摘要
在使用SerialPort进行串口协议解析过程中，经常遇到接收单帧协议数据串口接收事件多次触发，协议解析麻烦的问题。针对此情况，基于开源跨平台串口类库SerialPortStrem进行了进一步封装，实现了一种接收超时响应事件机制，简化串口通讯的使用。
引言
最近，写了一篇博文《.net core跨平台应用研究-串口篇》得到了一些园友的好评，文中介绍了在跨平台应用研究过程中，在dotnet core下使用SerialPort类库在linux下不能支持的踩坑经历及解决办法。
因网上关于SerialPort类库使用的相关文章较多，在该文中，对串口类库的使用，一笔带过。但在实际使用，使用过SerialPort类库的同学，可能遇到过在数据接收时，由于数据接收事件的触发具有不确定性，很多时候，一帧通讯协议数据，会多次触发，造成程序处理协议数据较为麻烦的问题。
为简化串口通讯类库的使用，笔者结合自己的相关经验，封装了一个自定义增强型跨平台串口类库，以解决一帧协议数据，多次触发的问题。
基础类库的选择
由于考虑的是跨平台应用，SerialPort类库并不支持linux系统（在前一篇文章中已介绍过踩坑经历），笔者选用了SerialPortStream类库进行封装。
该类库支持windows系统和Linux系统，但在Linux系统下运行，需要额外编译目标平台支持库并进行相关环境配置。
相关编译配置说明在https://github.com/jcurl/SerialPortStream已有介绍，也可参考本人的拙作《.net core跨平台应用研究-串口篇》
类库的实现
创建跨平台类库
为了支持跨平台，我们使用Visual Studio 2017创建一个基于.NET Standard的类库。
NET Standard是一项API规范，每一个特定的版本，都定义了必须实现的基类库。
.NET Core是一个托管框架，针对构建控制台、云、ASP.NET Core和UWP应用程序进行了优化。
每一种托管实现（如.NET Core、.NET Framework或Xamarin）都必须遵循.NET Standard实现基类库（BCL）。
关于NET Standard和跨平台的详细说明在此：
//www.jb51.net/article/234699.htm
笔者也不再啰嗦呵。
实现机制/条件
通常串口通讯中，发送数据后，会有一段时间用于等待接收方应答，如此一来，两次数据发送之间，必然会有一定的时间间隔。如ModbusRTU协议就规定，两次数据报文发送之间，需要等待超过发送4个字节以上的间隔时间。
笔者在单片机以及实时性较高的嵌入式系统中，为处理串口接收与协议的无关性，通常采用数据帧接收超时来处理数据帧的接收。根据串口通讯的速率计算出两次通讯之间所需要超时间隔，取两倍超时间隔时间作为超时参数，每接收到一个字节，将数据放入缓冲区并进行计时，当最后一个字节的接收时间超过超时时间，返回接收数据并清空缓存，一次完整接收完成（DMA接收方式不在此讨论）。
.net core跨平台实现
在自定义的串口类中，订阅基础串口类数据接收事件，在接收事件每次触发后，读出当前可用的缓冲数据到自定义缓冲区，同时，标记最后接收时间Tick为当前系统Tick。判断是否开启了接收超时处理线程，如未开启，则开启一个接收超时处理线程。
接收超时处理线程中，以一个较小的时间间隔进行判断，如果最后接收时间与当前时间之间的间隔小于设置值（默认128ms），休眠一段时间（默认16ms）后循环检查。如间隔时间大于设定值，触发外部接收订阅事件，传出接收到的数据，退出超时处理线程。
此处应有流程图。呵呵，懒得画了，大家自行脑补吧。 ^_^
在windows系统或linux系统中，因系统的多任务处理的特性，系统实时性较差，通常50ms以下时间间隔的定时任务，较大程度会出现不可靠的情况（任务执行时间都有可能超过调用间隔时间）。
因此，默认超时时间间隔设置为128ms。也可根据实际使用情况调整，但最小间隔不宜低于64ms。
注：此处为个人经验和理解，如不认同，请直接忽视。
主要代码
串口接收事件代码：
protected void Sp_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{
int canReadBytesLen = 0;
if (ReceiveTimeoutEnable)
{
while (sp.BytesToRead > 0)
{
canReadBytesLen = sp.BytesToRead;
if (receiveDatalen + canReadBytesLen > BufSize)
{
receiveDatalen = 0;
throw new Exception("Serial port receives buffer overflow!");
}
var receiveLen = sp.Read(recviceBuffer, receiveDatalen, canReadBytesLen);
if (receiveLen != canReadBytesLen)
{
receiveDatalen = 0;
throw new Exception("Serial port receives exception!");
}
//Array.Copy(recviceBuffer, 0, receivedBytes, receiveDatalen, receiveLen);
receiveDatalen += receiveLen;
lastReceiveTick = Environment.TickCount;
if (!TimeoutCheckThreadIsWork)
{
TimeoutCheckThreadIsWork = true;
Thread thread = new Thread(ReceiveTimeoutCheckFunc)
{
Name = "ComReceiveTimeoutCheckThread"
};
thread.Start();
}
}
}
else
{
if (ReceivedEvent != null)
{
