[] buf = new byte[n];//聲明一個臨時數組存儲當前來的串口數據   
  42.             received_count += n;//增加接收計數   
  43.             comm.Read(buf, 0, n);//讀取緩沖數據   
  44.             builder.Clear();//清除字符串構造器的內容   
  45.             //因為要訪問ui資源，所以需要使用invoke方式同步ui。   
  46.             this.Invoke((EventHandler)(delegate  
  47.             {  
  48.                 //判斷是否是顯示為16禁止   
  49.                 if (checkBoxHexView.Checked)  
  50.                 {  
  51.                     //依次的拼接出16進制字符串   
  52.                     foreach (byte b in buf)  
  53.                     {  
  54.                         builder.Append(b.ToString("X2") + " ");  
  55.                     }  
  56.                 }  
  57.                 else  
  58.                 {  
  59.                     //直接按ASCII規則轉換成字符串   
  60.                     builder.Append(Encoding.ASCII.GetString(buf));  
  61.                 }  
  62.                 //追加的形式添加到文本框末端，並滾動到最后。   
  63.                 this.txGet.AppendText(builder.ToString());  
  64.                 //修改接收計數   
  65.                 labelGetCount.Text = "Get:" + received_count.ToString();  
  66.             }));  
  67.         }  
  68.         private void buttonOpenClose_Click(object sender, EventArgs e)  
  69.         {  
  70.             //根據當前串口對象，來判斷操作   
  71.             if (comm.IsOpen)  
  72.             {  
  73.                 //打開時點擊，則關閉串口   
  74.                 comm.Close();  
  75.             }  
  76.             else  
  77.             {  
  78.                 //關閉時點擊，則設置好端口，波特率后打開   
  79.                 comm.PortName = comboPortName.Text;  
  80.                 comm.BaudRate = int.Parse(comboBaudrate.Text);  
  81.                 try  
  82.                 {  
  83.                     comm.Open();  
  84.                 }  
  85.                 catch(Exception ex)  
  86.                 {  
  87.                     //捕獲到異常信息，創建一個新的comm對象，之前的不能用了。   
  88.                     comm = new SerialPort();  
  89.                     //現實異常信息給客戶。   
  90.                     MessageBox.Show(ex.Message);  
  91.                 }  
  92.             }  
  93.             //設置按鈕的狀態   
  94.             buttonOpenClose.Text = comm.IsOpen ? "Close" : "Open";  
  95.             buttonSend.Enabled = comm.IsOpen;  
  96.         }  
  97.         //動態的修改獲取文本框是否支持自動換行。   
  98.         private void checkBoxNewlineGet_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)  
  99.         {  
  100.             txGet.WordWrap = checkBoxNewlineGet.Checked;  
  101.         }  
  102.         private void buttonSend_Click(object sender, EventArgs e)  
  103.         {  
  104.             //定義一個變量，記錄發送了幾個字節   
  105.             int n = 0;  
  106.             //16進制發送   
  107.             if (checkBoxHexSend.Checked)  
  108.             {  
  109.                 //我們不管規則了。如果寫錯了一些，我們允許的，只用正則得到有效的十六進制數   
  110.                 MatchCollection mc = Regex.Matches(txSend.Text, @"(?i)[/da-f]{2}");  
  111.                 List<byte> buf = new List<byte>();//填充到這個臨時列表中   
  112.                 //依次添加到列表中   
  113.                 foreach (Match m in mc)  
  114.                 {  
  115.                     buf.Add(byte.Parse(m.Value));  
  116.                 }  
  117.                 //轉換列表為數組后發送   
  118.                 comm.Write(buf.ToArray(), 0, buf.Count);  
  119.                 //記錄發送的字節數   
  120.                 n = buf.Count;  
  121.             }  
  122.             else//ascii編碼直接發送   
  123.             {  
  124.                 //包含換行符   
  125.                 if (checkBoxNewlineSend.Checked)  
  126.                 {  
  127.                     comm.WriteLine(txSend.Text);  
  128.                     n = txSend.Text.Length + 2;  
  129.                 }  
  130.                 else//不包含換行符   
  131.                 {  
  132.                     comm.Write(txSend.Text);  
  133.                     n = txSend.Text.Length;  
  134.                 }  
  135.             }  
  136.             send_count += n;//累加發送字節數   
  137.             labelSendCount.Text = "Send:" + send_count.ToString();//更新界面   
  138.         }  
  139.         private void buttonReset_Click(object sender, EventArgs e)  
  140.         {  
  141.             //復位接受和發送的字節數計數器並更新界面。   
  142.             send_count = received_count = 0;  
  143.             labelGetCount.Text = "Get:0";  
  144.             labelSendCount.Text = "Send:0";  
  145.         }  
  146.     }  
  147. }  

