[连载]《C#通讯（串口和网络）框架的设计与实现》-4.设备驱动管理器的设计

目       录

第四章           设备驱动管理器的设计... 2

4.1           接口定义... 2

4.2           设备容器... 7

4.3           生成设备ID.. 7

4.4           对设备容器操作的互斥... 8

4.5           获得设备列表... 8

4.6           设备计数器的特殊用处... 8

4.7           小结... 10

第四章     设备驱动管理器的设计

设备驱动管理器是对IRunDevice设备驱动接口的管理，是框架重要的组成部分之一。不管设备驱动管理器怎么设计、以什么形式存在，在概念上肯定是存在的。设计好的设备驱动管理器对于框架平台的稳定运行至关重要。

在介绍设备驱动管理器之前，先简单介绍一下IO控制器（IIOController），它主要负责对IO和设备进行调度，并驱动设备运行，在《第5章 串口和网络的IO设计》进行详细的介绍。也就是说一个IO控制器可能会对应多个设备驱动（插件）。

早期的时候，每个IO控制器都有一个设备驱动管理器。在框架平台启动的时候，根据设备驱动的通讯参数把相应的设备驱动分配到相应的IO管理器；当IO参数发生变化的时候，会触发事件，把该设备驱动从当前IO控制器移动到另一个IO控制器。

从业务角度来考虑，这样做并没有什么问题，并且一直运行的很稳定。但是，从模块化、扩展性角度来考虑，不是太理想，如果在其他地方调用某一个设备驱动时，不能直接、很快的找到该设备驱动，必要遍历IO控制器再匹配相应的设备驱动，并且操作麻烦以及效率不高。

在对框架平台进行重构的时候，把该问题进行了重新考虑，并把相关联的问题一起解决。把每个IO控制器中的设备驱动管理器进行了整合，用一个设备驱动管理器来完成框架平台的协调工作。

这块涉及到的技术并不难，也很容易理解，但是在设计过程中需要注意一些细节问题，这些问题可能影响框架平台的稳定性。

4.1    接口定义

先定义一个接口（IDeviceManager<TKey, TValue>），确定设备驱动管理器都要完成什么功能，增加设备、删除设备、获得设备和列表、以及其他的功能。接口代码如下：

public interface IDeviceManager<TKey, TValue> : IEnumerable<TValue> where TValue : IRunDevice
{
       /// <summary>
       /// 新建设备的ID，且唯一
       /// </summary>
       /// <returns></returns>
       string BuildDeviceID();

       /// <summary>
       /// 增加设备
       /// </summary>
       /// <param name="key"></param>
       /// <param name="val"></param>
       void AddDevice(TKey key, TValue val);

       /// <summary>
       /// 删除设备
       /// </summary>
       /// <param name="key"></param>
       void RemoveDevice(TKey key);

       /// <summary>
       /// 移除所有设备
       /// </summary>
       void RemoveAllDevice();

       /// <summary>
       /// 获得值集合
       /// </summary>
       /// <returns></returns>
       List<TValue> GetValues();

       /// <summary>
       /// 获得关键字集合
       /// </summary>
       /// <returns></returns>
       List<TKey> GetKeys();

       /// <summary>
       /// 获得设备的ID和名称
       /// </summary>
       /// <returns></returns>
       Dictionary<int, string> GetDeviceIDAndName();

       /// <summary>
       /// 获得高优先运行设备
       /// </summary>
       /// <param name="vals"></param>
       /// <returns></returns>
       TValue GetPriorityDevice(TValue[] vals);

       /// <summary>
       /// 获得单个设备
       /// </summary>
       /// <param name="key"></param>
       /// <returns></returns>
       TValue GetDevice(TKey key);

       /// <summary>
       /// 获得设备数组
       /// </summary>
       /// <param name="para">IP或串口号</param>
       /// <param name="ioType">通讯类型</param>
       /// <returns></returns>
       TValue[] GetDevices(string para, CommunicationType ioType);

       /// <summary>
       /// 获得指定IP和工作模式的网络设备
       /// </summary>
       /// <param name="remoteIP"></param>
       /// <param name="workMode"></param>
       /// <returns></returns>
       TValue[] GetDevices(string remoteIP, WorkMode workMode);

       /// <summary>
       /// 获得指定工作模式的网络设备
       /// </summary>
       /// <param name="workMode"></param>
       /// <returns></returns>
       TValue[] GetDevices(WorkMode workMode);

       /// <summary>
       /// 获得设备数组
       /// </summary>
       /// <param name="ioType"></param>
       /// <returns></returns>
       TValue[] GetDevices(CommunicationType ioType);

       /// <summary>
       /// 按设备类型获得设备
       /// </summary>
       /// <param name="devType"></param>
       /// <returns></returns>
       TValue[] GetDevices(Device.DeviceType devType);

       /// <summary>
       /// 判断设备是否存在
       /// </summary>
       /// <param name="key"></param>
       /// <returns></returns>
       bool ContainDevice(TKey key);

       /// <summary>
       /// 根据输入参数，判断是否包括设备
       /// </summary>
       /// <param name="para">IP或串口号</param>
       /// <param name="ioType">设备通讯类型</param>
       /// <returns></returns>
       bool ContainDevice(string para, CommunicationType ioType);

       /// <summary>
       /// 设置用户级别
       /// </summary>
       /// <param name="userlevel"></param>
       void SetUserLevel(UserLevel userlevel);

