System.IO.Ports.SerialPort 和多线程答案

【问题标题】：System.IO.Ports.SerialPort and MultithreadingSystem.IO.Ports.SerialPort 和多线程
【发布时间】：2010-11-01 16:45:26
【问题描述】：

我有一些 SerialPort 代码经常需要从串行接口（例如 COM1）读取数据。但这似乎是 CPU 密集型的，如果用户移动窗口或向窗口显示大量数据（例如通过串行线路接收的字节），那么通信就会混乱。

考虑以下代码：

void port_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
{

byte[] buffer = new byte[port.ReadBufferSize];

var count = 0;

try
{
    count = port.Read(buffer, 0, buffer.Length);
}
catch (Exception ex)
{
    Console.Write(ex.ToString());
}

if (count == 0)
    return;

//Pass the data to the IDataCollector, if response != null an entire frame has been received


var response = collector.Collect(buffer.GetSubByteArray(0, count));

if (response != null)
{
    this.OnDataReceived(response);
}

需要收集代码，因为数据流是恒定的并且必须针对（帧/数据包）分析数据。

    port = new SerialPort();

    //Port configuration code here...

    this.collector = dataCollector;

    //Event handlers
    port.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(port_DataReceived);
    port.Open();

如果没有用户交互并且没有任何内容添加到窗口中，这很好用，但是一旦有交互，沟通就会变得一团糟。发生超时等......

例如，这会搞砸一切：

Dispatcher.BeginInvoke(new Action(() =>
{
  var builder = new StringBuilder();
  foreach (var r in data)
  {
      builder.AppendFormat("0x{0:X} ", r);
  }


  builder.Append("\n\n");

  txtHexDump.AppendText(builder.ToString());

  txtHexDump.ScrollToEnd();


}),System.Windows.Threading.DispatcherPriority.ContextIdle);
});

但即使是对 log4net 的简单调用也会导致问题。

是否有优化 SerialPort 通信的最佳实践或者有人可以告诉我我做错了什么......

更新：

如果以上没有多大意义。我做了一个非常简单（也很愚蠢）的小例子：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var server = new BackgroundWorker();
        server.DoWork += new DoWorkEventHandler(server_DoWork);
        server.RunWorkerAsync();

        var port = new SerialPort();
        port.PortName = "COM2";
        port.Open();
        string input = "";

        Console.WriteLine("Client on COM2: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        while (input != "/quit")
        {
            input = Console.ReadLine();
            if (input != "/quit")
            {
                var data = ASCIIEncoding.ASCII.GetBytes(input);
                port.Write(data, 0, data.Length);
            }
        }

        port.Close();
        port.Dispose();
    }

    static void server_DoWork(object sender, DoWorkEventArgs e)
    {
        Console.WriteLine("Listening on COM1: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        var port = new SerialPort();
        port.PortName = "COM1";
        port.Open();

        port.ReceivedBytesThreshold = 15;
        port.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(port_DataReceived);
    }

    static void port_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
    {
        var port = (SerialPort)sender;
        int count = 0;
        byte[] buffer = new byte[port.ReadBufferSize];
        count = ((SerialPort)sender).Read(buffer, 0, buffer.Length);

        string echo = ASCIIEncoding.ASCII.GetString(buffer,0,count);
        Console.WriteLine("-->{1} {0}", echo, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    }
}

结果可能如下所示：

在 COM1 上监听：6 COM2 上的客户端：10 这是我发送的一些示例数据 ---> 6 这是我发送的一些示例数据

所以从端口读取数据发生在主线程上......

这可能是导致我的问题的部分原因吗？

【问题讨论】：

最后一段代码在哪里调用？ “数据”变量从何而来？
当 IDataCollector 引发事件以指示它收集了一整帧数据时，将调用上面的代码。它在 WPF 窗口中。但是，即使您在 IDataTransportServer 或 IDataCollector 实现的代码中添加 log.Warn(".....") 语句，SerialCommunication 也会被搞砸......“数据”只是我们从串行线路中读取的内容： buffer.GetSubByteArray(0, count)
几乎任何代码都会导致串行通信出错...

标签： c# .net performance serial-port

【解决方案1】：

我很惊讶没有人发现这一点。 SerialPort 类在使用 DataReceived 事件时使用自己的线程。这意味着，例如，如果订阅者正在访问任何 Form 元素，则必须使用 Invoke 或 BeginInvoke 方法来访问。否则，您最终会进行跨线程操作。在旧版本的 .net 中，这会随着不可预知的行为（取决于 PC 中的 CPU 内核）而被忽视，而在更高版本中，应该会引发异常。

【讨论】：

+1，虽然我不确定这是否能回答问题，但它是过去让我有点痛苦的重要信息。

【解决方案2】：

您的最后一个结论，即事件在主线程上运行，可能不适用于 Windows 应用程序。不要在控制台中测试。

调整这个的正确方法是：

设置足够大的缓冲区，虽然通常最小4096就可以了
将 ReceivedBytesThreshold 设置为可容忍的最高值（并在 Open() 之前执行此操作）
在 Received 事件中尽可能少做，通过如果您需要更多时间，可以将数据发送到队列或 MemoryStream

【讨论】：

【解决方案3】：

您应该重写 port_DataReceived 过程以读取数据，直到 port.BytesToRead 大于零，如下所示：

private void port_DataReceived(object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)
{
        var port = (SerialPort)sender;
        while (port.BytesToRead > 0)
        {
            int byte_count = port.BytesToRead;
            byte[] buffer = new byte[byte_count];

            int read_count = port.Read(buffer, 0, byte_count);

            // PROCESS DATA HERE

        }
}

另外我建议你只在过程 port_DataReceived 的队列列表中插入数据，并在单独的线程中执行数据处理。

【讨论】：

等待，在 port_DataReceived() 函数或 port_DataReceived() 内部没有被调用？我在原始帖子中没有写几件重要的事情： - port_DataReceived 是回调函数，它在自己的线程中执行。每当有一些数据写入 COM 端口时都会调用它。但是如果新数据写入 COM 端口并且您仍然没有从先前的调用返回，即在函数内部处理数据，那么对 port_DataReceived 函数的调用可能会失败，因此在离开函数之前检查 port.BytesToRead 属性很重要.

【解决方案4】：

经典的解决方案是拥有一个 FIFO 缓冲区。确保 FIFO 的大小足以处理任何有大量输入且处理器块被占用的关键情况。

您甚至可以拥有一个 2 缓冲区系统：

--->|Reader|-->FIFO-->|Processor|--->FIFO2--->|Displayer|

【讨论】：