 

 

至此，一個標准的串口調試助手就完成了。留下一個思考題，如果接收數據后，更新界面的時候，尚未操作完成，此時並發了關閉串口的操作。程序會如何呢？敬請閱讀《C# 串口操作系列(2) -- 如何避免關閉串口偶爾軟件死鎖》。

 

VS2010項目范例下載

VS2008項目范例下載

 

//append by wuyazhe @2011-5-26

上面有一點疏漏，源自第一篇，結果到這里還是沒修改，源碼中有一行，需要修改一下。

//發送按鈕中

buf.Add(byte.Parse(m.Value));

要修改為

buf.Add(byte.Parse(m.Value,System.Globalization.NumberStyles.HexNumber));

 

 

C# 串口操作系列(2) -- 入門篇，為什么我的串口程序在關閉串口時候會死鎖 ？

分類： 通訊類庫設計 2010-05-19 08:43 15215人閱讀 評論(142) 收藏 舉報

     第一篇文章我相信很多人不看都能做的出來，但是，用過微軟SerialPort類的人，都遇到過這個尷尬，關閉串口的時候會讓軟件死鎖。天哪，我可不是武斷，算了。不要太絕對了。99.9%的人吧，都遇到過這個問題。我想只有一半的人真的解決了。另外一半的人就睜只眼閉只眼阿彌佗佛希望不要在客戶那里出現這問題了。

 

    你看到我的文章，就放心吧，這問題有救了。我們先回顧一下上一篇中的代碼

   

view plain copy to clipboard print ?
  1. void comm_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)     
  2. {     
  3.     //先記錄下來，避免某種原因，人為的原因，操作幾次之間時間長，緩存不一致   
  4.     int n = comm.BytesToRead;  
  5.     //聲明一個臨時數組存儲當前來的串口數據   
  6.     byte[] buf = new byte[n];     
  7.     //增加接收計數   
  8.     received_count += n;   
  9.     //讀取緩沖數據     
  10.     comm.Read(buf, 0, n);     
  11.     //清除字符串構造器的內容   
  12.     builder.Clear();     
  13.     //因為要訪問ui資源，所以需要使用invoke方式同步ui。      
  14.     this.Invoke((EventHandler)(delegate{...界面更新，略}));     
  15. }     
  16.     
  17. private void buttonOpenClose_Click(object sender, EventArgs e)     
  18. {     
  19.     //根據當前串口對象，來判斷操作      
  20.     if (comm.IsOpen)     
  21.     {     
  22.         //打開時點擊，則關閉串口      
  23.         comm.Close();//這里就是可能導致軟件死掉的地方   
  24.     }     
  25.     else    
  26.     {...}    
  27. }  

 

 

    為什么會死鎖呢，並發沖突。

    我們要了解一下SerialPort的實現和串口通訊機制，在你打開串口的時候，SerialPort會創建一個監聽線程ListenThread，在這個線程中，等待注冊的串口中斷，當收到中斷后，會調用DataReceived事件。調用完成后，繼續進入循環等待，直到串口被關閉退出線程。

    我們的UI主線程如何做的呢，首先創建一個窗體，然后執行了Application.Run(窗體實例)。是這樣把，這里的Application.Run就是創建了一個消息循環，循環的處理相關的消息。

    這里我們就有了2個線程，UI主線程、串口監聽線程。那么你在DataReceived處理數據的時候，就需要線程同步，避免並發沖突，什么是並發沖突？並發沖突就是2個或多個並行(至少看上去像)的線程運行的時候，多個線程共同的操作某一線程的資源，在時序上同時或沒有按我們的預計順序操作，這樣就可能導致數據混亂無序或是彼此等待完成死鎖軟件。

