C#最快的多线程串口数据解析方法

Question

我目前正在编写一个通过串行连接与集成伺服系统通信的应用程序。

电机以高达1000次/秒的速率发出位置数据。我想要实现的是能够格式化返回的数据（通过去除空格、换行符等）并解析它以从接收到的字符串中提取相关数据。

目前，我让数据接收事件处理程序读取数据，使用一系列 string.replace 方法调用对其进行格式化，并将其附加到充当缓冲区的字符串中。然后，使用线程，我不断地检查缓冲区，因为它填充了特定的分隔符（在我的例子中为“\r”），这表示来自电机的一条消息的结束，然后从缓冲区中删除该消息并将其打印到丰富的文件中。文本字段。

这种方法有两个问题。一是因为电机以如此高的速率传输位置数据，所以缓冲区填充的速度比线程处理数据的速度快。因此，当我向电机发送命令时，它会立即动作，但响应会延迟几秒钟，因为必须首先处理缓冲区中的所有先前数据。其次，有两个线程运行实现 while(true) 结构的方法意味着处理器利用率飙升，并且在几秒钟内电脑中的风扇就会达到最大。

有没有更好的方法来处理数据？

这是我的事件处理程序代码：

 //data recieved event handler
    private void dataReceived(object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)
    {
        string tmp;

            tmp = sp.ReadExisting();

            //cut out any unnecessary characters
            tmp = tmp.Replace("\n", "");
            tmp = tmp.Replace(",", "\r");
            tmp = tmp.Replace(" ", "");

            lock (this)
            {
                //put all received data into the read buffer
                readBuffer += tmp;
           }

    }

这是线程执行的方法：

 private void parseBuffer()
    {
        while (true)
        {
            //obtain lock, parse one message from buffer
            lock (this)
            {
                if (readBuffer.IndexOf("\r") > 0)
                {
                    String t = readBuffer.Substring(0, readBuffer.IndexOf("\r") + 1);
                    readBuffer = readBuffer.Replace(t, "");
                    dataReady(this, new CustomEventArgs(t, null));
                }
            }
        }
    }

Answer 1

即使自上次尝试以来没有新数据，您的 parseBuffer 也会疯狂旋转。

您可以通过信令来缓解这种情况。

private AutoResetEvent waitHandle = new AutoResetEvent(false);

触发dataReceived中的信号

//data recieved event handler
private void dataReceived(object sender, System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)
{
    string tmp;

        tmp = sp.ReadExisting();

        //cut out any unnecessary characters
        tmp = tmp.Replace("\n", "");
        tmp = tmp.Replace(",", "\r");
        tmp = tmp.Replace(" ", "");

        lock (this)
        {
            //put all received data into the read buffer
            readBuffer += tmp;
            waitHandle.Set(); // <-- tell parseBuffer that new data is available
       }

}

等待parseBuffer中的信号

private void parseBuffer()
{
    while (true)
    {
        waitHandle.WaitOne(); // <-- waits until there is more data to parse
        //obtain lock, parse one message from buffer
        lock (this)
        {
            if (readBuffer.IndexOf("\r") > 0)
            {
                String t = readBuffer.Substring(0, readBuffer.IndexOf("\r") + 1);
                readBuffer = readBuffer.Replace(t, "");
                dataReady(this, new CustomEventArgs(t, null));
            }
        }
    }
}

Answer 2

您可以采取一些措施来显着改善这一点。

1) 构建一个状态机解析器，一次解析一个字符传入的数据。当它构建了完整的“消息”后，将其添加到 List 结构中。

2) 使用虚拟化ListView或DataGridView显示List。

Answer 3

在数据接收事件中，将传入数据作为原始字节读取并存储在队列中。不要在事件处理程序中处理数据。然后使用类似于albin所说的东西以另一种方法处理数据。重要的是让事件处理程序尽可能频繁地触发并且不再执行所需的操作。

Answer 4

一般来说，我会在仅从套接字读取的读取器线程和解析线程之间使用阻塞集合。
在性能方面，考虑使用 split 进行解析 - 这比在字符串内替换要快得多。您应该考虑使用正则表达式和/或 StringBuilder 类 - 您应该使用 1 个表达式和替代方案
正则表达式代码如下所示：

string pattern = " |\\n|\\r";
string replacement = " "; 
regex rgx = new Regex(pattern);
string result = rgx.Replace(input, replacement);