基于Qt的上位机通讯库

1.前言

做Qt上位机已经有两年的时间了，上位机主要是和下游器件打交道的，通过modbus、tcp、串口等协议来控制这些设备，通过一定的时序控制，完成所需要的工作流程。这其中最重要的就是通讯了，上位机开发过程中的相当一部分问题都是通讯问题导致的。如何总结、抽象出一套稳定的通讯逻辑，在上位机开发中尤为重要。

2.几种通讯类型

这里参考zmq的几种通讯场景，分别是Requester/Responder 和 Publisher/Subscriber ，还有最常用的modbus协议。通过将制定统一的通讯接口，实现了基于串口、网口的两种通讯具体实现，基本可以满足大部分的上位机通讯场合。

2.1.Requester/Responder 模式

Requester/Responder 模式

适用场景

客户端与服务端之间的点对点通信。
操作需要明确的响应，例如设备控制、查询状态。

Requester

负责发起请求，等待响应。
需要定义请求的超时和重试机制。
支持不同底层协议（如TCP、UDP、Serial）

cpp 复制代码

class BaseRequester : public BaseCommunication
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit BaseRequester(QObject *parent = nullptr);

public:
    virtual QByteArray request(QByteArray data);

    virtual bool requestNoReply(QByteArray data);

public slots:
};

Responder

负责接收请求并返回响应。
需要支持请求解析和响应生成逻辑。

cpp 复制代码

class BaseResponder : public BaseCommunication
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit BaseResponder(QObject *parent = nullptr);

signals:
    void onRequest(QByteArray data);

public:
    virtual void response(QByteArray data);

public slots:
};

2.2.Publisher/Subscriber 模式

适用场景

多对多的消息分发，例如日志广播、实时监控、状态推送。
数据流量较大，不需要逐条确认的场景。

Publisher

负责发布消息给多个订阅者。
支持主题或频道的概念，用于区分消息类别。

cpp 复制代码

class BasePublisher : public BaseCommunication
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit BasePublisher(QObject *parent = nullptr);

    virtual bool publish(QByteArray data);

signals:

public slots:
};

Subscriber

负责接收感兴趣的消息。
支持动态订阅和取消订阅。

cpp 复制代码

class BaseSubscriber : public BaseCommunication
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit BaseSubscriber(QObject *parent = nullptr);

signals:
    void receive(QByteArray msg);

public slots:
};

2.3.Modbus

cpp 复制代码

class BaseModbus : public BaseCommunication
{
    Q_OBJECT
public:
    Q_INVOKABLE  explicit BaseModbus(QObject *parent = nullptr);
    ~BaseModbus();

    QList<uint16_t> readRegisters(int addr,int count);
    uint16_t readRegister(int addr);

    QList<uint16_t> readInputRegisters(int addr,int count);
    uint16_t readInputRegister(int addr);

    bool writeRegisters(int addr, int count, QList<uint16_t> inputList);
    bool writeRegister(int addr, uint16_t inputList);

    QList<bool> readBits(int addr,int count);
    bool readBit(int addr);

    QList<bool> readInputBits(int addr,int count);
    bool readInputBit(int addr);

    bool writeBits(int addr, int count, QList<bool> coilStates);
    bool writeBit(int addr, bool coilState);

signals:

public slots:

    // BaseCommunicationZZZ interface
public:
    virtual bool connectToHost() override;
    virtual bool isConnected() override;
    virtual bool disConnect() override;

public:
    template<typename T>
    static void pointToList(T *source,int size, QList<T> &target)
    {
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            target.append(source[i]); // 逐个添加元素到 QList 中
        }
    }

private:
    QMutex  _mutex;   //可以是私有成员变量，也可以是全局变量

protected:
    modbus_t *m_ctx;
};

3.类结构图

4.项目地址

https://gitee.com/zhang_jie_sc/ucc_communication

使用指南

基于Qt5.9.4+visuaostudio2015 32bit开发

demo共分为modbus、publisher、subscriber、responder、requester几种模式。