【Unity】使用 C# SerialPort 进行串口通信

一、SerialPort串口通信

C#中的SerialPort类是.NET框架提供的一个用于串口通信的强大工具，主要用于实现计算机与外部设备（如传感器、嵌入式设备、PLC等）之间的数据交换。

二、使用SerialPort

1.创建SerialPort对象，进行基本配置

使用SerialPort时，直接创建一个SerialPort对象即可，其基本配置项包括：

PortName：串口号，如COM1。
BaudRate：波特率，如9600或115200。
DataBits：数据位，通常为7或8。
StopBits：停止位，通常为1、1.5或2。
Parity：奇偶校验位，如None（无校验）、Odd（奇校验）或Even（偶校验）。

代码如下：

    /// <summary>/// 串口号/// </summary>[Label("串口号")] public string portName;/// <summary>/// 波特率/// </summary>[Label("波特率")] public int baudRate;/// <summary>/// 数据位/// </summary>[Label("数据位")] public int dataBits;/// <summary>/// 停止位/// </summary>[Label("停止位")] public StopBits stopBits;/// <summary>/// 奇偶校验位/// </summary>[Label("奇偶校验位")] public Parity parity;private SerialPort _serialPort;protected override void Awake(){base.Awake();_serialPort = new SerialPort();_serialPort.PortName = portName;_serialPort.BaudRate = baudRate;_serialPort.DataBits = dataBits;_serialPort.StopBits = stopBits;_serialPort.Parity = parity;try{_serialPort.Open();}catch (Exception e){Log.Error(e.Message);}}

2.写入串口数据

①.写入串口数据的方法

写入串口数据的方法非常简单，如下：

		//将数据封装为字节数组（可以直接强转字符串，也可以按16进制处理等）byte[] bytes = EncapsulatePackage(data);_serialPort.Write(bytes, 0, bytes.Length);

②.封装数据

如何封装数据取决于数据交换的协议，比如直接强转字符串：

	    /// <summary>/// 单个数据包结束符（换行符）/// </summary>private const byte EndSign = 10;/// <summary>/// 封装数据包（这里要求所有字符必须为ASCII码，也即是一个字符只占一个字节）/// </summary>/// <param name="data">原始数据</param>/// <returns>数据包</returns>private byte[] EncapsulatePackage(string data){byte[] bytes = new byte[data.Length + 1];for (int i = 0; i < data.Length; i++){bytes[i] = (byte)data[i];}//在每个数据包后面补充【结束符】，表明此数据包结束bytes[bytes.Length - 1] = EndSign;return bytes;}

这里以简单协议进行讲解（每个数据包以【换行符】代表结束符）。

3.读取串口数据

①.读取串口数据的方法

读取串口数据的方法非常简单，如下：

		//建立数据缓冲区（大小为串口中可读取数据大小：_serialPort.BytesToRead）byte[] bytes = new byte[_serialPort.BytesToRead];_serialPort.Read(bytes, 0, bytes.Length);//解析数据包string data = AnalyzePackage(bytes);

②.解析数据

如何解析数据取决于数据交换的协议，比如直接强转字符串：

        /// <summary>/// 解析数据包/// </summary>/// <param name="bytes">数据包</param>/// <returns>数据</returns>private string AnalyzePackage(byte[] bytes){return Encoding.Default.GetString(bytes);}

4.读取串口数据的时机

那么对如上的简单的写入、读取串口数据有了基本的了解之后，接下来便是相对不那么简单的部分了。

首先，写入串口数据的时机由我们说了算，何时调用便何时写入，这点毋容置疑。

但是，读取串口数据的时机该是何时？参考下面两种方式。

①.DataReceived事件

SerialPort的DataReceived事件当对象对应的串口接收到了数据时便会触发，用他来读取数据简直不要太丝滑：

	    protected override void Awake(){base.Awake();//......_serialPort.DataReceived += OnDataReceived;//......}private void OnDataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e){if (_serialPort.IsOpen && _serialPort.BytesToRead > 0){//建立数据缓冲区（大小为串口中可读取数据大小：_serialPort.BytesToRead）byte[] bytes = new byte[_serialPort.BytesToRead];_serialPort.Read(bytes, 0, bytes.Length);//解析数据包string data = AnalyzePackage(bytes);}}

