C# 串口操作系列(2) -- 入门篇,为什么我的串口程序在关闭串口时候会死锁 ? .

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C# 串口操作系列(2) -- 入门篇,为什么我的串口程序在关闭串口时候会死锁 ? .

范大脚脚 2017-11-07 21:16:00 浏览511
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我们的串口程序,除了通用的,进行串口监听收发的简单工具,大多都和下位机有关,这就需要关心我们的通讯协议如何缓存,分析,以及通知界面。

    我们先说一下通讯协议。通讯协议就是通讯双方共同遵循的一套规则,定义协议的原则是尽可能的简单以提高传输率,尽可能的具有安全性保证数据传输完整正确。基于这2点规则,我们一个通讯协议应该是这样的:+数据长度+数据正文+校验

    例如:AA 44 05 01 02 03 04 05 EA

    这里我假设的一条数据,协议如下:

    数据头:     AA 44

    数据长度: 05

    数据正文: 01 02 03 04 05

    校验:       EA

    一般数据的校验,都会采用常用的方式,CRC16,CRC32,Xor。

    有的数据安全要求高的,不允许丢包的,可能还要加入重发机制或是加入数据恢复算法,在校验后根据前面数据添加恢复字节流以恢复数据。我这里采用的是简单的异或校验,包含数据头的所有字节,依次异或得到的。

    协议很简单,我也认为分析协议是很简单的事情,下面我们就如何分析协议来实际的结合c#看一下。

    er…再等等,在我们实际开始编码之前,还有一个规则需要了解,我们有了通讯协议,如何结合串口的协议来分析,需要关心什么呢?哦。一般就是4个问题:缓存收到的所有数据找到一条完整数据分析数据界面通知

    如果分的更详细一点,缓存收到的所有数据,我们想到最高效的办法就是顺序表,也就是数组,但数组的操作比较复杂,当你使用完一条数据后,用过的需要移除;新数据如果过多的时候,缓存过大需要清理;数据搬移等等,很有可能一个不小心就会丢数据导致软件出些莫名其妙的小问题。个人建议,使用List<byte>,内部是数组方式实现,每次数据不足够的时候会扩容1倍,数据的增删改都已经做的很完善了。不会出现什么小问题。

    找到一条完整数据,如何找到完整数据呢?就我们例子的这个协议,首先在缓存的数据中找AA 44,当我们找到后,探测后面的字节,发现是05,然后看缓存剩下的数据是否足够,不足够就不用判断,减少时间消耗,如果剩余数据>=6个(包含1个字节的校验),我们就算一个校验,看和最后的校验是否一致。

    分析数据:鉴于网络的开放性,我无法确定读者对c#的了解程度,介绍一下,常用的方式就是BitConvert.ToInt32这一系列的方法,把连续的字节(和变量长度一样)读取并转换为对应的变量。c++下使用memcpy,或直接类型转换后进行值拷贝,vb6下使用CopyMemory这个api。

    校验:前面说过了。完整性判断的时候需要和校验对比,大多系统都不太严格,不支持重发,所以数据错误就直接丢弃。导致数据错误的原因很多,比如电磁干扰导致数据不完整或错误、硬件驱动效率不够导致数据丢失、我们的软件缓存出错等。这些软件因素数据系统错误,需要修改,但是电磁干扰么,有这个可能的。虽然很少。

    其实我知道,就算是我,看别人的博客也是,喜欢看图片,看代码,文字性的东西,一看就头大。那我接下来贴出基于上一篇文章的改进版本,支持协议分析(协议不能配置,可配置的协议不是我们讨论的范畴。可以看看有DFA(确定性有限状态机))

    我们修改一下界面,以便能显示收到后分析的数据

    红色部分是新增的

 

代码如下:

 

