C# 串口二進製協議數據解析範例
例如:AA 44 05 01 02 03 04 05 EA
這裏我假設的一條數(shù)據,協議如(rú)下:
數據頭: AA 44
數據長度(dù): 05
數據正文: 01 02 03 04 05
校驗(yàn): EA
一般數據的校驗(yàn),都會采(cǎi)用常用的方(fāng)式,CRC16,CRC32,Xor。
有的數據安全要(yào)求高的,不允許丟包的,可能還要加入重發機製或是加(jiā)入數據恢複算法(fǎ),在校驗後根據(jù)前(qián)麵數據添加恢複字節流以恢複數據。我這裏采用的是簡單的異或校驗,包含數據(jù)頭的所有字節,依次異或得到的(de)。
協(xié)議很簡單,我也認為分(fèn)析協議是很簡單的事情,下麵我們就(jiù)如何分析協議來實際的結合c#看(kàn)一下。
在我們實際開始編(biān)碼之前,還有一個規則需要了解,我們有了通訊(xùn)協議(yì),如何結合串口的(de)協議來分析(xī),需(xū)要關心什麽呢?哦(ò)。一般就是4個問(wèn)題:緩存收到的所有數據,找到一條完整數據,分析數據,界麵通知。
如果分的更詳細一點,緩存收到(dào)的所有數據,我(wǒ)們想到高效的辦法就是順序表,也就(jiù)是數組,但數組的操作比較複雜,當你使(shǐ)用完一條數據(jù)後,用過的需要移除;新數據如(rú)果過多的時候,緩存過大需(xū)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(chū)些(xiē)莫名其妙的小問(wèn)題。個人建議,使用List,內部(bù)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(jīng)做的很完善了(le)。不會出現什麽小問題。
找到一條完整(zhěng)數據,如(rú)何找到完整數據呢?就我們例子的這個協議,首先(xiān)在緩存的數據中找AA 44,當我(wǒ)們找到(dào)後,探測(cè)後麵(miàn)的字節,發現是05,然後(hòu)看緩存剩下的數據是否足夠,不足夠就不用判斷,減少時(shí)間消(xiāo)耗,如果剩餘(yú)數據>=6個(gè)(包含1個字節的校驗),我們就算一個校驗,看和*後的(de)校驗是否一致。
分析數據:鑒於網絡的開放性,我無法確定(dìng)讀者對(duì)c#的(de)了解程度,介紹一下,常用的方式就是BitConvert.ToInt32這一係列的方法,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(lèi)型轉換後進行值拷貝,vb6下使用CopyMemory這個api。
校驗:前(qián)麵說過了。完整性判斷的時候需要和校驗對比(bǐ),大多係統都不(bú)太嚴格,不支持(chí)重(chóng)發(fā),所以數據錯誤就(jiù)直接丟棄。導致數據錯誤的原因很多,比如電磁幹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。這些軟件因素數據係統錯誤(wù),需要修改,但是電磁幹擾麽(me),有這個可能(néng)的。雖然很少。
下麵是支持協議分析(協議不(bú)能配置,可配置的協議不是我們討論的範疇(chóu)。可以(yǐ)看看有DFA(確定性有限狀態機))
using System; 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複的創建,定義到外麵。 private long received_count = 0;//接收計數 private long send_count = 0;//發送計(jì)數 private bool Listening = false;//是否沒有執行(háng)完invoke相關操作 private bool Closing = false;//是否正在關閉串口(kǒu),執行Application.DoEvents,並阻止再次invoke private Listbuffer = new List(4096);//默認(rèn)分配1頁內存(cún),並始終限製(zhì)不(bú)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(chuāng)體(tǐ)初始化 private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) { //初(chū)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(gēn)據實際情況吧。 //添加事(shì)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(xiàn)程的一次循環 try { Listening = true;//設置標記,說明(míng)我已經開始處理數據,一會兒要使用係統UI的(de)。 int n = comm.BytesToRead;//先記錄下來,避免某種原因(yīn),人(rén)為的原因,操作幾次之(zhī)間時間長,緩存(cún)不一致 byte[] buf = new byte[n];//聲明一個臨時數組存(cún)儲當前來的串口數據 received_count += n;//增加接收計數 comm.Read(buf, 0, n);//讀取緩衝數據 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //<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(pàn)斷 while (buffer.Count >= 4)//至(zhì)少要包含頭(2字節)+長度(1字節)+校驗(yàn)(1字節) { //請(qǐng)不要擔心使用>=,因(yīn)為>=已經和(hé)>,<,=一樣,是獨立操(cāo)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(huǎn)存數據是否有一條數據(jù)的字節,如果不夠,就不用費勁的做其他驗證了 //前麵已(yǐ)經限定了剩餘長度>=4,那我們這裏一定(dìng)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(bù),長度是否足夠 //len是數據段長(zhǎng)度,4個字節是while行注釋的3部分長度 if (buffer.Count < len + 4) break;//數(shù)據不夠的時候什麽都不做 //這裏確保(bǎo)數據長度足夠(gòu),數據頭標誌找到,我們開始計算校驗(yàn) //2.3 校驗數據,確認數(shù)據正(zhèng)確 //異或(huò)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(de)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(xù)下一次循環 } //至此,已(yǐ)經(jīng)被找到了一條完整數據。我們將數據直(zhí)接分析,或是緩存起來一起分析 //我們這裏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(le),那你需要循環的找(zhǎo)到*後一組,隻(zhī)分析*新數據,過往數據你已經處理不(bú)及時 //了,就不(bú)要浪費更多時間(jiān)了,這也是考慮(lǜ)到係統負載能夠降低。 