    而串口程序大多是后者。為什么呢，看看我們的例子中DataReceived做了什么？首先讀取數據，然后就是調用this.Invoke方法更新UI了。這里Invoke的時候，監聽線程將等待UI線程的標志，等到后，開始操作UI的資源，當操作完成之前，監聽線程也就停在DataReceived方法的調用這里，如果這個時候。並發了關閉串口的操作會如何呢？SerialPort的Close方法，會首先嘗試等待和監聽線程一樣的一個互斥體、臨界區、或是事件（不確定.net用的哪種）。那這個同步對象什么時候釋放呢？每次循環結束就釋放，哦。循環為什么不結束呢？因為這一次的循環操作執行到DataReceived之后，執行了Invoke去更新界面了，那Invoke怎么又沒有執行完成呢？看上去很簡單的幾行代碼。雖然我沒仔細研讀過.net的Invoke原理，但我猜測是通過消息的方式來同步的，這也是為什么這么多的類，只有控件（窗體也是控件的一種，.net在概念上，顛覆了微軟自己的概念，傳統的win32編程，是說所有的控件都是個window，只是父窗體不同，表現形式不同，但都是基於系統消息隊列的，.net出於更高的抽象，正好反過來了。呵呵）才有Invoke方法了。(委托自己的Invoke和這個不同)

    我猜測控件/窗體的Invoke是SendMessage方式實現的，那么發送消息后就會等待消息循環來處理消息了。如果你直接去關閉串口了。你點擊按鈕本身也會被轉換成消息WM_CLICK，消息循環在處理按鈕的WM_CLICK時候，調用你按鈕的OnClick方法，進而觸發調用你的ButtonClose_Click事件，這都是同步調用的，你的主線程，處理消息的過程，停在了這個Click事件，而你的Click事件又去調用了SerialPort的Close方法，Close方法又因為和串口監聽線程的同步信號量關聯在一起需要等待一次的while結束，而這個while循環中調用了DataReceived方法，這個方法中調用了Invoke，也就是發送了消息到消息隊列等待結果，但消息循環正在處理你的關閉按鈕事件等待退出。

 

    實在太復雜了，這個情況下，你想要真的關閉串口成功，就需要while中的DataReceived方法調用結束釋放同步信號，就需要執行完Invoke，就需要執行消息循環，幸運的是，我們真的有辦法執行消息循環來打破僵局。Application.DoEvents()。還好，不幸中的萬幸。可是問題又來了，你能讓Invoke結束，但你無法確定是否在你調用消息循環后，你的某一時刻不會再次並發，可能由於單cpu的串行操作模擬並行中，又把時間片先分給了優先級高的串口監聽線程呢？是有可能的。所以，我們就需要一點方法來避免再次invoke窗體。優化后不會司機的例子如下，我們修改DataReceived方法，關閉方法，並定義2個標記Listening和Closing。

 