       /// <summary>
      /// 设置是否注册
       /// </summary>
       /// <param name="isreg"></param>
       void SetIsRegLicense(bool isreg);

       /// <summary>
       /// 获得可用设备数
       /// </summary>
       int Count { get; }

       /// <summary>
       /// 获得设备的计数器的值
       /// </summary>
       /// <param name="key"></param>
       ///<returns></returns>
       int GetCounter(TKey key);

       /// <summary>
       /// 设置计数器的值
       /// </summary>
       /// <param name="key"></param>
       /// <param name="val"></param>
       void SetCounter(TKey key, int val);
}

4.2    设备容器

设备驱动管理器是对Dictionary<Key,Value>的封装，Key是设备驱动的ID，Value是IRunDevice设备驱动接口。设备驱动管理器需要跨线程应用，所以对Dictionary操作要加线程同步锁。

当时使用的是.NET Framework 2.0框架，没有ConcurrentDictionary(Of TKey, TValue)字典类，这个类的所有公共和受保护的成员都是线程安全的，使用原子性操作，适合多个线程之间同时使用。再重构时可以使用ConcurrentDictionary类代替Dictionary类，因为ConcurrentDictionary的所有操作使用到了Monitor线程同步类，不需要自己再进行封装。

不贴ConcurrentDictionary类的源代码了，具体使用参考MSDN。

4.3    生成设备ID

查寻设备驱动管理器中最大的设备ID，并在此基础上加1。这块代码很简单，

如下：

public string BuildDeviceID()
{
       if(_dic.Count>0)
       {
          int maxID=_dic.Max(d => d.Value.DeviceParameter.DeviceID);
          return (++maxID);
       }
       else
       {
              return 0;
       }
}

增加设备驱动是需要生成设备ID，一般采用手动增加设备驱动，所以在这块不需要加线程同步锁。

4.4    对设备容器操作的互斥

框架平台所有组件要共享设备驱动管理器，所以会涉及到跨线程应用，特别

是当集合发生改变的时候，可能会出现异常。例如：启动框架平台的时候，IO控制器已经启动，IO控制器从设备驱动管理器提取自己的设备列表，但是这时有可能还没有加载完设备驱动，当有新的设备驱动增加到设备驱动管理时，可能会引发冲突。

所以，在增加设备、删除设备和获得设备列表的时候增加了线程同步锁，例如：lock (_SyncLock)。

4.5    获得设备列表

有多个获得设备的构造函数（GetDevices），主要是满足不同的应用场景。

请参考“4.1接口定义”。

另外，获得高优先运行设备的GetPriorityDevice函数在上一章节已经介绍了。

4.6    设备计数器的特殊用处

在接口定义中有SetCounter和GetCounter两个函数，用在通讯过程中。

应用场景是这样的，在并发和自控通讯模式中，设备驱动一直处于在通讯正常的情况下，但是突然发生线路中断或其他原因导致无法接收到数据时，那么设备驱动一直无法接收到数据，也无法对通讯状态进行检测以及改变相应的数据信息，也就是说现实情况已经发生改变，但是设备驱动却无法得到响应。

为了防止这种情况的出现，设备驱动每次发送数据时，通过GetCounter函数获得当前设备驱动的计数器，对计数器（变量）+1操作，并通过SetCounter函数把计数器（变量）再写到设备驱动管理器中。在异常接收数据的时候，执行相同的流程，但是执行-1操作。如果一直发送数据，而没有接收到数据时，当前设备驱动的计数器就会一直在累加。如果大于等于某个值的时候，就会通过RunIODevice(new byte[]{})驱动当前设备，执行整个设备处理流程，二次开发的代码块就会被调用，来完成此类应用场景的状态改变和数据变化。代码如下：

int counter = DeviceManager.GetInstance().GetCounter(dev.DeviceParameter.DeviceID.ToString());
int sendNum = SessionSocketManager.GetInstance().Send(dev.DeviceParameter.NET.RemoteIP, data);
if (sendNum == data.Length && sendNum != 0)
{
       DeviceMonitorLog.WriteLog(dev.DeviceParameter.DeviceName, "发送请求数据");
       Interlocked.Increment(ref counter);
}
else
{
       Interlocked.Increment(ref counter);
       DeviceMonitorLog.WriteLog(dev.DeviceParameter.DeviceName, "尝试发送数据失败");
}
dev.ShowMonitorIOData(data, "发送");
if (counter >= 3)
{
       try
       {
              dev.RunIODevice(new byte[] { });
       }
       catch (Exception ex)
       {
              DeviceMonitorLog.WriteLog(dev.DeviceParameter.DeviceName, ex.Message);
              GeneralLog.WriteLog(ex);
       }
       Interlocked.Exchange(ref counter, 0);
}
DeviceManager.GetInstance().SetCounter(dev.DeviceParameter.DeviceID.ToString(), counter);

对于发送和接收数据会在不同的线程上完成，在对计数器（变量）进行+1和-1操作的时候使用到了Interlocked类，用于多个线程共享的变量提供原子操作，防止在多处理器上并行操作时可能引发的异常或数据遭到破坏。

4.7    小结

这样改造后，不仅可以在IO控制器对设备进行引用，也可以在其他组件使用。如果遇到类似的情况，希望使用ConcurrentDictionary类。

作者：唯笑志在

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