作為物聯網通訊框架，肯定要支持多種通訊鏈路，在多種通訊鏈路的基礎上完成多種通訊協議的交互，例如：Modbus、自定義協議等等。但是，有一個問題：針對同一臺硬體設備或感測器，完成串口和網路兩種通訊方式的數據採集和控制，是否要分別寫代碼？如果從現實角度分析，同一硬體，它要完成的業務邏輯肯定是相同的，所以... ...
1.C#跨平臺物聯網通訊框架ServerSuperIO（SSIO）介紹
《連載 | 物聯網框架ServerSuperIO教程》1.4種通訊模式機制。
《連載 | 物聯網框架ServerSuperIO教程》2.服務實例的配置參數說明
《連載 | 物聯網框架ServerSuperIO教程》- 3.設備驅動介紹
註：ServerSuperIO有可能被移植到Windows 10 IOT上，那麼將來有可能開發一套設備驅動，可以支行在服務端、嵌入式設備中，將形成完整的解決方案。
現在已經調試通過部分代碼，還得需要一段時間，一般都是晚上乾，時間也有限。如下圖：
目 錄
4.如開發一套設備驅動，同時支持串口和網路通訊... 2
4.1 概述... 2
4.2 通訊協議規定... 2
4.2.1 發送讀實時數據命令協議... 2
4.2.2 解析實時數據協議... 3
4.2.3 發送和接收數據事例... 3
4.3 開發設備驅動... 3
4.3.1 構建實時數據持久對象（不是必須）... 3
4.3.2 構建參數數據持久對象... 5
4.3.3 構建發送和解析協議命令對象... 5
4.3.4 構建協議驅動對象... 6
4.3.5 構建設備驅動對象... 8
4.4 構建宿主程式... 12
4.5 運行效果... 15
4.如開發一套設備驅動，同時支持串口和網路通訊
4.1 概述
作為物聯網通訊框架，肯定要支持多種通訊鏈路，在多種通訊鏈路的基礎上完成多種通訊協議的交互，例如：Modbus、自定義協議等等。但是，有一個問題：針對同一臺硬體設備或感測器，完成串口和網路兩種通訊方式的數據採集和控制，是否要分別寫代碼？如果從現實角度分析，同一硬體，它要完成的業務邏輯肯定是相同的，所以ServerSuperIO物聯網框架，允許開發一套設備驅動，同時支持串口和網路兩種通訊方式的交互。
通訊很簡單、交互很簡單、業務很簡單……如果把很多簡單的問題合在一起，那麼就變得不簡單了，所以要有一個框架性的東西，重新把眾多問題變得簡單。
4.2 通訊協議規定
在完成一個設備驅動的開發之前，首先要知道它的通訊協議，好比兩個人交流的語言一樣。針對通訊協議，我們自定義一個簡單交互方式，只是發送命令，提取數據信息。
4.2.1 發送讀實時數據命令協議
電腦發送0x61指令為讀實時數據命令，共發送6個位元組，校驗和為從“從機地址”開始的累加和，不包括“數據報頭”、“校驗和”和“協議結束”。
發送指令數據幀如下：
|
幀結構 |
數據報頭 |
從機地址 |
指令代碼 |
校驗和 |
協議結束 |
|
|
0x55 |
0xAA |
|
0x61 |
|
0x0D |
|
|
位元組數 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
4.2.2 解析實時數據協議
下位機接收到讀實時數據命令後，並校驗成功，返回實時數據，校驗和為從“從機地址”開始的累加和，不包括“數據報頭”、“校驗和”和“協議結束”。
接收數據幀如下：
|
幀結構 |
數據報頭 |
從機地址 |
指令代碼 |
流量 |
信號 |
校驗和 |
協議結束 |
|
|
0x55 |
0xAA |
|
0x61 |
浮點型 |
浮點型 |
|
0x0D |
|
|
位元組數 |
1 |
1 |
1 |
1 |
4 |
4 |
1 |
1 |
4.2.3 發送和接收數據事例
發送（十六進位）：0x55 0xaa 0x00 0x61 0x61 0x0d
接收（十六進位）：0x55 0xaa 0x00 0x61 0x43 0x7a 0x00 0x00 0x43 0xb4 0x15 0x0d
流量數據為：250.00
信號數據為：360.00
4.3 開發設備驅動
4.3.1 構建實時數據持久對象（不是必須）
1.通過返回數據的通訊協議，有流量和信號兩個動態變數，我們需要創建一個動態對象實體類，主要用於協議驅動與設備驅動之間的數據交互。代碼如下：
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>
/// 信號
/// </summary>
public float Signal
{
get { return _Signal; }
set { _Signal = value; }
}
}
2.我們主要的工作是要創建一個實時數據持久對象類，實時緩存數據信息，也可以把該實時數據信息保存到資料庫中或其他存儲媒質。實時數據持久對象類的代碼如下：
public class DeviceDyn:DeviceDynamic
{
public DeviceDyn() : base()
{
Dyn=new Dyn();
}
public override string GetAlertState()
{
throw new NotImplementedException("無報警信息");
}
public override object Repair()
{
return new DeviceDyn();
}
