《连载 | 物联网框架ServerSuperIO教程》-4.如开发一套设备驱动，同时支持串口和网络通讯。附：将来支持Windows 10 IOT

1.C#跨平台物联网通讯框架ServerSuperIO（SSIO）介绍

《连载 | 物联网框架ServerSuperIO教程》1.4种通讯模式机制。

《连载 | 物联网框架ServerSuperIO教程》2.服务实例的配置参数说明

《连载 | 物联网框架ServerSuperIO教程》- 3.设备驱动介绍

 

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;
        /// <summary>
        /// 流量
        /// </summary>
        public float Flow
        {
            get { return _Flow; }
            set { _Flow = value; }
        }
        private float _Signal = 0.0f;
        /// <summary>
        /// 信号
        /// </summary>
        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 t)
        {
            throw new NotImplementedException();
        }

        public override byte[] Package<T> (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<T>(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<DevicePara>();
            }
            else
            {
                //如果参数文件不存在，则序列化一个文件
                _devicePara.Save<DevicePara>(_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<DeviceDyn>();
            }
            else
            {
                //如果参数文件不存在，则序列化一个文件
                _deviceDyn.Save<DeviceDyn>(_deviceDyn);
            }
        }
 
        public override byte[] GetConstantCommand()
        {
            return this.Protocol.DriverPackage<String>("0", "61", null);
        }
 
        public override void Communicate(ServerSuperIO.Communicate.IRequestInfo info)
        {
            Dyn dyn = this.Protocol.DriverAnalysis<String>("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>(_deviceDyn);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                OnDeviceRuningLog(ex.Message);
            }
        }

        public override void Show()
        {
            List<string> list=new List<string>();
            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《物联网框架ServerSuperIO教程-3.设备驱动介绍》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

 

1.[连载]《C#通讯（串口和网络）框架的设计与实现》

2.[开源]C#跨平台物联网通讯框架ServerSuperIO（SSIO）介绍

2.应用SuperIO（SIO）和开源跨平台物联网框架ServerSuperIO（SSIO）构建系统的整体方案

3.C#工业物联网和集成系统解决方案的技术路线（数据源、数据采集、数据上传与接收、ActiveMQ、Mongodb、WebApi、手机App）

5.ServerSuperIO开源地址：https://github.com/wxzz/ServerSuperIO

物联网&集成技术(.NET) QQ群：54256083