  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();//避免在事件处理方法中反复的创建,定义到外面。   
  •         private long received_count = 0;//接收计数   
  •         private long send_count = 0;//发送计数   
  •         private bool Listening = false;//是否没有执行完invoke相关操作   
  •         private bool Closing = false;//是否正在关闭串口,执行Application.DoEvents,并阻止再次invoke   
  •         private List<byte> buffer = new List<byte>(4096);//默认分配1页内存,并始终限制不允许超过   
  •         private byte[] binary_data_1 = new byte[9];//AA 44 05 01 02 03 04 05 EA   
  •         public SerialportSampleForm()  
  •         {  
  •             InitializeComponent();  
  •         }  
  •         //窗体初始化   
  •         private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)  
  •         {  
  •             //初始化下拉串口名称列表框   
  •             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对象   
  •             comm.NewLine = "/r/n";  
  •             comm.RtsEnable = true;//根据实际情况吧。   
  •             //添加事件注册   
  •             comm.DataReceived += comm_DataReceived;  
  •         }  
  •         void comm_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)  
  •         {  
  •             if (Closing) return;//如果正在关闭,忽略操作,直接返回,尽快的完成串口监听线程的一次循环   
  •             try  
  •             {  
  •                 Listening = true;//设置标记,说明我已经开始处理数据,一会儿要使用系统UI的。   
  •                 int n = comm.BytesToRead;//先记录下来,避免某种原因,人为的原因,操作几次之间时间长,缓存不一致   
  •                 byte[] buf = new byte[n];//声明一个临时数组存储当前来的串口数据   
  •                 received_count += n;//增加接收计数   
  •                 comm.Read(buf, 0, n);//读取缓冲数据   
  •                 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  •                 //<协议解析>   
  •                 bool data_1_catched = false;//缓存记录数据是否捕获到   
  •                 //1.缓存数据   
  •                 buffer.AddRange(buf);  
  •                 //2.完整性判断   
  •                 while (buffer.Count >= 4)//至少要包含头(2字节)+长度(1字节)+校验(1字节)   
  •                 {  
  •                     //请不要担心使用>=,因为>=已经和>,<,=一样,是独立操作符,并不是解析成>和=2个符号   
  •                     //2.1 查找数据头   
  •                     if (buffer[0] == 0xAA && buffer[1] == 0x44)  
  •                     {  
  •                         //2.2 探测缓存数据是否有一条数据的字节,如果不够,就不用费劲的做其他验证了   
  •                         //前面已经限定了剩余长度>=4,那我们这里一定能访问到buffer[2]这个长度   
  •                         int len = buffer[2];//数据长度   
  •                         //数据完整判断第一步,长度是否足够   
  •                         //len是数据段长度,4个字节是while行注释的3部分长度   
  •                         if (buffer.Count < len + 4) break;//数据不够的时候什么都不做   
  •                         //这里确保数据长度足够,数据头标志找到,我们开始计算校验   
  •                         //2.3 校验数据,确认数据正确   
  •                         //异或校验,逐个字节异或得到校验码   
  •                         byte checksum = 0;  
  •                         for (int i = 0; i < len + 3; i++)//len+3表示校验之前的位置   
  •                         {  
  •                             checksum ^= buffer[i];  
  •                         }  
  •                         if (checksum != buffer[len + 3]) //如果数据校验失败,丢弃这一包数据   
  •                         {  
  •                             buffer.RemoveRange(0, len + 4);//从缓存中删除错误数据   
  •                             continue;//继续下一次循环   
  •                         }  
  •                         //至此,已经被找到了一条完整数据。我们将数据直接分析,或是缓存起来一起分析   
  •                         //我们这里采用的办法是缓存一次,好处就是如果你某种原因,数据堆积在缓存buffer中   
  •                         //已经很多了,那你需要循环的找到最后一组,只分析最新数据,过往数据你已经处理不及时   
  •                         //了,就不要浪费更多时间了,这也是考虑到系统负载能够降低。   
  •                         buffer.CopyTo(0, binary_data_1, 0, len + 4);//复制一条完整数据到具体的数据缓存   
  •                         data_1_catched = true;  
  •                         buffer.RemoveRange(0, len + 4);//正确分析一条数据,从缓存中移除数据。   
  •                     }  
  •                     else  
  •                     {  
  •                         //这里是很重要的,如果数据开始不是头,则删除数据   
  •                         buffer.RemoveAt(0);  
  •                     }  
  •                 }  
  •                 //分析数据   
  •                 if (data_1_catched)  
  •                 {  
  •                     //我们的数据都是定好格式的,所以当我们找到分析出的数据1,就知道固定位置一定是这些数据,我们只要显示就可以了   
  •                     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; }));  
  •                 }  
  •                 //如果需要别的协议,只要扩展这个data_n_catched就可以了。往往我们协议多的情况下,还会包含数据编号,给来的数据进行   
  •                 //编号,协议优化后就是: 头+编号+长度+数据+校验   
  •                 //</协议解析>   
  •                 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////   