但是，这里必须得有一个但是，只要在Unity中用过SerialPort的都会知道DataReceived这玩意他不起作用，主要原因如下（别怀疑，就是问的AI）：

1.Unity引擎对System.IO.Ports命名空间的支持有限，尤其是对DataReceived事件的支持存在缺陷。在Unity中，DataReceived事件通常不会像在常规C#项目中那样正常触发，这主要是因为Unity的运行环境与普通.NET应用有所不同，特别是在事件处理机制上存在差异。
2.DataReceived事件需要在一个独立的线程中监听串口数据，但在Unity中，主线程（用于游戏逻辑和渲染）和串口数据接收线程之间的同步机制存在问题。因此，DataReceived事件可能无法被正确触发。
3.Unity的Update和FixedUpdate等事件函数运行在主线程中，而串口数据接收通常需要多线程支持。当串口操作在主线程中执行时，可能会因为线程冲突导致DataReceived事件无法触发。

那么，我们不得不考虑更换其他方案了。

②.多线程接收数据

老样子，像处理Socket通信那样，多线程永远是最强的利器：

    private Thread _receiveThread;protected override void Awake(){base.Awake();//新建一个线程，启动数据接收方法ReceivedData_receiveThread = new Thread(new ThreadStart(ReceivedData));_receiveThread.Start();}protected override void OnDestroy(){base.OnDestroy();_receiveThread.Abort();_receiveThread = null;}/// <summary>/// 从串口接收数据/// </summary>private void ReceivedData(){while (true){if (_serialPort.IsOpen && _serialPort.BytesToRead > 0){try{//建立数据缓冲区（大小为串口中可读取数据大小：_serialPort.BytesToRead）byte[] bytes = new byte[_serialPort.BytesToRead];_serialPort.Read(bytes, 0, bytes.Length);//解析数据包string data = AnalyzePackage(bytes);//......}catch (Exception e){Log.Error(e.Message);}}}}

5.粘包问题处理

当然，到此时我们并不能高枕无忧，还有另一个在数据交换领域普遍存在的问题需要我们解决，那就是数据的粘包问题。

粘包问题是指多个数据包在接收端被错误地合并成一个数据包，导致接收方无法正确区分每个数据包的边界。这通常发生在连续发送多个数据包时，接收端来不及解析或缓冲区管理不当的情况下。

就像Socket通信一样，发送方发出的数据是A03568，但接收方可能会分多次接收到，比如2次才接收完，那就可能是A03、568，接收方只是一个机器不是人，自然不知道这2个包该连起来合成一个包，那么后续的处理自然就乱套了。

这就是通信协议存在的必要了，以我们的简单通信协议为例（每个数据包以【换行符】代表结束符），在读取数据的方法中进行防粘包处理：

    private byte[] _buffer = new byte[16];private List<byte> _receiveBuffer = new List<byte>();/// <summary>/// 从串口接收数据/// </summary>private void ReceivedData(){while (true){if (_serialPort.IsOpen && _serialPort.BytesToRead > 0){try{//读取一次数据（最大不超过缓冲区大小）int count = _serialPort.Read(_buffer, 0, Mathf.Min(_buffer.Length, _serialPort.BytesToRead));for (int i = 0; i < count; i++){//如果为结束符，则代表一个数据包接收完成，解析该包if (_buffer[i] == EndSign){string data = AnalyzePackage(_receiveBuffer.ToArray());//清空缓冲区_receiveBuffer.Clear();//处理数据HandlerData(data);Log.Info($"接收串口数据：{data}");}//否则加入数据缓冲区else{_receiveBuffer.Add(_buffer[i]);}}}catch (Exception e){Log.Error(e.Message);}}}}

代码很简单，相信处理过字节流的人应该都能看懂，事实上在串口通信中如上的简单通信协议已能胜任大多数情况。