// 获取字节长度
int bytesNum = sp.BytesToRead;
if (bytesNum == 0)
return;
// 创建字节数组
byte[] resultBuffer = new byte[bytesNum];
int i = 0;
while (i < bytesNum)
{
// 读取数据到缓冲区
int j = sp.Read(recviceBuffer, i, bytesNum - i);
i += j;
}
Array.Copy(recviceBuffer, 0, resultBuffer, 0, i);
ReceivedEvent(this, resultBuffer);
//System.Diagnostics.Debug.WriteLine("len " + i.ToString() + " " + ByteToHexStr(resultBuffer));
}
//Array.Clear (receivedBytes,0,receivedBytes.Length );
receiveDatalen = 0;
}
}接收超时处理线程代码：
/// <summary>
/// 超时返回数据处理线程方法
/// </summary>
protected void ReceiveTimeoutCheckFunc()
{
while (TimeoutCheckThreadIsWork)
{
if (Environment.TickCount - lastReceiveTick > ReceiveTimeout)
{
if (ReceivedEvent != null)
{
byte[] returnBytes = new byte[receiveDatalen];
Array.Copy(recviceBuffer, 0, returnBytes, 0, receiveDatalen);
ReceivedEvent(this, returnBytes);
}
//Array.Clear (receivedBytes,0,receivedBytes.Length );
receiveDatalen = 0;
TimeoutCheckThreadIsWork = false;
}
else
Thread.Sleep(16);
}
}创建.net core控制台程序
为验证我们的类库是否能够正常工作，我们创建一个使用类库的.net core控制台程序。
为啥选择dotnet core,原因很简单，跨平台。本程序分别需在windows和linux系统下进行运行测试。
- 显示系统信息（系统标识、程序标识等）
- 列举系统可用串口资源
- 选择串口
- 打开串口/关闭串口
- 串口测试（打开/发送/关闭）
static void Main(string[] args)
{
SetLibPath();
ShowWelcome();
GetPortNames();
ShowPortNames();
if (serailports.Length == 0)
{
Console.WriteLine($"Press any key to exit");
Console.ReadKey();
return;
}
#if RunIsService
RunService();
#endif
bool quit = false;
while (!quit)
{
Console.WriteLine("\r\nPlease Input command Key\r\n");
Console.WriteLine("p:Show SerialPort List");
Console.WriteLine($"t:Test Uart:\"{selectedComPort}\"");
Console.WriteLine($"o:Open Uart:\"{selectedComPort}\"");
Console.WriteLine($"c:Close Uart:\"{selectedComPort}\"");
Console.WriteLine("n:select next serial port");
Console.WriteLine("q:exit app");
Console.WriteLine();
var key = Console.ReadKey().KeyChar;
Console.WriteLine();
switch (key)
{
case (Char)27:
case 'q':
case 'Q':
quit = true;
break;
case 's':
ShowWelcome();
break;
case 'p':
ShowPortNames();
break;
case 'n':
SelectSerialPort();
break;
case 't':
TestUart(selectedComPort);
break;
case 'w':
TestWinUart(selectedComPort);
break;
case 'o':
OpenUart(selectedComPort);
break;
case 'c':
CloseUart();
break;
}
}
}笔者使用类库是直接引用类库项目，大家需要使用的话，可在解决方案资源管理器中，项目的依赖项上点击右键
在NuGet包管理器中，搜索SerialPort或flyfire即可找到并安装本类库。
类库地址
类库地址：https://www.nuget.org/packages/flyfire.CustomSerialPort
跨平台测试
Windows测试输出界面
ubuntu测试输出界面
源码地址
类库源码与例程地址：https://github.com/flyfire-cn/flyfire.CustomSerialPort
有需要的同学，请自行获取。
到此这篇关于.Net Core应用增强型跨平台串口类库CustomSerialPort()的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持编程网。
