注:ServerSuperIO有可能被移植到Windows 10 IOT上,那么将来有可能开发一套设备驱动,可以支行在服务端、嵌入式设备中,将形成完整的解决方案。
现在已经调试通过部分代码,还得需要一段时间,一般都是晚上干,时间也有限。如下图:
目 录
4.如开发一套设备驱动,同时支持串口和网络通讯... 2
4.1 概述... 2
4.2 通讯协议规定... 2
4.2.1 发送读实时数据命令协议... 2
4.2.2 解析实时数据协议... 3
4.2.3 发送和接收数据事例... 3
4.3 开发设备驱动... 3
4.3.1 构建实时数据持久对象(不是必须)... 3
4.3.2 构建参数数据持久对象... 5
4.3.3 构建发送和解析协议命令对象... 5
4.3.4 构建协议驱动对象... 6
4.3.5 构建设备驱动对象... 8
4.4 构建宿主程序... 12
4.5 运行效果... 15
4.如开发一套设备驱动,同时支持串口和网络通讯
4.1 概述
作为物联网通讯框架,肯定要支持多种通讯链路,在多种通讯链路的基础上完成多种通讯协议的交互,例如:Modbus、自定义协议等等。但是,有一个问题:针对同一台硬件设备或传感器,完成串口和网络两种通讯方式的数据采集和控制,是否要分别写代码?如果从现实角度分析,同一硬件,它要完成的业务逻辑肯定是相同的,所以ServerSuperIO物联网框架,允许开发一套设备驱动,同时支持串口和网络两种通讯方式的交互。
通讯很简单、交互很简单、业务很简单……如果把很多简单的问题合在一起,那么就变得不简单了,所以要有一个框架性的东西,重新把众多问题变得简单。
4.2 通讯协议规定
在完成一个设备驱动的开发之前,首先要知道它的通讯协议,好比两个人交流的语言一样。针对通讯协议,我们自定义一个简单交互方式,只是发送命令,提取数据信息。
4.2.1 发送读实时数据命令协议
计算机发送0x61指令为读实时数据命令,共发送6个字节,校验和为从“从机地址”开始的累加和,不包括“数据报头”、“校验和”和“协议结束”。
发送指令数据帧如下:
帧结构 | 数据报头 | 从机地址 | 指令代码 | 校验和 | 协议结束 | |
0x55 | 0xAA |
| 0x61 |
| 0x0D | |
字节数 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
4.2.2 解析实时数据协议
下位机接收到读实时数据命令后,并校验成功,返回实时数据,校验和为从“从机地址”开始的累加和,不包括“数据报头”、“校验和”和“协议结束”。
接收数据帧如下:
帧结构 | 数据报头 | 从机地址 | 指令代码 | 流量 | 信号 | 校验和 | 协议结束 | |
0x55 | 0xAA |
| 0x61 | 浮点型 | 浮点型 |
| 0x0D | |
字节数 | 1 | 1 | 1 | 1 | 4 |
4 | 1 | 1 |
4.2.3 发送和接收数据事例
发送(十六进制):0x55 0xaa 0x00 0x61 0x61 0x0d
接收(十六进制):0x55 0xaa 0x00 0x61 0x43 0x7a 0x00 0x00 0x43 0xb4 0x15 0x0d
流量数据为:250.00
信号数据为:360.00
4.3 开发设备驱动
4.3.1 构建实时数据持久对象(不是必须)
1.通过返回数据的通讯协议,有流量和信号两个动态变量,我们需要创建一个动态对象实体类,主要用于协议驱动与设备驱动之间的数据交互。代码如下:
public class Dyn{ private float _Flow = 0.0f; ////// 流量 /// public float Flow { get { return _Flow; } set { _Flow = value; } } private float _Signal = 0.0f; ////// 信号 /// public float Signal { get { return _Signal; } set { _Signal = value; } }}
2.我们主要的工作是要创建一个实时数据持久对象类,实时缓存数据信息,也可以把该实时数据信息保存到数据库中或其他存储媒质。实时数据持久对象类的代码如下:
public class DeviceDyn:DeviceDynamic{ public DeviceDyn() : base() { Dyn=new Dyn(); } public override string GetAlertState() { throw new NotImplementedException("无报警信息"); } public override object Repair() { return new DeviceDyn(); } public Dyn Dyn { get; set; }}
DeviceDyn 类继承自DeviceDynamic,因为每个硬件设备的报警信息有可能不一样,所以GetAlertState函数可以实该功能,但是SSIO框架并没有直接引用;这个类本质上是一个可以序列化,在不加互斥的情况下可能造成文件损坏,所以Repair可以完成修复功能,在DeviceDynamic基类里实现了该功能;另外,实现DeviceDynamic基类自带两个函数,Save函数用于持久化(序列化)此类的信息,Load用于获得(反序列化)此类的信息,在设备驱动中可以使用。
4.3.2 构建参数数据持久对象
一般来说硬件设备会有读参数的命令,那么返回来的参数也需要进行持久化存储,并且每台设备的参数都可能不一样,在此提供一个可扩展的接口。在这个通讯协议中并没有涉及到设备参数相关的协议说明,但是我们也需要创建一个参数数据持久对象类,可以不写任何扩展的参数属性,在SSIO框架对参数的接口进行了引用,这是必须进行了工作。代码如下:
