智能串口调试系统、方法及计算机存储介质与流程

本发明涉及通信，特别涉及一种智能串口调试系统、方法及计算机存储介质。

背景技术：

1、在嵌入式系统开发和调试过程中，串口通信是一种常用的调试手段。开发人员需要通过串口与单片机、传感器等设备进行通信，发送命令、接收数据、查看状态信息等。但是传统的串口调试工具存在平台依赖性强、功能单一、数据可视化能力弱、配置不够灵活等问题。

2、基于桌面应用的专用调试软件，如putty、securecrt、tera term等，平台依赖性强，数据可视化能力弱，并且界面陈旧落后。这些软件通常基于特定操作系统开发，windows、linux、macos等不同系统需要安装不同的软件版本，甚至某些软件只支持单一操作系统，跨平台兼容性差。主要提供基本的串口收发功能，包括串口参数配置、数据收发显示、简单的数据记录等。对于复杂的数据帧协议，用户需要手动查看hex数据，根据协议文档逐字节分析数据含义，效率低下且容易出错。传统工具只能以文本或hex格式显示原始数据，无法将串口数据实时转换为可视化图表。对于需要实时监测电压、电流、温度、压力等模拟量的应用场景，开发人员需要手动记录数据并使用第三方工具绘制图表，严重影响调试效率。对于不同的数据帧协议，传统工具缺乏灵活的自定义解析能力。如果需要支持新的协议，通常需要编写复杂的脚本或购买昂贵的专业调试软件，学习成本高，开发周期长。并且，很多传统串口工具的界面设计停留在十几年前的水平，操作复杂，不符合现代软件的交互设计标准和用户体验要求。固件升级、环境变量管理、规则配置等高级功能在传统工具中很少见，或者实现得不够完善，需要借助额外的工具才能完成。

3、专用硬件调试设备，如逻辑分析仪、示波器等，功能受限，只能做特定领域的调试。并且成本高昂、携带不便，不适合现场调试和移动办公。此类设备的学习曲线陡峭，需要使用者掌握专业的操作知识和技能，对使用者的技术要求较高。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种功能丰富完善、跨平台兼容的基于web技术的智能串口调试系统、方法及计算机存储介质。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种智能串口调试系统，包括：