view plain copy to clipboard print ?
  1. using System;  
  2. using System.Collections.Generic;  
  3. using System.ComponentModel;  
  4. using System.Data;  
  5. using System.Drawing;  
  6. using System.Linq;  
  7. using System.Text;  
  8. using System.Windows.Forms;  
  9. using System.IO.Ports;  
  10. using System.Text.RegularExpressions;  
  11. namespace SerialportSample  
  12. {  
  13.     public partial class SerialportSampleForm : Form  
  14.     {  
  15.         private SerialPort comm = new SerialPort();  
  16.         private StringBuilder builder = new StringBuilder();//避免在事件處理方法中反復的創建，定義到外面。   
  17.         private long received_count = 0;//接收計數   
  18.         private long send_count = 0;//發送計數   
  19.         private bool Listening = false;//是否沒有執行完invoke相關操作   
  20.         private bool Closing = false;//是否正在關閉串口，執行Application.DoEvents，並阻止再次invoke   
  21.         public SerialportSampleForm()  
  22.         {  
  23.             InitializeComponent();  
  24.         }  
  25.         //窗體初始化   
  26.         private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)  
  27.         {  
  28.             //初始化下拉串口名稱列表框   
  29.             string[] ports = SerialPort.GetPortNames();  
  30.             Array.Sort(ports);  
  31.             comboPortName.Items.AddRange(ports);  
  32.             comboPortName.SelectedIndex = comboPortName.Items.Count > 0 ? 0 : -1;  
  33.             comboBaudrate.SelectedIndex = comboBaudrate.Items.IndexOf("9600");  
  34.             //初始化SerialPort對象   
  35.             comm.NewLine = "/r/n";  
  36.             comm.RtsEnable = true;//根據實際情況吧。   
  37.             //添加事件注冊   
  38.             comm.DataReceived += comm_DataReceived;  
  39.         }  
  40.         void comm_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)  
  41.         {  
  42.             if (Closing) return;//如果正在關閉，忽略操作，直接返回，盡快的完成串口監聽線程的一次循環   
  43.             try  
  44.             {  
  45.                 Listening = true;//設置標記，說明我已經開始處理數據，一會兒要使用系統UI的。   
  46.                 int n = comm.BytesToRead;//先記錄下來，避免某種原因，人為的原因，操作幾次之間時間長，緩存不一致   
  47.                 byte[] buf = new byte[n];//聲明一個臨時數組存儲當前來的串口數據   
  48.                 received_count += n;//增加接收計數   
  49.                 comm.Read(buf, 0, n);//讀取緩沖數據   
  50.                 builder.Clear();//清除字符串構造器的內容   
  51.                 //因為要訪問ui資源，所以需要使用invoke方式同步ui。   
  52.                 this.Invoke((EventHandler)(delegate  
  53.                 {  
  54.                     //判斷是否是顯示為16禁止   
  55.                     if (checkBoxHexView.Checked)  
  56.                     {  
  57.                         //依次的拼接出16進制字符串   
  58.                         foreach (byte b in buf)  
  59.                         {  
  60.                             builder.Append(b.ToString("X2") + " ");  
  61.                         }  
  62.                     }  
  63.                     else  
  64.                     {  
  65.                         //直接按ASCII規則轉換成字符串   
  66.                         builder.Append(Encoding.ASCII.GetString(buf));  
  67.                     }  
  68.                     //追加的形式添加到文本框末端，並滾動到最后。   
  69.                     this.txGet.AppendText(builder.ToString());  
  70.                     //修改接收計數   
  71.                     labelGetCount.Text = "Get:" + received_count.ToString();  
  72.                 }));  
  73.             }  
  74.             finally  
  75.             {  
  76.                 Listening = false;//我用完了，ui可以關閉串口了。   
  77.             }  
  78.         }  
  79.         private void buttonOpenClose_Click(object sender, EventArgs e)  
  80.         {  
  81.             //根據當前串口對象，來判斷操作   
  82.             if (comm.IsOpen)  
  83.             {  
  84.                 Closing = true;  
  85.                 while (Listening) Application.DoEvents();  
  86.                 //打開時點擊，則關閉串口   
  87.                 comm.Close();  
  88.                 Closing = false;  
  89.             }  
  90.             else  
  91.             {  
  92.                 //關閉時點擊，則設置好端口，波特率后打開   
  93.                 comm.PortName = comboPortName.Text;  
  94.                 comm.BaudRate = int.Parse(comboBaudrate.Text);  
  95.                 try  
  96.                 {  
  97.                     comm.Open();  
  98.                 }  
  99.                 catch(Exception ex)  
  100.                 {  
  101.                     //捕獲到異常信息，創建一個新的comm對象，之前的不能用了。   
  102.                     comm = new SerialPort();  
  103.                     //現實異常信息給客戶。   
  104.                     MessageBox.Show(ex.Message);  
  105.                 }  
  106.             }  
  107.             //設置按鈕的狀態   
  108.             buttonOpenClose.Text = comm.IsOpen ? "Close" : "Open";  
  109.             buttonSend.Enabled = comm.IsOpen;  
  110.         }  
  111.         //動態的修改獲取文本框是否支持自動換行。   
  112.         private void checkBoxNewlineGet_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)  
  113.         {  
  114.             txGet.WordWrap = checkBoxNewlineGet.Checked;  
  115.         }  
  116.         private void buttonSend_Click(object sender, EventArgs e)  
  117.         {  
  118.             //定義一個變量，記錄發送了幾個字節   
  119.             int n = 0;  
  120.             //16進制發送   
  121.             if (checkBoxHexSend.Checked)  
  122.             {  
  123.                 //我們不管規則了。如果寫錯了一些，我們允許的，只用正則得到有效的十六進制數   
  124.                 MatchCollection mc = Regex.Matches(txSend.Text, @"(?i)[/da-f]{2}");  
  125.                 List<byte> buf = new List<byte>();//填充到這個臨時列表中   
  126.                 //依次添加到列表中   
  127.                 foreach (Match m in mc)  
  128.                 {  
  129.                     buf.Add(byte.Parse(m.Value));  
  130.                 }  
  131.                 //轉換列表為數組后發送   
  132.                 comm.Write(buf.ToArray(), 0, buf.Count);  
  133.                 //記錄發送的字節數   
  134.                 n = buf.Count;  
  135.             }  
  136.             else//ascii編碼直接發送   
  137.             {  
  138.                 //包含換行符   
  139.                 if (checkBoxNewlineSend.Checked)  
  140.                 {  
  141.                     comm.WriteLine(txSend.Text);  
  142.                     n = txSend.Text.Length + 2;  
  143.                 }  
  144.                 else//不包含換行符   
  145.                 {  
  146.                     comm.Write(txSend.Text);  
  147.                     n = txSend.Text.Length;  
  148.                 }  
  149.             }  
  150.             send_count += n;//累加發送字節數   
  151.             labelSendCount.Text = "Send:" + send_count.ToString();//更新界面   
  152.         }  
  153.         private void buttonReset_Click(object sender, EventArgs e)  
  154.         {  
  155.             //復位接受和發送的字節數計數器並更新界面。   
  156.             send_count = received_count = 0;  
  157.             labelGetCount.Text = "Get:0";  
  158.             labelSendCount.Text = "Send:0";  
  159.         }  
  160.     }  
  161. }  