buffer.CopyTo(0, binary_data_1, 0, len + 4);//複製一(yī)條完整(zhěng)數據(jù)到具體的數據緩存 data_1_catched = true; buffer.RemoveRange(0, len + 4);//正確分析一(yī)條數據,從緩(huǎn)存中移除數據。 } else { //這裏是很重要的,如(rú)果數據開始不是頭,則刪除(chú)數據 buffer.RemoveAt(0); } } //分析數據 if (data_1_catched) { //我們的(de)數據都是定好格式的,所以當(dāng)我們找到分析出的數(shù)據1,就知道(dào)固定位置一定是這些數據,我們隻要顯示就可以了 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"); //更新界麵 this.Invoke((EventHandler)(delegate { txData.Text = data; })); } //如果需要別的協議,隻要擴展這個data_n_catched就可以(yǐ)了(le)。往往我們協(xié)議多(duō)的情況下,還會(huì)包含(hán)數據編號,給來的數據進行 //編號,協(xié)議優化後就是(shì): 頭+編號+長度+數據+校驗 // ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// builder.Clear();//清除字符串構造器的內(nèi)容(róng) //因為要訪(fǎng)問ui資源,所以(yǐ)需(xū)要使用invoke方式同(tóng)步ui。 this.Invoke((EventHandler)(delegate { //判斷是否是顯示為16禁止 if (checkBoxHexView.Checked) { //依次的拚接出16進製字(zì)符串 foreach (byte b in buf) { builder.Append(b.ToString("X2") + " "); } } else { //直接按ASCII規則轉換成(chéng)字符串 builder.Append(Encoding.ASCII.GetString(buf)); } //追加的形(xíng)式添加到(dào)文本框末(mò)端,並滾動到*後(hòu)。 this.txGet.AppendText(builder.ToString()); //修改接收計數 labelGetCount.Text = "Get:" + received_count.ToString(); })); } finally { Listening = false;//我用完了(le),ui可以關閉串口了。 } } private void buttonOpenClose_Click(object sender, EventArgs e) { //根據(jù)當前串(chuàn)口(kǒu)對象,來判斷操作 if (comm.IsOpen) { Closing = true; while (Listening) Application.DoEvents(); //打開時點擊(jī),則關閉串口 comm.Close(); } else { //關閉時(shí)點擊,則設置(zhì)好端口,波特率後打開 comm.PortName = comboPortName.Text; comm.BaudRate = int.Parse(comboBaudrate.Text); try { comm.Open(); } catch(Exception ex) { //捕(bǔ)獲到異常信息,創建一個新(xīn)的comm對象,之前(qián)的不能用了。 comm = new SerialPort(); //現(xiàn)實異常信息(xī)給客(kè)戶(hù)。 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(chí)自動(dòng)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(biàn)量,記錄發(fā)送了幾個字節 int n = 0; //16進製發送 if (checkBoxHexSend.Checked) { //我們不管規則了。如(rú)果寫錯了一些,我們(men)允許的,隻用正則得到有效(xiào)的十六進製數 MatchCollection mc = Regex.Matches(txSend.Text, @"(?i)[/da-f]{2}"); Listbuf = new List();//填充到這(zhè)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(biǎo)為(wéi)數組後發送 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(bāo)含換行(háng)符(fú) { comm.Write(txSend.Text); n = txSend.Text.Length; } } send_count += n;//累加發送字節數 labelSendCount.Text = "Send:" + send_count.ToString();//更新界麵 } private void buttonReset_Click(object sender, EventArgs e) { //複位接受和發送的字(zì)節數計數器並(bìng)更新界麵。 send_count = received_count = 0; labelGetCount.Text = "Get:0"; labelSendCount.Text = "Send:0"; } } }
至此,隻要按這個協(xié)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(chū)你的數據內容,我們現在是直接顯示為:
01 02 03 04 05
也就是實際(jì)的(de)數據段內容。
我們(men)在回顧一下,一般(bān)二(èr)進製格式數據就是這樣分析,分析數據長(zhǎng)度(dù)是否足夠,找到數據(jù)頭,數據長度,校驗(yàn),然後分析。
分析方式很多。結合各(gè)自實際情況操作,可以使用序列(liè)化方式,但是wince不支持,也(yě)可以用BitConvert方(fāng)式將連續的字(zì)節讀取為(wéi)某(mǒu)個類型的變量。
DataReceived事件中,*高效的做法是指緩存數據,然後(hòu)異步的去分(fèn)析數據。但(dàn)是,這樣較複雜(zá),在效率要求不是很高的情況下(大多(duō)數情況),可以在DataReceived事件中緩存數據後,立刻進行數據完整性(xìng)檢查,有效(xiào)性檢查,分析數據,以及(jí)更新界麵。但這麽做(zuò)有一個隱(yǐn)患,底層串口操作的效率依賴於數據(jù)分析和界麵更新,任何一個(gè)環節頻繁耗時過長,都會造成數據的堆積。本文隻假設都不拖時(shí)間的情況。各位小朋友(yǒu), 希望本文對您(nín)有幫助, 感謝關注WONGLOVE!
- 上一篇:Unity3D協程Coroutine解(jiě)析 2019/1/9
- 下一篇:簡單的IK骨骼動畫IK解算方法 2018/11/15