编写上位机与下位机通信的时候,涉及到协议的转换,比较多会使用到二进制。传统的方法,是将数据整体获取到byte数组中,然后逐字节对数据进行解析。这样操作工作量比较大,对于较长数据段更容易计算位置出错。

其实,对于下位机给出通讯的数据结构的情况下,可以直接使用C#的struct将数据直接转换。需要使用到Marshal

数据结构

假定下位机(C语言编写)给到我们的数据结构是这个,传输方式为小端方式

typedef struct {
unsigned long int time; // 4个字节
float tmpr[3]; // 4*3 个字节
float forces[6]; // 4*6个字节
float distance[6]; // 4*6个字节
} dataItem_t;

方法1

首先需要定义一个struct:

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Size = 64, Pack = 1)]
public struct HardwareData
{
//[FieldOffset(0)]
public UInt32 Time; // 4个字节
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 3)]
//[FieldOffset(4)]
public float[] Tmpr; // 3* 4个字节
//[FieldOffset(16)]
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6)]
public float[] Forces; // 6* 4个字节
//[FieldOffset(40)]
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6)]
public float[] Distance; // 6*4个字节
}

然后使用以下代码进行转换

// code from https://stackoverflow.com/questions/628843/byte-for-byte-serialization-of-a-struct-in-c-sharp/629120#629120
/// <summary>
/// converts byte[] to struct
/// </summary>
public static T RawDeserialize<T>(byte[] rawData, int position)
{
int rawsize = Marshal.SizeOf(typeof(T));
if (rawsize > rawData.Length - position)
throw new ArgumentException("Not enough data to fill struct. Array length from position: " + (rawData.Length - position) + ", Struct length: " + rawsize);
IntPtr buffer = Marshal.AllocHGlobal(rawsize);
Marshal.Copy(rawData, position, buffer, rawsize);
T retobj = (T)Marshal.PtrToStructure(buffer, typeof(T));
Marshal.FreeHGlobal(buffer);
return retobj;
} /// <summary>
/// converts a struct to byte[]
/// </summary>
public static byte[] RawSerialize(object anything)
{
int rawSize = Marshal.SizeOf(anything);
IntPtr buffer = Marshal.AllocHGlobal(rawSize);
Marshal.StructureToPtr(anything, buffer, false);
byte[] rawDatas = new byte[rawSize];
Marshal.Copy(buffer, rawDatas, 0, rawSize);
Marshal.FreeHGlobal(buffer);
return rawDatas;
}

注意这里我使用的方式为LayoutKind.Sequential,如果直接使用LayoutKind.Explicit并设置FieldOffset会弹出一个诡异的错误System.TypeLoadException:“Could not load type 'ConsoleApp3.DataItem' from assembly 'ConsoleApp3, Version=1.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=null' because it contains an object field at offset 4 that is incorrectly aligned or overlapped by a non-object field.”

方法2

提示是对齐的错误,这个和编译的时候使用的32bit和64位是相关的,详细数据封送对齐的操作我不就详细说了,贴下代码。

//强制指定x86编译
[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 64, Pack = 1)]
public struct DataItem
{
[MarshalAs(UnmanagedType.U4)]
[FieldOffset(0)]
public UInt32 time; // 4个字节
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 3, ArraySubType = UnmanagedType.R4)]
[FieldOffset(4)]
public float[] tmpr; // 3* 4个字节
[FieldOffset(16)]
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6, ArraySubType = UnmanagedType.R4)]
public float[] forces; // 6* 4个字节
[FieldOffset(40)]
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValArray, SizeConst = 6, ArraySubType = UnmanagedType.R4)]
public float[] distance; // 6*4个字节
}

强制指定x64编译没有成功,因为数据对齐后和从下位机上来的数据长度是不符的。

方法3

微软不是很推荐使用LayoutKind.Explicit,如果非要用并且不想指定平台的话,可以使用指针来操作,当然,这个需要unsafe

var item = RawDeserialize<DataItem>(tail.ToArray(), 0);
unsafe
{
float* p = &item.forces;
for (int i = 0; i < 6; i++)
{
Console.WriteLine(*p);
p++;
}
} [StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 64, Pack = 1)]
public struct DataItem
{
[FieldOffset(0)]
public UInt32 time; // 4个字节
[FieldOffset(4)]
public float tmpr; // 3* 4个字节
[FieldOffset(16)]
public float forces; // 6* 4个字节
[FieldOffset(40)]
public float distance; // 6*4个字节
}

方法4

感觉写起来还是很麻烦,既然用上了unsafe,就干脆直接一点。

[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public unsafe struct DataItem
{
public UInt32 time; // 4个字节
public fixed float tmpr[3]; // 3* 4个字节
public fixed float forces[6]; // 6* 4个字节
public fixed float distance[6]; // 6*4个字节
}

