基于.NET的RS—232高效串口調(diào)試程序設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：本程序利用.NET平臺、框架、多線程和數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)，實現(xiàn)對計算機(jī)RS-232串口的管理和操作，提供了對多RS-232串口和大數(shù)據(jù)流量的高效處理。該程序不僅具有常規(guī)串口調(diào)試程序的功能，還具有在系統(tǒng)底層和界面顯示等獨特的技術(shù)。對使用RS-232串口的工程人員提供了方便高效的工具。

關(guān)鍵詞：RS-232；.NET；多線程；數(shù)據(jù)緩沖；算法

中圖分類號：TP334.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 17-0000-02

RS-232串口是計算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議，大多數(shù)計算機(jī)包含兩個基于RS-232的串口，或通過PCI卡或USB擴(kuò)展串口數(shù)量。串口同時也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議。很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232串口。同時，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。在設(shè)備使用中經(jīng)常需要使用RS-232串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

.NET計劃是微軟繼推出DOS、Windows之后的又一個革命性的開發(fā)平臺。在整個.NET框架中提出了大量的新概念和新技術(shù)。具有：一致的編程模式、簡化了的編程模式、運行于多個平臺、支持多語言的綜合、自動資源管理、一致的出錯處理方式、安全性、XML和SOAP的引入、全新的編程語言C#。

所以采用.NET平臺設(shè)計和實現(xiàn)RS-232串口調(diào)試程序，不僅提高了開發(fā)效率，更增加了系統(tǒng)的安全性，并運用框架、多線程、數(shù)據(jù)緩沖和界面等技術(shù)提升程序效率。

1程序框架組成原理

該程序通過由Windows系統(tǒng)之上的.Net運行時提供運行環(huán)境，并通過框架的設(shè)計思想，對程序進(jìn)行了功能組件的設(shè)計。程序的框架組成原理如圖1。

串口調(diào)試程序主要由四部分組件組成：串口容器、串口創(chuàng)建管理界面、數(shù)據(jù)發(fā)送接收界面和數(shù)據(jù)存儲組件。串口容器提供了對多個串口同時管理的功能，并通過多線程的運用，能夠從容應(yīng)對串口在高速數(shù)據(jù)收發(fā)時的情況。串口創(chuàng)建管理界面提供方便快捷的操作，可對串口執(zhí)行新建、更改和刪除的操作。數(shù)據(jù)發(fā)送接收界面提供了顯示串口接收的數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的界面。數(shù)據(jù)存儲通過數(shù)據(jù)緩沖保存串口接收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

2 程序功能設(shè)計

2.1 串口容器設(shè)計

串口容器組件主要提供了一個統(tǒng)一管理已經(jīng)創(chuàng)建的串口的空間，并提供了多線程緩沖處理機(jī)制，能夠應(yīng)對多個串口的高速數(shù)據(jù)收發(fā)工作。包括的主要功能有：

（1）提供了創(chuàng)建、更改和釋放RS-232串口的接口函數(shù)；（2）對多個串口的數(shù)據(jù)接收并賦值相同的回調(diào)函數(shù)；（3）接收數(shù)據(jù)的多線程緩沖功能，并提供線程數(shù)量設(shè)置接口；（4）數(shù)據(jù)流量偵測功能。

2.2 串口創(chuàng)建管理界面設(shè)計

串口創(chuàng)建管理界面組件運行.NET GUI技術(shù)，通過快捷的操作和圖標(biāo)列表方式，提供用戶直觀和簡易的操作方式，主要包括的功能如下：

（1）計算機(jī)可用串口自動偵測；（2）新建串口功能（串口名、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗）；（3）單獨控制串口停止運行；（4）單獨修改串口配置；（5）刪除串口。

3 數(shù)據(jù)發(fā)送接收界面設(shè)計

數(shù)據(jù)發(fā)送接收界面分為兩部分內(nèi)容：數(shù)據(jù)接收顯示界面和發(fā)送界面。系統(tǒng)采用大比例的接收顯示區(qū)和錨定在主窗體底部的發(fā)送區(qū)，這種設(shè)計方式不僅有效的增加了顯示區(qū)的可視區(qū)域，也符合用戶常規(guī)軟件的操作習(xí)慣。包括的主要功能有：