3、串口通信管理模块，用于建立和管理与外部目标设备的串口通信连接；

4、数据帧解析模块，用于根据预定义的数据帧格式规则对接收到的串口数据进行解析；

5、数据可视化模块，用于将解析后的有效数据进行可视化展示；以及

6、规则配置模块，用于配置和保存自定义的数据帧格式规则，所述规则至少包括帧头序列、数据载荷长度以及一个以上数据字段的配置信息。

7、进一步的，所述串口通信管理模块包括：

8、串口事件监听单元，用于监听串口设备的连接和断开事件，提供设备连接状态的可视化反馈；

9、参数配置单元，用于配置通信参数，所述通信参数包括波特率、数据位、停止位以及校验位；

10、数据流管理单元，用于异步处理串口事件，维护接收缓冲区和发送缓冲区，防止内存溢出；

11、显示切换单元，用于根据用户选择切换收发数据界面的显示模式，所述显示模式包括文本显示、十六进制显示和二进制显示；和/或

12、统计单元，用于实时统计发送字节数、接收字节数、发送帧数和接收帧数。

13、进一步的，所述数据帧解析模块包括：

14、帧头识别单元，用于在所述接收缓冲区中搜索用户配置的帧头字节序列，识别数据帧起始位置；

15、帧尾识别单元，用于根据所述数据帧格式规则中的数据载荷长度定位帧尾位置，并验证帧尾字节是否与配置的帧尾序列匹配；

16、校验验证单元，用于在所述帧尾匹配后，根据配置的校验算法对数据帧进行校验；

17、数据提取单元，用于在校验通过后，从所述数据帧中提取有效数据字段。

18、进一步的，所述数据可视化模块包括：

19、图表管理单元，用于根据数据字段的启用状态动态创建和销毁图表实例，每个启用的数据字段对应独立的可视化图形组件；

20、数值面板单元，用于展示各字段的最新值、历史最大值、历史最小值、历史平均值和/或单位；

21、多轴显示单元，用于在同一图表中为多个数据字段分别创建独立的数值坐标轴，各数值坐标轴的颜色与对应数据字段的颜色关联；

22、图表主题自适应单元，用于根据系统主题自动调整图表颜色和样式;和/或

23、数据更新单元，用于实时更新图表数据并保留预设数量的历史数据点。

24、进一步的，所述规则配置模块包括：

25、帧结构配置单元，用于配置数据帧的框架性参数，包括帧头序列、帧尾序列、数据载荷长度以及校验算法类型；

26、字段管理单元，用于管理数据帧中各字段，支持动态添加、删除、编辑字段；

27、规则验证单元，用于验证规则的完整性和合法性；和/或

28、规则模板单元，用于提供常用协议的规则模板，供用户基于模板快速创建规则配置。

29、进一步的，还包括：

30、固件升级模块，用于通过串口对目标设备进行固件在线升级；

31、所述固件升级模块包括：

32、文件上传单元，用于支持用户选择固件文件；

33、分块传输单元，用于根据所述固件文件的大小和所述目标设备的接收缓冲区大小计算分块大小和分块数量，按照所述分块大小将所述固件文件分割为多个数据块并逐块发送到所述目标设备；

34、进度显示单元，用于实时显示固件升级进度；和/或

35、升级校验单元，用于验证固件传输的完整性和升级结果。

36、进一步的，还包括：

37、环境变量管理模块，用于从目标设备读取环境变量配置，在web界面上显示，编辑所述环境变量并将修改后的环境变量保存回目标设备；

38、主题管理模块，用于实现深色主题和浅色主题的动态切换；和/或

39、日志管理模块，用于记录和导出日志，所述日志包括数据日志、事件日志、解析日志以及操作日志。

40、进一步的，还包括:

41、响应式布局模块，用于采用响应式设计自动适配不同屏幕尺寸和设备类型；

42、专业配色模块，用于为系统界面提供配色方案，所述配色方案包括状态指示配色和主题配色；和/或

43、数据导出模块，用于导出串口原始收发数据、解析后的有效数据和/或日志数据。

44、为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种智能串口调试方法，基于所述的智能串口调试系统实现，包括以下步骤：

45、通过基于web的串行通信接口建立与外部目标设备之间的串口通信连接；

46、加载用户预定义的数据帧格式规则；

47、接收来自所述目标设备的串口原始数据，存入接收缓冲区；

48、根据所述数据帧格式规则对所述接收缓冲区中的数据进行帧识别；

49、从识别到的数据帧中提取有效数据字段并将其转换为对应的物理量数值；

50、将各数据字段的物理量数值在图表中实时显示，每个数据字段对应有独立的可视化图形组件。

51、为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的智能串口调试方法。

52、本发明的智能串口调试系统、方法及计算机存储介质，至少具有如下有益效果：

53、（一）本发明基于web技术实现，只要浏览器支持web serial api即可运行，兼容windows、linux、macos等主流操作系统，无需为不同平台开发不同版本；纯前端实现，只需将文件复制到web服务器或本地打开html文件即可使用，无需安装任何软件或驱动程序，部署简单，维护成本低，无需安装部署；所有依赖文件和项目文件总和很小，将其拷贝到本地后，无需网络连接即可使用，适合现场调试和无网络环境。

54、（二）支持自定义数据帧格式，可根据实际项目灵活配置数据帧中各个字节的含义，可灵活配置帧头、数据长度、帧尾、校验方式、数据字段等参数，无需编写代码即可适配不同的通信协议；每个字段可独立配置名称、起始位置、数据类型、字节序、单位转换系数、单位名称、显示颜色等属性，配置灵活，适应性强；支持将配置的规则保存为json格式文件到本地，或从本地文件加载已保存的规则，便于团队成员共享和同步规则配置，提高协作效率。

55、（三）实现实时数据图表可视化，将串口数据转换为直观的折线图，方便用户观察数据变化趋势，提供数值面板显示实时数据，包括当前值、最大值、最小值、平均值等统计信息；支持深色主题和浅色主题切换，用户可以根据使用环境和个人喜好选择合适的主题；具备可视化、现代化、交互良好的固件升级、环境变量配置和日志管理功能，满足常见串口功能需求；实现响应式的页面设计，自动支持各种尺寸的屏幕。