陳容華 李方方

摘 要：文章提出了在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程中廣泛應(yīng)用的集網(wǎng)絡(luò)通信與RS232串口通信等綜合信道通信管理器的功能需求，敘述了該通信管理器既可以作為通信服務(wù)器，又可以作為局域網(wǎng)前端通信控制器的具體工作模式，給出了該通信管理器的設(shè)計(jì)思路和具體實(shí)現(xiàn)方法，并描述了個(gè)部分的執(zhí)行流程。

關(guān)鍵詞：多線程；網(wǎng)絡(luò)通信；串口通信；.Net；C#

隨著互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，各種與之相應(yīng)的新技術(shù)和新應(yīng)用層出不窮。但歸根到底，所有的應(yīng)用都是基于對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行和狀態(tài)信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)及在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。在當(dāng)前的實(shí)際工程項(xiàng)目中，需要有這樣一類通信前置服務(wù)器，即可以與后臺(tái)客戶端進(jìn)行通信，充當(dāng)前端通信服務(wù)器，接收并處理來自這些客戶端的各類請(qǐng)求。另一方面，這種通信服務(wù)器又需要作為客戶端，與作為服務(wù)器端的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行相連，這類通信管理器廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和信息傳輸系統(tǒng)中。目前工程上開發(fā)的這類通信管理器都與具體的項(xiàng)目直接關(guān)聯(lián)，也就是與具體系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約直接關(guān)聯(lián)，這一類系統(tǒng)應(yīng)用較好的通信控制器往往不能方便地移植到其他系統(tǒng)，嚴(yán)重制約了其推廣應(yīng)用[1]。本文敘述設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種通用型的通信管理器的思路和方法，這種通信管理器將具體的數(shù)據(jù)通信規(guī)約與通信服務(wù)進(jìn)行徹底分離，確保開發(fā)出的通信管理器更加具有通用性。涉及實(shí)現(xiàn)的通信服務(wù)器可接入不同類型的客戶端，盡管這些客戶端采用不同的通信技術(shù)，本通信服務(wù)器都能夠?yàn)檫@些不同類型的客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

該通信管理器系統(tǒng)基于TCP/IP通信協(xié)議，使用較為成熟的開發(fā)平臺(tái)Visual studio IDE。圍繞提供了多種屬性和操作函數(shù)的Microsoft WinSocket控件及串口空間來編寫代碼，同時(shí)考慮系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性，運(yùn)用了多線程技術(shù)。

1 功能需求

前置通信服務(wù)器功能要求如下：（1）接收來自經(jīng)授權(quán)的客戶端的連接請(qǐng)求，與客戶端建立TCP連接。（2）接收來自客戶端的數(shù)據(jù)報(bào)文，存儲(chǔ)、顯示并實(shí)時(shí)處理這些報(bào)文。（3）將這些報(bào)文通過各類接口（串口或Can總線等）轉(zhuǎn)發(fā)給有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。（4）接收現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的有關(guān)設(shè)備的上傳的各類報(bào)文信息，并將此報(bào)文信息進(jìn)行存儲(chǔ)處理，同時(shí)回傳給客戶端[2]。

2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 RS232通信實(shí)現(xiàn)

通信管理器的RS232通信部分使用了C#提供的SerialPort控件來實(shí)現(xiàn)對(duì)串口通信過程進(jìn)行控制。該控件的命名空間為System.IO.Ports。

實(shí)際編程實(shí)現(xiàn)時(shí)，除需要設(shè)置這些屬性參數(shù)外，還需要調(diào)用SerialPort控件的常用函數(shù)。

SerialPort控件的常用事件為DataReceived，用該函數(shù)直接處理SerialPort 對(duì)象的數(shù)據(jù)接收事件。

系統(tǒng)啟動(dòng)后，將首先初始化串口，設(shè)置串口號(hào)（支持多個(gè)串口同時(shí)通信）、通信波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位。然后調(diào)用open函數(shù)打開串口。當(dāng)串口SerialPort控件偵聽到有數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)DataReceived事件，啟動(dòng)數(shù)據(jù)接收函數(shù)，將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)字節(jié)都入到一個(gè)數(shù)組中，然后通過該其他通信方式轉(zhuǎn)發(fā)到后臺(tái)客戶機(jī)中，并將這些通信報(bào)文存儲(chǔ)在本地日志文件中。

