《連載 | 物聯網框架ServerSuperIO教程》-4.如開發一套設備驅動，同時支持串口和網絡通訊。附：將來支持Windows 10 IOT

1.C#跨平台物聯網通訊框架ServerSuperIO（SSIO）介紹

《連載 | 物聯網框架ServerSuperIO教程》1.4種通訊模式機制。

《連載 | 物聯網框架ServerSuperIO教程》2.服務實例的配置參數說明

《連載 | 物聯網框架ServerSuperIO教程》- 3.設備驅動介紹

 

注：ServerSuperIO有可能被移植到Windows 10 IOT上，那么將來有可能開發一套設備驅動，可以支行在服務端、嵌入式設備中，將形成完整的解決方案。

      現在已經調試通過部分代碼，還得需要一段時間，一般都是晚上干，時間也有限。如下圖：

 

目       錄

4.如開發一套設備驅動，同時支持串口和網絡通訊... 2

4.1           概述... 2

4.2           通訊協議規定... 2

4.2.1    發送讀實時數據命令協議... 2

4.2.2    解析實時數據協議... 3

4.2.3    發送和接收數據事例... 3

4.3           開發設備驅動... 3

4.3.1    構建實時數據持久對象（不是必須）... 3

4.3.2    構建參數數據持久對象... 5

4.3.3    構建發送和解析協議命令對象... 5

4.3.4    構建協議驅動對象... 6

4.3.5    構建設備驅動對象... 8

4.4           構建宿主程序... 12

4.5           運行效果... 15

 

 

4.如開發一套設備驅動，同時支持串口和網絡通訊

4.1    概述

     作為物聯網通訊框架，肯定要支持多種通訊鏈路，在多種通訊鏈路的基礎上完成多種通訊協議的交互，例如：Modbus、自定義協議等等。但是，有一個問題：針對同一台硬件設備或傳感器，完成串口和網絡兩種通訊方式的數據采集和控制，是否要分別寫代碼？如果從現實角度分析，同一硬件，它要完成的業務邏輯肯定是相同的，所以ServerSuperIO物聯網框架，允許開發一套設備驅動，同時支持串口和網絡兩種通訊方式的交互。

     通訊很簡單、交互很簡單、業務很簡單……如果把很多簡單的問題合在一起，那么就變得不簡單了，所以要有一個框架性的東西，重新把眾多問題變得簡單。

4.2    通訊協議規定

    在完成一個設備驅動的開發之前，首先要知道它的通訊協議，好比兩個人交流的語言一樣。針對通訊協議，我們自定義一個簡單交互方式，只是發送命令，提取數據信息。

4.2.1    發送讀實時數據命令協議

     計算機發送0x61指令為讀實時數據命令，共發送6個字節，校驗和為從“從機地址”開始的累加和，不包括“數據報頭”、“校驗和”和“協議結束”。

     發送指令數據幀如下：

幀結構	數據報頭		從機地址	指令代碼	校驗和	協議結束
	0x55	0xAA		0x61		0x0D
字節數	1	1	1	1	1	1

  

4.2.2    解析實時數據協議

    下位機接收到讀實時數據命令后，並校驗成功，返回實時數據，校驗和為從“從機地址”開始的累加和，不包括“數據報頭”、“校驗和”和“協議結束”。

    接收數據幀如下：

幀結構	數據報頭		從機地址	指令代碼	流量	信號	校驗和	協議結束
	0x55	0xAA		0x61	浮點型	浮點型		0x0D
字節數	1	1	1	1	4	4	1	1