 

 

至此，不會再出現關閉死鎖問題了。

 

希望這篇文章能解你的燃眉之急，非常高興能與讀者分享我層遇到，大多數人都遇到的這個問題。如果說的不明白，歡迎討論。

后續的有關通訊程序底層設計的文章會講述一個具有豐富擴展性，但有設計簡介的萬能通訊庫，支持網絡、藍牙、串口通訊、並口通訊。但不要指望我都實現出來了，我只是設計出這個框架。

 

示例代碼

 

//append by wuyazhe @2011-5-26

上面有一點疏漏，源自第一篇，結果到這里還是沒修改，源碼中有一行，需要修改一下。

//發送按鈕中

buf.Add(byte.Parse(m.Value));

要修改為

buf.Add(byte.Parse(m.Value,System.Globalization.NumberStyles.HexNumber));

 

 

C# 串口操作系列(3) -- 協議篇，二進制協議數據解析

分類： 通訊類庫設計 2010-05-27 09:54 11853人閱讀 評論(139) 收藏 舉報

    我們的串口程序，除了通用的，進行串口監聽收發的簡單工具，大多都和下位機有關，這就需要關心我們的通訊協議如何緩存，分析，以及通知界面。

    我們先說一下通訊協議。通訊協議就是通訊雙方共同遵循的一套規則，定義協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據傳輸完整正確。基於這2點規則，我們一個通訊協議應該是這樣的：頭+數據長度+數據正文+校驗

    例如：AA 44 05 01 02 03 04 05 EA

    這里我假設的一條數據，協議如下：

    數據頭：     AA 44

    數據長度： 05

    數據正文： 01 02 03 04 05

    校驗：       EA

    一般數據的校驗，都會采用常用的方式，CRC16,CRC32,Xor。

    有的數據安全要求高的，不允許丟包的，可能還要加入重發機制或是加入數據恢復算法，在校驗后根據前面數據添加恢復字節流以恢復數據。我這里采用的是簡單的異或校驗，包含數據頭的所有字節，依次異或得到的。

    協議很簡單，我也認為分析協議是很簡單的事情，下面我們就如何分析協議來實際的結合c#看一下。

    er…再等等，在我們實際開始編碼之前，還有一個規則需要了解，我們有了通訊協議，如何結合串口的協議來分析，需要關心什么呢？哦。一般就是4個問題：緩存收到的所有數據，找到一條完整數據，分析數據，界面通知。

    如果分的更詳細一點，緩存收到的所有數據，我們想到最高效的辦法就是順序表，也就是數組，但數組的操作比較復雜，當你使用完一條數據后，用過的需要移除；新數據如果過多的時候，緩存過大需要清理；數據搬移等等，很有可能一個不小心就會丟數據導致軟件出些莫名其妙的小問題。個人建議，使用List<byte>，內部是數組方式實現，每次數據不足夠的時候會擴容1倍，數據的增刪改都已經做的很完善了。不會出現什么小問題。