2.2 Socket控件類

本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信基于TCP/IP協(xié)議，一般此類協(xié)議實(shí)現(xiàn)的基本流程為：首先在服務(wù)器端新建一個(gè)通信套接字，服務(wù)器處于等待監(jiān)聽狀態(tài)，但服務(wù)器端serverSocket并不定位具體的客戶端socket，而是實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。當(dāng)客戶端的某個(gè)連接套接字clientSocket向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求（其目標(biāo)是服務(wù)器的serverSocket）時(shí)，clientSocket必須知道serverSocket的地址和端口號(hào)，發(fā)出連接請(qǐng)求。當(dāng)服務(wù)器socket監(jiān)聽到或者是收到客戶端socket的連接請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器就立即響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求（有時(shí)可根據(jù)安全需要，拒絕客戶端的連接請(qǐng)求），建立一個(gè)新的Socket，把服務(wù)器Socket發(fā)送給客戶端，一旦客戶端確認(rèn)連接，則連接建立。上述流程的實(shí)現(xiàn)都通過事件觸發(fā)產(chǎn)生。

由于前置通信服務(wù)器既需要為后臺(tái)客戶端提供接入服務(wù)，同時(shí)需要請(qǐng)求連接現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備，因此，本系統(tǒng)同時(shí)具備服務(wù)器和客戶機(jī)雙重通信功能，無疑增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要思想為：利用C#控件為服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)客戶機(jī)進(jìn)行通信，而通過創(chuàng)建若干個(gè)Socket對(duì)象來與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備（作為服務(wù)端，處在偵聽狀態(tài)，IP地址與端口號(hào)已知）進(jìn)行連接。

為此，在通信服務(wù)器上，設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，如50 ms，定時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是否上線，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上線后，由于這些設(shè)備IP地址是固定的，通信服務(wù)器將循環(huán)掃描每個(gè)設(shè)備的上線狀態(tài)，并對(duì)未連接成功的遠(yuǎn)端發(fā)起連接，如果檢測(cè)到連接成功狀態(tài)，將這些套接字放入一個(gè)Socket隊(duì)列中[3]。

程序執(zhí)行中，當(dāng)某一Socket有數(shù)據(jù)輸入時(shí)，啟動(dòng)觸發(fā)事件，在DataArrival函數(shù)中讀入網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)，放入某一隊(duì)列，由其他進(jìn)程進(jìn)行處理。

2.3 Tcplistener類與多線程

通信服務(wù)器需要對(duì)后臺(tái)管理機(jī)進(jìn)行通信，此時(shí)，又要將它設(shè)置成服務(wù)模式，為此，需采用多線程技術(shù)。正好在C#中，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信，提供了一個(gè)專門的類Tcplistener，這個(gè)類是對(duì)Socket Tcp協(xié)議封裝的接口，更便于用戶的開發(fā)。利用Tcplistenner類的各類函數(shù)，編程要點(diǎn)描述如下。

（1）建立Tcp監(jiān)聽器TcpListener對(duì)象。

TcpListener serverListenner = new TcpListener （IPAddress.Any， IPAddr，Port）；

其中IPAddress.Any是固定參數(shù)，IPAddr為本服務(wù)器的IP地址，Port為端口號(hào)。

（2）調(diào)用serverListenner對(duì)象的Start函數(shù)啟動(dòng)偵聽。此時(shí)，新建一個(gè)新的線程tNetClient，定義為客戶端連接線程，并且啟動(dòng)該線程。具體代碼如下。

listener.Start（）；

tNetClient = new Thread（AcceptClient）；

tNetClient.IsBackground = true；

tNetClient.Start（）；

（3）當(dāng)有客戶端連接進(jìn)來，執(zhí)行客戶端連接線程，具體代碼如下。

private void AcceptClient（）{

while （true）

{

TcpClient thisClient = listener.AcceptTcpClient（）；

winSocketClients.Add（thisClient）；

}

}

（4）通過Socket的Receive方法獲取客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)

byte [] resData = new byte[2048]；

int kLen = s.Receive（resData）；

（5）通過Socket的Send方法向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)

byte[] sendData=System.Text.Encoding.Default.GetBytes（“text”）；

mySocket .Send（sendData）；

程序?qū)⒍〞r(shí)掃描各個(gè)連接套接字，如有遠(yuǎn)程端點(diǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)，則啟動(dòng)接受程序，讀入數(shù)據(jù)，并存入緩存中，待其他線程處理。

3 結(jié)語

本文針對(duì)既需要為多個(gè)后臺(tái)工作站提供通信服務(wù)，又要同時(shí)接入多個(gè)遠(yuǎn)程服務(wù)器的需求，設(shè)計(jì)出符合功能需求的綜合通信管理器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用了各類控件技術(shù)和多線程編程技術(shù)。并用C#編程語言，實(shí)現(xiàn)了最終的系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]尹圣雨.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[3]邢彥辰.數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[4]Chenjx2014.RS-232通信程序設(shè)計(jì)[EB/OL].（2017-03-09）[2018-12-24].https：//blog.csdn.net/haitaolang/article/details/60956456.