这样,获得数组可以直接正常访问,不再需要unsafe了。

总结

数据解析作为上下位机通讯的常用操作,使用struct直接转换数据可以大大简化工作量。建议还是使用LayoutKind.Sequential来进行封送数据,有关于数据在托管与非托管中的转换,可以详细看看微软有关互操作的内容。

以上代码在.NET 5.0下编译通过并能正常执行。

补充

注意上面的前提要求是字节序为小端字节序(一般计算机都是小端字节序),对于大端字节序发送过来的数据,需要进行字节序转换。我找到一处代码写的很好:

//CODE FROM https://stackoverflow.com/a/15020402
public static class FooTest
{
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct Foo2
{
public byte b1;
public short s;
public ushort S;
public int i;
public uint I;
public long l;
public ulong L;
public float f;
public double d;
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 10)]
public string MyString;
} [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct Foo
{
public byte b1;
public short s;
public ushort S;
public int i;
public uint I;
public long l;
public ulong L;
public float f;
public double d;
[MarshalAs(UnmanagedType.ByValTStr, SizeConst = 10)]
public string MyString;
public Foo2 foo2;
} public static void test()
{
Foo2 sample2 = new Foo2()
{
b1 = 0x01,
s = 0x0203,
S = 0x0405,
i = 0x06070809,
I = 0x0a0b0c0d,
l = 0xe0f101112131415,
L = 0x161718191a1b1c,
f = 1.234f,
d = 4.56789,
MyString = @"123456789", // null terminated => only 9 characters!
}; Foo sample = new Foo()
{
b1 = 0x01,
s = 0x0203,
S = 0x0405,
i = 0x06070809,
I = 0x0a0b0c0d,
l = 0xe0f101112131415,
L = 0x161718191a1b1c,
f = 1.234f,
d = 4.56789,
MyString = @"123456789", // null terminated => only 9 characters!
foo2 = sample2,
}; var bytes_LE = Dummy.StructToBytes(sample, Endianness.LittleEndian);
var restoredLEAsLE = Dummy.BytesToStruct<Foo>(bytes_LE, Endianness.LittleEndian);
var restoredLEAsBE = Dummy.BytesToStruct<Foo>(bytes_LE, Endianness.BigEndian); var bytes_BE = Dummy.StructToBytes(sample, Endianness.BigEndian);
var restoredBEAsLE = Dummy.BytesToStruct<Foo>(bytes_BE, Endianness.LittleEndian);
var restoredBEAsBE = Dummy.BytesToStruct<Foo>(bytes_BE, Endianness.BigEndian); Debug.Assert(sample.Equals(restoredLEAsLE));
Debug.Assert(sample.Equals(restoredBEAsBE));
Debug.Assert(restoredBEAsLE.Equals(restoredLEAsBE));
} public enum Endianness
{
BigEndian,
LittleEndian
} private static void MaybeAdjustEndianness(Type type, byte[] data, Endianness endianness, int startOffset = 0)
{
if ((BitConverter.IsLittleEndian) == (endianness == Endianness.LittleEndian))
{
// nothing to change => return
return;
} foreach (var field in type.GetFields())
{
var fieldType = field.FieldType;
if (field.IsStatic)
// don't process static fields
continue; if (fieldType == typeof(string))
// don't swap bytes for strings
continue; var offset = Marshal.OffsetOf(type, field.Name).ToInt32(); // handle enums
if (fieldType.IsEnum)
fieldType = Enum.GetUnderlyingType(fieldType); // check for sub-fields to recurse if necessary
var subFields = fieldType.GetFields().Where(subField => subField.IsStatic == false).ToArray(); var effectiveOffset = startOffset + offset; if (subFields.Length == 0)
{
Array.Reverse(data, effectiveOffset, Marshal.SizeOf(fieldType));
}
else
{
// recurse
MaybeAdjustEndianness(fieldType, data, endianness, effectiveOffset);
}
}
} internal static T BytesToStruct<T>(byte[] rawData, Endianness endianness) where T : struct
{
T result = default(T); MaybeAdjustEndianness(typeof(T), rawData, endianness); GCHandle handle = GCHandle.Alloc(rawData, GCHandleType.Pinned); try
{
IntPtr rawDataPtr = handle.AddrOfPinnedObject();
result = (T)Marshal.PtrToStructure(rawDataPtr, typeof(T));
}
finally
{
handle.Free();
} return result;
} internal static byte[] StructToBytes<T>(T data, Endianness endianness) where T : struct
{
byte[] rawData = new byte[Marshal.SizeOf(data)];
GCHandle handle = GCHandle.Alloc(rawData, GCHandleType.Pinned);
try
{
IntPtr rawDataPtr = handle.AddrOfPinnedObject();
Marshal.StructureToPtr(data, rawDataPtr, false);
}
finally
{
handle.Free();
} MaybeAdjustEndianness(typeof(T), rawData, endianness); return rawData;
} }

参考资料

C#使用struct直接转换下位机数据的更多相关文章

  1. STM32 使用Cubemx 建一个USB(HID)设备下位机,实现数据收发

    这里我主要说一下如何做一个USB下位机,这里主要分3部分:1.建立工程:2.添加报文描述符:3.数据的传输.这里就不讲USB的理论知识了,有想要了解的自行百度一下就可以了. 建立工程:工程建立参考:h ...