4.2.3    發送和接收數據事例

發送（十六進制）：0x55 0xaa 0x00 0x61 0x61 0x0d

接收（十六進制）：0x55 0xaa 0x00 0x61 0x43 0x7a 0x00 0x00 0x43 0xb4 0x15 0x0d

流量數據為：250.00

信號數據為：360.00

4.3    開發設備驅動

4.3.1    構建實時數據持久對象（不是必須）

1.通過返回數據的通訊協議，有流量和信號兩個動態變量，我們需要創建一個動態對象實體類，主要用於協議驅動與設備驅動之間的數據交互。代碼如下：

public class Dyn
{
        private float _Flow = 0.0f;
        /// <summary>
        /// 流量
        /// </summary>
        public float Flow
        {
            get { return _Flow; }
            set { _Flow = value; }
        }
        private float _Signal = 0.0f;
        /// <summary>
        /// 信號
        /// </summary>
        public float Signal
        {
            get { return _Signal; }
            set { _Signal = value; }
        }
}

  2.我們主要的工作是要創建一個實時數據持久對象類，實時緩存數據信息，也可以把該實時數據信息保存到數據庫中或其他存儲媒質。實時數據持久對象類的代碼如下：

public class DeviceDyn:DeviceDynamic
{
        public DeviceDyn() : base()
        {
            Dyn=new Dyn();
        }
        public override string GetAlertState()
        {
            throw new NotImplementedException("無報警信息");
        }
        public override object Repair()
        {
            return new DeviceDyn();
        }
        public Dyn Dyn { get; set; }
}

     DeviceDyn 類繼承自DeviceDynamic，因為每個硬件設備的報警信息有可能不一樣，所以GetAlertState函數可以實該功能，但是SSIO框架並沒有直接引用；這個類本質上是一個可以序列化，在不加互斥的情況下可能造成文件損壞，所以Repair可以完成修復功能，在DeviceDynamic基類里實現了該功能；另外，實現DeviceDynamic基類自帶兩個函數，Save函數用於持久化（序列化）此類的信息，Load用於獲得（反序列化）此類的信息，在設備驅動中可以使用。

4.3.2    構建參數數據持久對象

    一般來說硬件設備會有讀參數的命令，那么返回來的參數也需要進行持久化存儲，並且每台設備的參數都可能不一樣，在此提供一個可擴展的接口。在這個通訊協議中並沒有涉及到設備參數相關的協議說明，但是我們也需要創建一個參數數據持久對象類，可以不寫任何擴展的參數屬性，在SSIO框架對參數的接口進行了引用，這是必須進行了工作。代碼如下：

public class DevicePara:ServerSuperIO.Device.DeviceParameter
{
        public override object Repair()
        {
            return new DevicePara();
        }
}

     DevicePara繼承自DeviceParameter類，情況與實時數據持久對象類似，可以參數。

4.3.3    構建發送和解析協議命令對象

    與設備進行交互會涉及到很多交互式的命令或指令代碼，而這些命令在SSIO框架內是以協議命令對象的形式存在，大體包括三個部：執行命令接口、打包發送數據接口、解析接收數據接口等。

    針對上面的通訊協議，有一個61指令，那么我們就可以根據61指令為命名構建一個協議命令對象，包括發送數據和解析數據部分。如果有其他命令代碼，舉一反三。代碼如下：

internal class DeviceCommand:ProtocolCommand
{
        public override string Name
        {
            get { return "61"; }
        }

        public override void ExcuteCommand<T>(T t)
        {
            throw new NotImplementedException();
        }

        public override byte[] Package<T> (string code, T1 t1,T2 t2)
        {
            //發送：0x55 0xaa 0x00 0x61 0x61 0x0d
            byte[] data = new byte[6];
            data[0] = 0x55;
            data[1] = 0xaa;
            data[2] = byte.Parse(code);
            data[3] = 0x61;
            data[4] = this.ProtocolDriver.GetCheckData(data)[0];
            data[5] = 0x0d;
            return data;
        }

        public override dynamic Analysis<T>(byte[] data, T t)
        {
            Dyn dyn = new Dyn()
            //一般下位機是單片的話，接收到數據的高低位需要互換，才能正常解析。
            byte[] flow = BinaryUtil.SubBytes(data, 4, 4, true);
            dyn.Flow = BitConverter.ToSingle(flow, 0);
            byte[] signal = BinaryUtil.SubBytes(data, 8, 4, true);
            dyn.Signal = BitConverter.ToSingle(signal, 0);
            return dyn;
        }