（1）綜合和分頁顯示切換功能；（2）顯示接收時間；（3）顯示接收數(shù)據(jù)的通訊標(biāo)識；（4）十六進(jìn)制顯示接收數(shù)據(jù)；（5）可單獨或同時向多個串口發(fā)送數(shù)據(jù)；（6）發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)尾回車換行控制；（7）十六進(jìn)制發(fā)送數(shù)據(jù)；（8）發(fā)送數(shù)據(jù)自動記錄；（9）自動發(fā)送功能。

4 數(shù)據(jù)存儲設(shè)計

數(shù)據(jù)存儲組件主要使用數(shù)據(jù)緩沖機(jī)制和windows文本文件結(jié)構(gòu)，通過數(shù)據(jù)緩沖可以高效的接收大數(shù)據(jù)量的存儲，文本方式有利于用戶通過操作系統(tǒng)自帶的工具進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看。主要功能有：

（1）數(shù)據(jù)保存緩沖功能；（2）自動建立存儲目錄結(jié)構(gòu)；（3）自動保存接收數(shù)據(jù)；（4）數(shù)據(jù)另存功能。

5 程序?qū)崿F(xiàn)

5.1 主要算法設(shè)計

5.1.1串口容器多線程緩沖算法

串口容器多線程緩沖在整個串口調(diào)試程序中起到核心的作用，該處設(shè)計的是否高效性直接決定了整個程序的效率。在此處沒有采用.NET自帶的線程池，而是特別設(shè)計了適合本程序的線程池功能（DataThreadPool），在這個線程池基礎(chǔ)上并進(jìn)行了拓展，即增加了數(shù)據(jù)流量偵測功能。串口容器多線程類庫結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5.1.2 串口創(chuàng)建管理算法

串口創(chuàng)建管理算法建立新的可視化RS-232操作組件（CommItem）和組件容器（CommListPanel），并在容器中對新建RS-232操作組件進(jìn)行管理。通過在每一個RS-232操作組件上建立多個回調(diào)事件，該回調(diào)事件直接聯(lián)系到后臺的串口管理容器，并調(diào)用串口容器的相應(yīng)接口，完成整個事件的同步操作?？梢暬M件和容器類如圖3所示。

5.1.3 綜合和分頁顯示算法

綜合和分頁功能用于用戶方便快速的在綜合顯示和分頁顯示中進(jìn)行切換。綜合顯示在一個區(qū)域內(nèi)同時顯示所有RS-232串口接收到的數(shù)據(jù)，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)對比操作；分頁顯示在單獨的窗體中分別顯示每一個串口的數(shù)據(jù)。通過在數(shù)據(jù)接收緩沖時建立分支算法，當(dāng)切換開關(guān)時，就把數(shù)據(jù)流導(dǎo)向所設(shè)置的顯示區(qū)域內(nèi)（綜合區(qū)和分頁區(qū)）。兩個顯示區(qū)都通過算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動向前滾動，保證最新一條接收到的數(shù)據(jù)總是顯示在界面可視區(qū)域的底部。

5.1.4 數(shù)據(jù)存儲緩沖算法

由于本程序支持大批量RS-232串口的數(shù)據(jù)接收，所以當(dāng)有多個串口和大量數(shù)據(jù)被接收時，必須保證所接收到的數(shù)據(jù)能夠被有效的進(jìn)行存儲。在這里設(shè)計了數(shù)據(jù)緩沖池，在數(shù)據(jù)緩沖池內(nèi)保存了還沒有被處理的數(shù)據(jù)，并通過多個線程對數(shù)據(jù)緩沖池進(jìn)行輪詢操作，直至最后一條數(shù)據(jù)被存儲。該算法如圖4所示。

5.2 界面設(shè)計

整個界面的風(fēng)格采用藍(lán)色系，在windows界面組件上采用一致的顯示風(fēng)格，符合windows用戶的操作習(xí)慣。常規(guī)和重復(fù)的操作都采用按鈕的方式，方便用戶直接操作。程序主界面如圖5所示。

6 結(jié)論

RS-232串口是軟硬件開發(fā)人員經(jīng)常使用的計算機(jī)接口，該串口調(diào)試程序的設(shè)計與實現(xiàn)，在性能和使用方便性上都比已有的串口調(diào)試程序有較大提高。不僅在處理多串口和大數(shù)據(jù)流量時具有良好的性能，而且多種技術(shù)的應(yīng)用和界面組件也提供給用戶良好的使用體驗。

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