  2. 转载 STM32 使用Cubemx 建一个USB(HID)设备下位机,实现数据收发

    STM32 使用Cubemx 建一个USB(HID)设备下位机,实现数据收发  本文转载自 https://www.cnblogs.com/xingboy/p/9913963.html 这里我主要说一 ...

  3. C#做上位机软件——绘图并传输给下位机

    拿到任务之后首先分成了几个部分: 1.绘图.学习了GDI+ 2.图片保存. 3.将图片转换成byte[].由于使用Socket通信,只能传输byte[]数据,所以这一步是向下位机传输的关键. 相应地, ...

  4. ROS主题发布订阅控制真实的机器人下位机

    先模拟控制小乌龟 新建cmd_node.ccpp文件: #include"ros/ros.h" #include"geometry_msgs/Twist.h" ...

  5. C# WPF上位机实现和下位机TCP通讯

    下位机使用北京大华程控电源DH1766-1,上位机使用WPF.实现了电压电流实时采集,曲线显示.上午在公司调试成功,手头没有程控电源,使用TCP服务端模拟.昨天写的TCP服务端正好排上用场. 界面如下 ...

  6. linux下保存下位机输出的串口信息为文件

    linux下保存下位机输出的串口信息为文件 1.stty -F /dev/ttyUSB0 raw (转换成raw模式) 2.stty -F /dev/ttyUSB0 speed 115200 (设置波 ...

  7. "废物利用"也抄袭——“完全”DIY"绘图仪"<二、下位机程序设计>

    就不说怎么组装了吧,一把辛酸泪.说程序,因为这有两把辛酸泪……一把给下位机的C代码一把为了VB.NET的图像处理……不过就上上一篇说的,它们可以正确运行了,并且今天克服了Arduino上电过程中步进电 ...

  8. 使用 json 模块,使json数据格式与Python字典dict数据格式互相转换,获取数据更加方便

    一.定义 JSON 是一种数据格式 使用 javaScript (Java 死鬼破特)对象表示法 二.特点 1.JSON 与 XML格式数据的区别 ====== 两种格式的数据,都是跨语言,跨平台 c ...

  9. 在Sqlserver下巧用行列转换日期的数据统计

    在Sqlserver下巧用行列转换日期的数据统计 前言 在SQLSERVER 中有很多统计函数的基础语法,有使用Group By 或 partition by 后配合Sum,Count(*) 等用法. ...

随机推荐

  1. IOS中将字典转成模型对象

    作为IOS开发初级者今天学习了 如何将plist数据字典转成 数据对象数组中 .有点像C#中解析xml数据 的过程. apps.plist的xml数据是这样的 <?xml version=&qu ...

  2. MyBatisPlus-常用注解

    一.@TableName 映射数据库的表名 package com.md.entity; import com.baomidou.mybatisplus.annotation.*; import co ...

  3. [BUUOJ]刮开有奖reverse

    刮开有奖 这是一个赌博程序,快去赚钱吧!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(在编辑框中的输入值,即为flag,提交即可) 注意:得到的 flag 请包上 flag{} 提交 1.查壳 ...

  4. eclipse中字体、XML字体设置

    [修改编辑区中文字体大小]: Window > Preferences > General > Appearance > Colors and Fonts > Java ...

  5. vue element ui 上传 请求接口

    在页面上 http-request: 覆盖默认的上传行为,可以自定义上传的实现 <el-upload  class="avatar-uploader"  action=&qu ...

  6. C# Attribute特性 泛型<T> 方法的out ref this(扩展方法) Equals与==

    out ref out和ref的使用场景其实不一样.out适合在方法内返回一个额外的结果参数,而ref适合直接改变一个在方法外面的值,方法改变外部就改变,无需重新定义接住返回值再使用. out可以在方 ...

  7. Ext CheckBoxGroup使用

    一.效果图展示 我这里主要是为了实现选择周期时间.如周一.周二.周三等 二.界面界面代码 下面就是我实现的代码,包含了界面.数据处理.回填数据等.可能架构的方式,您的代码和我的代码有差异,但是大体就是 ...

  8. MongoDB用户权限操作语法及示例

    1.创建用户 1.1.语法格式: 1.1.1.格式及例子 >db.createUser( { user: "<name>", pwd: "<cle ...

  9. Mapreduce实例--二次排序

    前言部分: 在Map阶段,使用job.setInputFormatClass定义的InputFormat将输入的数据集分割成小数据块splites,同时InputFormat提供一个RecordRed ...

  10. VS2017+qt5.9的安装

    VS2017+qt5.9的安装 运行环境: win7旗舰版+vs2017专业版+qt5.9.2 第一步:安装qt5.9.2 下载qt安装包:下载地址http://mirrors.ustc.edu.cn ...