}

     構建協議命令需要全部繼承自ProtocolCommand，根據通訊協議規定，Name屬性返回61，作為關鍵字；Package是打包要送的數據信息；Analysis對應着接收數據之后進行解析操作。就這樣一個簡單的協議命令驅動就構建完成了。

4.3.4    構建協議驅動對象

    有了協議命令之后，我們需要構建協議驅動對象，SSIO框架支持自定義協議也在於此，並且與設備驅動的接口相關聯，在SSIO框架的高級應用中也進行了引用，構建這引對象很關鍵。代碼如下：

internal class DeviceProtocol:ProtocolDriver
{
        public override bool CheckData(byte[] data)
        {
            if (data[0] == 0x55 && data[1] == 0xaa && data[data.Length - 1] == 0x0d)
            {
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }

        public override byte[] GetCommand(byte[] data)
        {
            return new byte[] { data[3] };
        }

        public override int GetAddress(byte[] data)
        {
            return data[2];
        }

        public override byte[] GetHead(byte[] data)
        {
            return new byte[] { data[0], data[1] };
        }

        public override byte[] GetEnd(byte[] data)
        {
            return new byte[] { data[data.Length - 1] };
        }

        public override byte[] GetCheckData(byte[] data)
        {
            byte checkSum = 0;
            for (int i = 2; i < data.Length - 2; i++)
            {
                checkSum += data[i];
            }
            return new byte[] { checkSum };
        }

        public override string GetCode(byte[] data)
        {
            throw new NotImplementedException();
        }

        public override int GetPackageLength(byte[] data, IChannel channel, ref int readTimeout)
        {
           throw new NotImplementedException();
        }
}

     DeviceProtocol 協議驅動繼承自ProtocolDriver ，一個設備驅動只存在一個協議驅動，一個協議驅動可以存在多個協議命令（如61命令）。該類中的CheckData函數很關鍵，SSIO框架中的設備驅動基類引用了，主要是完成校驗接收數據的完事性，是否符合協議，從而決定了通訊狀態：通訊正常、通訊中斷、通訊干擾、以及通訊未知，不同的通訊狀態也決定了調用設備驅動中的哪個函數接口：Communicate、CommunicateInterrupt、CommunicateError和CommunicateNone。

4.3.5    構建設備驅動對象

     上邊的基礎工作都做完之后，現在就構建設備驅動的核心部分，也就是SSIO框架與設備驅動對接、協調、調度的唯一接口，寫完這個接口，設備驅動就可以在SSIO上直接運行了，並且與硬件設備進行交互。直接上代碼：

public class DeviceDriver:RunDevice
{
        private DeviceDyn _deviceDyn;
        private DevicePara _devicePara;
        private DeviceProtocol _protocol;
        public DeviceDriver() : base()
        {
            _devicePara = new DevicePara();
            _deviceDyn = new DeviceDyn();
            _protocol = new DeviceProtocol();
        }

        public override void Initialize(string devid)
        {
            this.Protocol.InitDriver(this.GetType(),null);
            //初始化設備參數信息
            _devicePara.DeviceID = devid;//設備的ID必須先賦值，因為要查找對應的參數文件。
            if (System.IO.File.Exists(_devicePara.SavePath))
            {
                //如果參數文件存在，則獲得參數實例
                _devicePara = _devicePara.Load<DevicePara>();
            }
            else
            {
                //如果參數文件不存在，則序列化一個文件
                _devicePara.Save<DevicePara>(_devicePara);
            }