public class DevicePara:ServerSuperIO.Device.DeviceParameter{ public override object Repair() { return new DevicePara(); }}
DevicePara继承自DeviceParameter类,情况与实时数据持久对象类似,可以参数。
4.3.3 构建发送和解析协议命令对象
与设备进行交互会涉及到很多交互式的命令或指令代码,而这些命令在SSIO框架内是以协议命令对象的形式存在,大体包括三个部:执行命令接口、打包发送数据接口、解析接收数据接口等。
针对上面的通讯协议,有一个61指令,那么我们就可以根据61指令为命名构建一个协议命令对象,包括发送数据和解析数据部分。如果有其他命令代码,举一反三。代码如下:
internal class DeviceCommand:ProtocolCommand{ public override string Name { get { return "61"; } } public override void ExcuteCommand(T t) { throw new NotImplementedException(); } public override byte[] Package (string code, T1 t1,T2 t2) { //发送: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 (byte[] data, T t) { Dyn dyn = new Dyn() //一般下位机是单片的话,接收到数据的高低位需要互换,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; }}
构建协议命令需要全部继承自ProtocolCommand,根据通讯协议规定,Name属性返回61,作为关键字;Package是打包要送的数据信息;Analysis对应着接收数据之后进行解析操作。就这样一个简单的协议命令驱动就构建完成了。
4.3.4 构建协议驱动对象
有了协议命令之后,我们需要构建协议驱动对象,SSIO框架支持自定义协议也在于此,并且与设备驱动的接口相关联,在SSIO框架的高级应用中也进行了引用,构建这引对象很关键。代码如下:
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 协议驱动继承自ProtocolDriver ,一个设备驱动只存在一个协议驱动,一个协议驱动可以存在多个协议命令(如61命令)。该类中的CheckData函数很关键,SSIO框架中的设备驱动基类引用了,主要是完成校验接收数据的完事性,是否符合协议,从而决定了通讯状态:通讯正常、通讯中断、通讯干扰、以及通讯未知,不同的通讯状态也决定了调用设备驱动中的哪个函数接口:Communicate、CommunicateInterrupt、CommunicateError和CommunicateNone。
4.3.5 构建设备驱动对象
上边的基础工作都做完之后,现在就构建设备驱动的核心部分,也就是SSIO框架与设备驱动对接、协调、调度的唯一接口,写完这个接口,设备驱动就可以在SSIO上直接运行了,并且与硬件设备进行交互。直接上代码:
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); //初始化设备参数信息 _devicePara.DeviceID = devid;//设备的ID必须先赋值,因为要查找对应的参数文件。 if (System.IO.File.Exists(_devicePara.SavePath)) { //如果参数文件存在,则获得参数实例 _devicePara = _devicePara.Load(); } else { //如果参数文件不存在,则序列化一个文件 _devicePara.Save (_devicePara); } //初始化设备实时数据信息 _deviceDyn.DeviceID = devid;//设备的ID必须先赋值,因为要查找对应的实时数据文件。 if (System.IO.File.Exists(_deviceDyn.SavePath)) { //参数文件存在,则获得参数实例 _deviceDyn = _deviceDyn.Load (); } else { //如果参数文件不存在,则序列化一个文件 _deviceDyn.Save (_deviceDyn); } } public override byte[] GetConstantCommand() { return this.Protocol.DriverPackage ("0", "61", null); } public override void Communicate(ServerSuperIO.Communicate.IRequestInfo info) { Dyn dyn = this.Protocol.DriverAnalysis ("61", info.Data, null); if (dyn != null) { _deviceDyn.Dyn = dyn; } OnDeviceRuningLog("通讯正常"); } public override void CommunicateInterrupt(ServerSuperIO.Communicate.IRequestInfo info) { OnDeviceRuningLog("通讯中断"); } public