    找到一條完整數據，如何找到完整數據呢？就我們例子的這個協議，首先在緩存的數據中找AA 44，當我們找到后，探測后面的字節，發現是05，然后看緩存剩下的數據是否足夠，不足夠就不用判斷，減少時間消耗，如果剩余數據>=6個（包含1個字節的校驗），我們就算一個校驗，看和最后的校驗是否一致。

    分析數據：鑒於網絡的開放性，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，把連續的字節（和變量長度一樣）讀取並轉換為對應的變量。c++下使用memcpy，或直接類型轉換后進行值拷貝，vb6下使用CopyMemory這個api。

    校驗：前面說過了。完整性判斷的時候需要和校驗對比，大多系統都不太嚴格，不支持重發，所以數據錯誤就直接丟棄。導致數據錯誤的原因很多，比如電磁干擾導致數據不完整或錯誤、硬件驅動效率不夠導致數據丟失、我們的軟件緩存出錯等。這些軟件因素數據系統錯誤，需要修改，但是電磁干擾么，有這個可能的。雖然很少。

    其實我知道，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。那我接下來貼出基於上一篇文章的改進版本，支持協議分析（協議不能配置，可配置的協議不是我們討論的范疇。可以看看有DFA(確定性有限狀態機))

    我們修改一下界面，以便能顯示收到后分析的數據

    紅色部分是新增的

 

代碼如下：

 

