.Net Core应用增强型跨平台串口类库CustomSerialPort()详解

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SerialPodgXGVhWEFrt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。

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;                     TimeoutCheckThreadIsWwww.easck.comork = 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($"Press any key to exit");                 Console.ReadKey();                  return;             } #if RunIsService             RunService(); #endif              bool quit = false;             while (!quit)             {                 Console.WriteLine("rnPlease Input command Keyrn");                 Console.WriteLine("p:Show SerialPort List");                 Console.WriteLine($"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