override void CommunicateError(ServerSuperIO.Communicate.IRequestInfo info) { OnDeviceRuningLog("通讯干扰"); } public override void CommunicateNone() { OnDeviceRuningLog("通讯未知"); } public override void Alert() { return; } public override void Save() { try { _deviceDyn.Save (_deviceDyn); } catch (Exception ex) { OnDeviceRuningLog(ex.Message); } } public override void Show() { List list=new List (); list.Add(_devicePara.DeviceName); list.Add(_deviceDyn.Dyn.Flow.ToString()); list.Add(_deviceDyn.Dyn.Signal.ToString()); OnDeviceObjectChanged(list.ToArray()); } public override void UnknownIO() { OnDeviceRuningLog("未知通讯接口"); } public override void CommunicateStateChanged(ServerSuperIO.Communicate.CommunicateState comState) { OnDeviceRuningLog("通讯状态改变"); } public override void ChannelStateChanged(ServerSuperIO.Communicate.ChannelState channelState) { OnDeviceRuningLog("通道状态改变"); } public override void Exit() { OnDeviceRuningLog("退出设备"); } public override void Delete() { OnDeviceRuningLog("删除设备"); } 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(); } }}
实时动态数据对象_deviceDyn、参数数据对象_devicePara、协议驱动对象_protocol分别提供给接口:DeviceDynamic、DeviceParameter和Protocol,为SSIO提供可引用的基础属性参数。
Initialize是设备驱动初始化的函数接口,在这个接口完成两个主要工作:初始化协议驱动和参数性的信息。通过this.Protocol.InitDriver(this.GetType(),null);代码可以加载所有协议命令到协议驱动的缓存中,以便实时调用。当然这里边也可以进行其他方面的工作,但是注意对异常的处理。
DeviceType这个是设备的类型,一般指定为Common就好了。其他函数接口功能已经在《》中详细介绍了,请参考。
4.4 构建宿主程序
一个简单的设备驱动就已经开发好了,光有驱动还不行,那么我们基于SSIO框架再写几行代码,完成一个宿主程序,把设备驱动实例化,放SSIO的服务实例中运行,完成串口和网络两种方式的通讯交互,代码也非常简单。代码如下:
class Program{ static void Main(string[] args) { DeviceDriver dev1 = new DeviceDriver(); dev1.DeviceParameter.DeviceName = "串口设备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 = "网络设备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 = "服务实例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("断开:{0}-{1} 成功", ip, port)); } private static void server_SocketConnected(string ip, int port) { Console.WriteLine(String.Format("连接:{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 + ",删除:" + isSuccess.ToString()); } }}
这个代码大家都能看明白,具体的控制模式我们接下来会一一介绍。在构建宿主程序的时候,切忌对服务实例这样引用:server.ChannelManager、server.ControllerManager、server.DeviceManager。尽管提供了这样的接口,主要是为了SSIO框架内部使用的,不需要我们单独去操作这些接口。有的网友是这样的写的,那么就变成了一个纯的通信IO框架,那么就失去了SSIO框架本身的价值。作为二次开发者,只需要设置设备驱动的参数,以及向服务实例中增加或删除设备就行了,其他所有的运行全部交给SSIO框架来完成。
4.5 运行效果
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5.ServerSuperIO开源地址:
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