view plain copy to clipboard print ?
  1. using System;  
  2. using System.Collections.Generic;  
  • using System.ComponentModel;  
  • using System.Data;  
  • using System.Drawing;  
  • using System.Linq;  
  • using System.Text;  
  • using System.Windows.Forms;  
  • using System.IO.Ports;  
  • using System.Text.RegularExpressions;  
  • namespace SerialportSample  
  • {  
  •     public partial class SerialportSampleForm : Form  
  •     {  
  •         private SerialPort comm = new SerialPort();  
  •         private StringBuilder builder = new StringBuilder();//避免在事件處理方法中反復的創建，定義到外面。   
  •         private long received_count = 0;//接收計數   
  •         private long send_count = 0;//發送計數   
  •         private bool Listening = false;//是否沒有執行完invoke相關操作   
  •         private bool Closing = false;//是否正在關閉串口，執行Application.DoEvents，並阻止再次invoke   
  •         private List<byte> buffer = new List<byte>(4096);//默認分配1頁內存，並始終限制不允許超過   
  •         private byte[] binary_data_1 = new byte[9];//AA 44 05 01 02 03 04 05 EA   
  •         public SerialportSampleForm()  
  •         {  
  •             InitializeComponent();  
  •         }  
  •         //窗體初始化   
  •         private void Form1_Load(object sender, 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);  
  •             comboPortName.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;//根據實際情況吧。   
  •             //添加事件注冊   
  •             comm.DataReceived += comm_DataReceived;  
  •         }  
  •         void comm_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)  
  •         {  
  •             if (Closing) return;//如果正在關閉，忽略操作，直接返回，盡快的完成串口監聽線程的一次循環   
  •             try  
  •             {  
  •                 Listening = true;//設置標記，說明我已經開始處理數據，一會兒要使用系統UI的。   
  •                 int n = comm.BytesToRead;//先記錄下來，避免某種原因，人為的原因，操作幾次之間時間長，緩存不一致   
  •                 byte[] buf = new byte[n];//聲明一個臨時數組存儲當前來的串口數據   
  •                 received_count += n;//增加接收計數   
  •                 comm.Read(buf, 0, n);//讀取緩沖數據   
  •                 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  •                 //<協議解析>   
  •                 bool data_1_catched = false;//緩存記錄數據是否捕獲到   
  •                 //1.緩存數據   
  •                 buffer.AddRange(buf);  
  •                 //2.完整性判斷   
  •                 while (buffer.Count >= 4)//至少要包含頭（2字節）+長度（1字節）+校驗（1字節）   
  •                 {  
  •                     //請不要擔心使用>=，因為>=已經和>,<,=一樣，是獨立操作符，並不是解析成>和=2個符號   
  •                     //2.1 查找數據頭   
  •                     if (buffer[0] == 0xAA && buffer[1] == 0x44)  
  •                     {  
  •                         //2.2 探測緩存數據是否有一條數據的字節，如果不夠，就不用費勁的做其他驗證了   
  •                         //前面已經限定了剩余長度>=4，那我們這里一定能訪問到buffer[2]這個長度   
  •                         int len = buffer[2];//數據長度   
  •                         //數據完整判斷第一步，長度是否足夠   
  •                         //len是數據段長度,4個字節是while行注釋的3部分長度   
  •                         if (buffer.Count < len + 4) break;//數據不夠的時候什么都不做   
  •                         //這里確保數據長度足夠，數據頭標志找到，我們開始計算校驗   
  •                         //2.3 校驗數據，確認數據正確   
  •                         //異或校驗，逐個字節異或得到校驗碼   
  •                         byte checksum = 0;  
  •                         for (int i = 0; i < len + 3; i++)//len+3表示校驗之前的位置   
  •                         {  
  •                             checksum ^= buffer[i];  
  •                         }  
  •                         if (checksum != buffer[len + 3]) //如果數據校驗失敗，丟棄這一包數據   
  •                         {  
  •                             buffer.RemoveRange(0, len + 4);//從緩存中刪除錯誤數據   
  •                             continue;//繼續下一次循環   
  •                         }  
  •                         //至此，已經被找到了一條完整數據。我們將數據直接分析，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，數據堆積在緩存buffer中   
  •                         //已經很多了，那你需要循環的找到最后一組，只分析最新數據，過往數據你已經處理不及時   
  •                         //了，就不要浪費更多時間了，這也是考慮到系統負載能夠降低。   
  •                         buffer.CopyTo(0, binary_data_1, 0, len + 4);//復制一條完整數據到具體的數據緩存   
  •                         data_1_catched = true;  
  •                         buffer.RemoveRange(0, len + 4);//正確分析一條數據，從緩存中移除數據。   
  •                     }  
  •                     else  
  •                     {  
  •                         //這里是很重要的，如果數據開始不是頭，則刪除數據   
  •                         buffer.RemoveAt(0);  
  •                     }  
  •                 }  
  •                 //分析數據   
  •                 if (data_1_catched)  
  •                 {  
  •                     //我們的數據都是定好格式的，所以當我們找到分析出的數據1，就知道固定位置一定是這些數據，我們只要顯示就可以了   
  •                     string data = binary_data_1[3].ToString("X2") + " " + binary_data_1[4].ToString("X2") + " " +  
  •                         binary_data_1[5].ToString("X2") + " " + binary_data_1[6].ToString("X2") + " " +  
  •                         binary_data_1[7].ToString("X2");  
  •                     //更新界面   
  •                     this.Invoke((EventHandler)(delegate { txData.Text = data; }));  
  •                 }  
  •                 //如果需要別的協議，只要擴展這個data_n_catched就可以了。往往我們協議多的情況下，還會包含數據編號，給來的數據進行   
  •                 //編號，協議優化后就是： 頭+編號+長度+數據+校驗   
  •                 //</協議解析>   
  •                 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  •                 builder.Clear();//清除字符串構造器的內容   
  •                 //因為要訪問ui資源，所以需要使用invoke方式同步ui。   
  •                 this.Invoke((EventHandler)(delegate  
  •                 {  
  •                     //判斷是否是顯示為16禁止   
  •                     if (checkBoxHexView.Checked)  
  •                     {  
  •                         //依次的拼接出16進制字符串   
  •                         foreach (byte b in buf)  
  •                         {  
  •                             builder.Append(b.ToString("X2") + " ");  
  •                         }  
  •                     }  
  •                     else  
  •                     {  
  •                         //直接按ASCII規則轉換成字符串   
  •                         builder.Append(Encoding.ASCII.GetString(buf));  
  •                     }  
  •                     //追加的形式添加到文本框末端，並滾動到最后。   
  •                     this.txGet.AppendText(builder.ToString());  
  •                     //修改接收計數   
  •                     labelGetCount.Text = "Get:" + received_count.ToString();  
  •                 }));  
  •             }  
  •             finally  
  •             {  
  •                 Listening = false;//我用完了，ui可以關閉串口了。   
  •             }  
  •         }  
  •         private void buttonOpenClose_Click(object sender, EventArgs e)  
  •         {  
  •             //根據當前串口對象，來判斷操作   
  •             if (comm.IsOpen)  
  •             {  
  •                 Closing = true;  
  •                 while (Listening) Application.DoEvents();  
  •                 //打開時點擊，則關閉串口   
  •                 comm.Close();  
  •             }  
  •             else  
  •             {  
  •                 //關閉時點擊，則設置好端口，波特率后打開   
  •                 comm.PortName = comboPortName.Text;  
  •                 comm.BaudRate = int.Parse(comboBaudrate.Text);  
  •                 try  
  •                 {  
  •                     comm.Open();  
  •                 }  
  •                 catch(Exception ex)  
  •                 {  
  •                     //捕獲到異常信息，創建一個新的comm對象，之前的不能用了。   
  •                     comm = new SerialPort();  
  •                     //現實異常信息給客戶。   
  •                     MessageBox.Show(ex.Message);  
  •                 }  
  •             }  
  •             //設置按鈕的狀態   
  •             buttonOpenClose.Text = comm.IsOpen ? "Close" : "Open";  
  •             buttonSend.Enabled = comm.IsOpen;  
  •         }  
  •         //動態的修改獲取文本框是否支持自動換行。   
  •         private void checkBoxNewlineGet_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)  
  •         {  
  •             txGet.WordWrap = checkBoxNewlineGet.Checked;  
  •         }  
  •         private void buttonSend_Click(object sender, EventArgs e)  
  •         {  
  •             //定義一個變量，記錄發送了幾個字節   
  •             int n = 0;  
  •             //16進制發送   
  •             if (checkBoxHexSend.Checked)  
  •             {  
  •                 //我們不管規則了。如果寫錯了一些，我們允許的，只用正則得到有效的十六進制數   
  •                 MatchCollection mc = Regex.Matches(txSend.Text, @"(?i)[/da-f]{2}");  
  •                 List<byte> buf = new List<byte>();//填充到這個臨時列表中   
  •                 //依次添加到列表中   
  •                 foreach (Match m in mc)  
  •                 {  
  •                     buf.Add(byte.Parse(m.Value, System.Globalization.NumberStyles.HexNumber));  
  •                 }  
  •                 //轉換列表為數組后發送   
  •                 comm.Write(buf.ToArray(), 0, buf.Count);  
  •                 //記錄發送的字節數   
  •                 n = buf.Count;  
  •             }  
  •             else//ascii編碼直接發送   
  •             {  
  •                 //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;//累加發送字節數   
  •             labelSendCount.Text = "Send:" + send_count.ToString();//更新界面   
  •         }  
  •         private void buttonReset_Click(object sender, EventArgs e)  
  •         {  
  •             //復位接受和發送的字節數計數器並更新界面。   
  •             send_count = received_count = 0;  
  •             labelGetCount.Text = "Get:0";  
  •             labelSendCount.Text = "Send:0";  
  •         }  
  •     }  
  • }  