            //初始化設備實時數據信息
            _deviceDyn.DeviceID = devid;//設備的ID必須先賦值，因為要查找對應的實時數據文件。
            if (System.IO.File.Exists(_deviceDyn.SavePath))
            {
                //參數文件存在，則獲得參數實例
                _deviceDyn = _deviceDyn.Load<DeviceDyn>();
            }
            else
            {
                //如果參數文件不存在，則序列化一個文件
                _deviceDyn.Save<DeviceDyn>(_deviceDyn);
            }
        }
 
        public override byte[] GetConstantCommand()
        {
            return this.Protocol.DriverPackage<String>("0", "61", null);
        }
 
        public override void Communicate(ServerSuperIO.Communicate.IRequestInfo info)
        {
            Dyn dyn = this.Protocol.DriverAnalysis<String>("61", info.Data, null);
            if (dyn != null)
            {
                _deviceDyn.Dyn = dyn;
            }
            OnDeviceRuningLog("通訊正常");
        }

        public override void CommunicateInterrupt(ServerSuperIO.Communicate.IRequestInfo info)
        {
            OnDeviceRuningLog("通訊中斷");
        }
 
        public override void CommunicateError(ServerSuperIO.Communicate.IRequestInfo info)
        {
            OnDeviceRuningLog("通訊干擾");
        }
 
        public override void CommunicateNone()
        {
            OnDeviceRuningLog("通訊未知");
        }

        public override void Alert()
        {
            return;
        }

        public override void Save()
        {
            try
            {
                _deviceDyn.Save<DeviceDyn>(_deviceDyn);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                OnDeviceRuningLog(ex.Message);
            }
        }

        public override void Show()
        {
            List<string> list=new List<string>();
            list.Add(_devicePara.DeviceName);
            list.Add(_deviceDyn.Dyn.Flow.ToString());
            list.Add(_deviceDyn.Dyn.Signal.ToString());
            OnDeviceObjectChanged(list.ToArray());
        }
 
        public override void UnknownIO()
        {
            OnDeviceRuningLog("未知通訊接口");
        }

        public override void CommunicateStateChanged(ServerSuperIO.Communicate.CommunicateState comState)
        {
            OnDeviceRuningLog("通訊狀態改變");
        }

        public override void ChannelStateChanged(ServerSuperIO.Communicate.ChannelState channelState)
        {
            OnDeviceRuningLog("通道狀態改變");
        }

        public override void Exit()
        {
            OnDeviceRuningLog("退出設備");
        }

        public override void Delete()
        {
            OnDeviceRuningLog("刪除設備");
        }
 
        public override object GetObject()
        {
            throw new NotImplementedException();
        }

        public override void ShowContextMenu()
        {
            throw new NotImplementedException();
        }

        public override IDeviceDynamic DeviceDynamic
        {
            get { return _deviceDyn; }
        }

        public override IDeviceParameter DeviceParameter
        {
            get { return _devicePara; }
        }

        public override IProtocolDriver Protocol
       {
            get { return _protocol;}
        }

        public override DeviceType DeviceType
        {
            get { return DeviceType.Common; }
        }

        public override string ModelNumber
        {
            get { return "serversuperio"; }
        }

        public override System.Windows.Forms.Control DeviceGraphics
        {
            get { throw new NotImplementedException(); }
        }
}

    實時動態數據對象_deviceDyn、參數數據對象_devicePara、協議驅動對象_protocol分別提供給接口：DeviceDynamic、DeviceParameter和Protocol，為SSIO提供可引用的基礎屬性參數。

     Initialize是設備驅動初始化的函數接口，在這個接口完成兩個主要工作：初始化協議驅動和參數性的信息。通過this.Protocol.InitDriver(this.GetType(),null);代碼可以加載所有協議命令到協議驅動的緩存中，以便實時調用。當然這里邊也可以進行其他方面的工作，但是注意對異常的處理。

     DeviceType這個是設備的類型，一般指定為Common就好了。其他函數接口功能已經在《物聯網框架ServerSuperIO教程-3.設備驅動介紹》中詳細介紹了，請參考。