public Dyn Dyn { get; set; }
}
DeviceDyn 類繼承自DeviceDynamic，因為每個硬體設備的報警信息有可能不一樣，所以GetAlertState函數可以實該功能，但是SSIO框架並沒有直接引用；這個類本質上是一個可以序列化，在不加互斥的情況下可能造成文件損壞，所以Repair可以完成修複功能，在DeviceDynamic基類里實現了該功能；另外，實現DeviceDynamic基類自帶兩個函數，Save函數用於持久化（序列化）此類的信息，Load用於獲得（反序列化）此類的信息，在設備驅動中可以使用。
4.3.2 構建參數數據持久對象
一般來說硬體設備會有讀參數的命令，那麼返回來的參數也需要進行持久化存儲，並且每台設備的參數都可能不一樣，在此提供一個可擴展的介面。在這個通訊協議中並沒有涉及到設備參數相關的協議說明，但是我們也需要創建一個參數數據持久對象類，可以不寫任何擴展的參數屬性，在SSIO框架對參數的介面進行了引用，這是必須進行了工作。代碼如下：
public class DevicePara:ServerSuperIO.Device.DeviceParameter
{
public override object Repair()
{
return new DevicePara();
}
}
DevicePara繼承自DeviceParameter類，情況與實時數據持久對象類似，可以參數。
4.3.3 構建發送和解析協議命令對象
與設備進行交互會涉及到很多互動式的命令或指令代碼，而這些命令在SSIO框架內是以協議命令對象的形式存在，大體包括三個部：執行命令介面、打包發送數據介面、解析接收數據介面等。
針對上面的通訊協議，有一個61指令，那麼我們就可以根據61指令為命名構建一個協議命令對象，包括發送數據和解析數據部分。如果有其他命令代碼，舉一反三。代碼如下：
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)
{
//發送：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()
//一般下位機是單片的話，接收到數據的高低位需要互換，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;
}
}
構建協議命令需要全部繼承自ProtocolCommand，根據通訊協議規定，Name屬性返回61，作為關鍵字；Package是打包要送的數據信息；Analysis對應著接收數據之後進行解析操作。就這樣一個簡單的協議命令驅動就構建完成了。
4.3.4 構建協議驅動對象
有了協議命令之後，我們需要構建協議驅動對象，SSIO框架支持自定義協議也在於此，並且與設備驅動的介面相關聯，在SSIO框架的高級應用中也進行了引用，構建這引對象很關鍵。代碼如下：
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 協議驅動繼承自ProtocolDriver ，一個設備驅動只存在一個協議驅動，一個協議驅動可以存在多個協議命令（如61命令）。該類中的CheckData函數很關鍵，SSIO框架中的設備驅動基類引用了，主要是完成校驗接收數據的完事性，是否符合協議，從而決定了通訊狀態：通訊正常、通訊中斷、通訊干擾、以及通訊未知，不同的通訊狀態也決定了調用設備驅動中的哪個函數介面：Communicate、CommunicateInterrupt、CommunicateError和CommunicateNone。
4.3.5 構建設備驅動對象
上邊的基礎工作都做完之後，現在就構建設備驅動的核心部分，也就是SSIO框架與設備驅動對接、協調、調度的唯一介面，寫完這個介面，設備驅動就可以在SSIO上直接運行了，並且與硬體設備進行交互。直接上代碼：
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);
//初始化設備參數信息
_devicePara.DeviceID = devid;//設備的ID必須先賦值，因為要查找對應的參數文件。
if (System.IO.File.Exists(_devicePara.SavePath))
{
//如果參數文件存在，則獲得參數實例
_devicePara = _devicePara.Load<DevicePara>();
}
else
{
//如果參數文件不存在，則序列化一個文件
_devicePara.Save<DevicePara>(_devicePara);
}
//初始化設備實時數據信息
_deviceDyn.DeviceID = devid;//設備的ID必須先賦值，因為要查找對應的實時數據文件。
if (System.IO.File.Exists(_deviceDyn.SavePath))
{
//參數文件存在，則獲得參數實例
_deviceDyn = _deviceDyn.Load<DeviceDyn>();
}
else
{
//如果參數文件不存在，則序列化一個文件
_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("通訊正常");
}
public override void CommunicateInterrupt(ServerSuperIO.Communicate.IRequestInfo info)