 

 

至此，你只要按這個協議格式發送數據到軟件打開的串口。就能在數據的data標簽顯示出你的數據內容，我們現在是直接顯示為：

01 02 03 04 05

也就是數據段內容。

 

運行截圖：

請注意紅色部分

 

發送模擬數據的界面，使用通用工具SSCOMM32.exe

sscomm32.exe 發送模擬數據的界面

 

我們在回顧一下，一般二進制格式數據就是這樣分析，分析數據長度是否足夠，找到數據頭，數據長度，校驗，然后分析。

分析方式很多。結合各自實際情況操作，可以使用序列化方式，但是wince不支持，也可以用BitConvert方式將連續的字節讀取為某個類型的變量。

 

希望看到這里，能給你帶來幫助，歡迎大家和我討論，希望經驗豐富的朋友不吝賜教。上一篇中，有朋友說用BeginInvoke可以避免死鎖問題，我暫時沒有線，沒有測試成功，改天測試后再公布結果。

 

DataReceived事件中，最高效的做法是指緩存數據，然后異步的去分析數據。但是，這樣較復雜，在效率要求不是很高的情況下（大多數情況），可以在DataReceived事件中緩存數據后，立刻進行數據完整性檢查，有效性檢查，分析數據，以及更新界面。但這么做有一個隱患，底層串口操作的效率依賴於數據分析和界面更新，任何一個環節頻繁耗時過長，都會造成數據的堆積。文章只假設都不拖時間的情況。

 

謝謝觀賞，通訊協議分析系列，未完待續……

 


免責聲明！

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