  •                 builder.Clear();//清除字符串构造器的内容   
  •                 //因为要访问ui资源,所以需要使用invoke方式同步ui。   
  •                 this.Invoke((EventHandler)(delegate  
  •                 {  
  •                     //判断是否是显示为16禁止   
  •                     if (checkBoxHexView.Checked)  
  •                     {  
  •                         //依次的拼接出16进制字符串   
  •                         foreach (byte b in buf)  
  •                         {  
  •                             builder.Append(b.ToString("X2") + " ");  
  •                         }  
  •                     }  
  •                     else  
  •                     {  
  •                         //直接按ASCII规则转换成字符串   
  •                         builder.Append(Encoding.ASCII.GetString(buf));  
  •                     }  
  •                     //追加的形式添加到文本框末端,并滚动到最后。   
  •                     this.txGet.AppendText(builder.ToString());  
  •                     //修改接收计数   
  •                     labelGetCount.Text = "Get:" + received_count.ToString();  
  •                 }));  
  •             }  
  •             finally  
  •             {  
  •                 Listening = false;//我用完了,ui可以关闭串口了。   
  •             }  
  •         }  
  •         private void buttonOpenClose_Click(object sender, EventArgs e)  
  •         {  
  •             //根据当前串口对象,来判断操作   
  •             if (comm.IsOpen)  
  •             {  
  •                 Closing = true;  
  •                 while (Listening) Application.DoEvents();  
  •                 //打开时点击,则关闭串口   
  •                 comm.Close();  
  •             }  
  •             else  
  •             {  
  •                 //关闭时点击,则设置好端口,波特率后打开   
  •                 comm.PortName = comboPortName.Text;  
  •                 comm.BaudRate = int.Parse(comboBaudrate.Text);  
  •                 try  
  •                 {  
  •                     comm.Open();  
  •                 }  
  •                 catch(Exception ex)  
  •                 {  
  •                     //捕获到异常信息,创建一个新的comm对象,之前的不能用了。   
  •                     comm = new SerialPort();  
  •                     //现实异常信息给客户。   
  •                     MessageBox.Show(ex.Message);  
  •                 }  
  •             }  
  •             //设置按钮的状态   
  •             buttonOpenClose.Text = comm.IsOpen ? "Close" : "Open";  
  •             buttonSend.Enabled = comm.IsOpen;  
  •         }  
  •         //动态的修改获取文本框是否支持自动换行。   
  •         private void checkBoxNewlineGet_CheckedChanged(object sender, EventArgs e)  
  •         {  
  •             txGet.WordWrap = checkBoxNewlineGet.Checked;  
  •         }  
  •         private void buttonSend_Click(object sender, EventArgs e)  
  •         {  
  •             //定义一个变量,记录发送了几个字节   
  •             int n = 0;  
  •             //16进制发送   
  •             if (checkBoxHexSend.Checked)  
  •             {  
  •                 //我们不管规则了。如果写错了一些,我们允许的,只用正则得到有效的十六进制数   
  •                 MatchCollection mc = Regex.Matches(txSend.Text, @"(?i)[/da-f]{2}");  
  •                 List<byte> buf = new List<byte>();//填充到这个临时列表中   
  •                 //依次添加到列表中   
  •                 foreach (Match m in mc)  
  •                 {  
  •                     buf.Add(byte.Parse(m.Value, System.Globalization.NumberStyles.HexNumber));  
  •                 }  
  •                 //转换列表为数组后发送   
  •                 comm.Write(buf.ToArray(), 0, buf.Count);  
  •                 //记录发送的字节数   
  •                 n = buf.Count;  
  •             }  
  •             else//ascii编码直接发送   
  •             {  
  •                 //包含换行符   
  •                 if (checkBoxNewlineSend.Checked)  
  •                 {  
  •                     comm.WriteLine(txSend.Text);  
  •                     n = txSend.Text.Length + 2;  
  •                 }  
  •                 else//不包含换行符   
  •                 {  
  •                     comm.Write(txSend.Text);  
  •                     n = txSend.Text.Length;  
  •                 }  
  •             }  
  •             send_count += n;//累加发送字节数   
  •             labelSendCount.Text = "Send:" + send_count.ToString();//更新界面   
  •         }  
  •         private void buttonReset_Click(object sender, EventArgs e)  
  •         {  
  •             //复位接受和发送的字节数计数器并更新界面。   
  •             send_count = received_count = 0;  
  •             labelGetCount.Text = "Get:0";  
  •             labelSendCount.Text = "Send:0";  
  •         }  
  •     }  
  • }  

 

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