{
OnDeviceRuningLog("通訊中斷");
}
public override void CommunicateError(ServerSuperIO.Communicate.IRequestInfo info)
{
OnDeviceRuningLog("通訊干擾");
}
public override void CommunicateNone()
{
OnDeviceRuningLog("通訊未知");
}
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("未知通訊介面");
}
public override void CommunicateStateChanged(ServerSuperIO.Communicate.CommunicateState comState)
{
OnDeviceRuningLog("通訊狀態改變");
}
public override void ChannelStateChanged(ServerSuperIO.Communicate.ChannelState channelState)
{
OnDeviceRuningLog("通道狀態改變");
}
public override void Exit()
{
OnDeviceRuningLog("退出設備");
}
public override void Delete()
{
OnDeviceRuningLog("刪除設備");
}
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(); }
}
}
實時動態數據對象_deviceDyn、參數數據對象_devicePara、協議驅動對象_protocol分別提供給介面：DeviceDynamic、DeviceParameter和Protocol，為SSIO提供可引用的基礎屬性參數。
Initialize是設備驅動初始化的函數介面，在這個介面完成兩個主要工作：初始化協議驅動和參數性的信息。通過this.Protocol.InitDriver(this.GetType(),null);代碼可以載入所有協議命令到協議驅動的緩存中，以便實時調用。當然這裡邊也可以進行其他方面的工作，但是註意對異常的處理。
DeviceType這個是設備的類型，一般指定為Common就好了。其他函數介面功能已經在《物聯網框架ServerSuperIO教程-3.設備驅動介紹》中詳細介紹了，請參考。
4.4 構建宿主程式
一個簡單的設備驅動就已經開發好了，光有驅動還不行，那麼我們基於SSIO框架再寫幾行代碼，完成一個宿主程式，把設備驅動實例化，放SSIO的服務實例中運行，完成串口和網路兩種方式的通訊交互，代碼也非常簡單。代碼如下：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
DeviceDriver dev1 = new DeviceDriver();
dev1.DeviceParameter.DeviceName = "串口設備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 = "網路設備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 = "服務實例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("斷開：{0}-{1} 成功", ip, port));
}
private static void server_SocketConnected(string ip, int port)
{
Console.WriteLine(String.Format("連接：{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 + ",刪除:" + isSuccess.ToString());
}
}
}
這個代碼大家都能看明白，具體的控制模式我們接下來會一一介紹。在構建宿主程式的時候，切忌對服務實例這樣引用：server.ChannelManager、server.ControllerManager、server.DeviceManager。儘管提供了這樣的介面，主要是為了SSIO框架內部使用的，不需要我們單獨去操作這些介面。有的網友是這樣的寫的，那麼就變成了一個純的通信IO框架，那麼就失去了SSIO框架本身的價值。作為二次開發者，只需要設置設備驅動的參數，以及向服務實例中增加或刪除設備就行了，其他所有的運行全部交給SSIO框架來完成。
4.5 運行效果
2.[開源]C#跨平臺物聯網通訊框架ServerSuperIO（SSIO）介紹
2.應用SuperIO（SIO）和開源跨平臺物聯網框架ServerSuperIO（SSIO）構建系統的整體方案
3.C#工業物聯網和集成系統解決方案的技術路線（數據源、數據採集、數據上傳與接收、ActiveMQ、Mongodb、WebApi、手機App）
5.ServerSuperIO開源地址：https://github.com/wxzz/ServerSuperIO
物聯網&集成技術(.NET) QQ群：54256083