4.4    構建宿主程序

     一個簡單的設備驅動就已經開發好了，光有驅動還不行，那么我們基於SSIO框架再寫幾行代碼，完成一個宿主程序，把設備驅動實例化，放SSIO的服務實例中運行，完成串口和網絡兩種方式的通訊交互，代碼也非常簡單。代碼如下：

class Program
{
        static void Main(string[] args)
        {
            DeviceDriver dev1 = new DeviceDriver();
            dev1.DeviceParameter.DeviceName = "串口設備1";
            dev1.DeviceParameter.DeviceAddr = 0;
            dev1.DeviceParameter.DeviceID = "0";
            dev1.DeviceDynamic.DeviceID = "0";
            dev1.DeviceParameter.COM.Port = 1;
            dev1.DeviceParameter.COM.Baud = 9600;
            dev1.CommunicateType = CommunicateType.COM;
            dev1.Initialize("0");

            DeviceDriver dev4 = new DeviceDriver();
            dev4.DeviceParameter.DeviceName = "網絡設備2";
            dev4.DeviceParameter.DeviceAddr = 0;
            dev4.DeviceParameter.DeviceID = "3";
            dev4.DeviceDynamic.DeviceID = "3";
            dev4.DeviceParameter.NET.RemoteIP = "127.0.0.1";
            dev4.DeviceParameter.NET.RemotePort = 9600;
            dev4.CommunicateType = CommunicateType.NET;
            dev4.Initialize("3");

            IServer server = new ServerFactory().CreateServer(new ServerConfig()
            {
                ServerName = "服務實例1",
                SocketMode = SocketMode.Tcp,
                ControlMode = ControlMode.Loop,
                CheckSameSocketSession = false,
                StartCheckPackageLength = false,
            });

            server.AddDeviceCompleted += server_AddDeviceCompleted;
            server.DeleteDeviceCompleted += server_DeleteDeviceCompleted;
            server.SocketConnected+=server_SocketConnected;
            server.SocketClosed+=server_SocketClosed;
            server.Start();

            server.AddDevice(dev1);
            server.AddDevice(dev4);

            while ("exit"==Console.ReadLine())
            {
                 server.Stop();
            }
        }

        private static void server_SocketClosed(string ip, int port)
        {
            Console.WriteLine(String.Format("斷開：{0}-{1} 成功", ip, port));
        }

        private static void server_SocketConnected(string ip, int port)
        {
            Console.WriteLine(String.Format("連接：{0}-{1} 成功",ip, port));
        }

        private static void server_AddDeviceCompleted(string devid, string devName, bool isSuccess)

        {
            Console.WriteLine(devName+",增加:"+isSuccess.ToString());
        }

        private static void server_DeleteDeviceCompleted(string devid, string devName, bool isSuccess)
        {
            Console.WriteLine(devName + ",刪除:" + isSuccess.ToString());
        }
    }
}

     這個代碼大家都能看明白，具體的控制模式我們接下來會一一介紹。在構建宿主程序的時候，切忌對服務實例這樣引用：server.ChannelManager、server.ControllerManager、server.DeviceManager。盡管提供了這樣的接口，主要是為了SSIO框架內部使用的，不需要我們單獨去操作這些接口。有的網友是這樣的寫的，那么就變成了一個純的通信IO框架，那么就失去了SSIO框架本身的價值。作為二次開發者，只需要設置設備驅動的參數，以及向服務實例中增加或刪除設備就行了，其他所有的運行全部交給SSIO框架來完成。

4.5    運行效果

 

 

1.[連載]《C#通訊（串口和網絡）框架的設計與實現》

2.[開源]C#跨平台物聯網通訊框架ServerSuperIO（SSIO）介紹

2.應用SuperIO（SIO）和開源跨平台物聯網框架ServerSuperIO（SSIO）構建系統的整體方案

3.C#工業物聯網和集成系統解決方案的技術路線（數據源、數據采集、數據上傳與接收、ActiveMQ、Mongodb、WebApi、手機App）

5.ServerSuperIO開源地址：https://github.com/wxzz/ServerSuperIO

物聯網&集成技術(.NET) QQ群：54256083