AutoFocusTool/Serial/SerialMotor.cs

using System;
using System.Diagnostics;
using System.IO.Ports;
using System.Threading;

namespace AutoFocusTool.Serial
{
    /// <summary>
    /// 单舱室串口控制器（马达 + LED）。自包含，无外部实体依赖。
    /// 采用同步请求-响应：写命令帧 → 按该命令固定回复长度阻塞读 → 校验。
    /// 比原工程的事件+环形缓冲简单，适合调试台单线程操作。
    /// 串口参数固定：9600 8N1，读写超时 3000ms。
    /// </summary>
    public class SerialMotor : IDisposable
    {
        private readonly SerialPort _port;
        private readonly object _ioLock = new object();

        /// <summary>日志回调（发送/接收/错误）</summary>
        public Action<string> Log;

        public string PortName { get; }
        public bool IsOpen => _port != null && _port.IsOpen;

        // ───────────────────────── 读超时策略（方案甲：按命令类型动态超时）─────────────────────────
        // 背景/根因：下位机的“移动命令”是开环阻塞式——它在机械真正转到位之后才回复
        // （回复即“到位确认”）。因此回复耗时 ∝ 移动距离。大行程移动（如水平从 206150
        // 转到 71500，跨 ~13.5 万脉冲）实测需 6 秒以上。
        // 旧实现把读超时写死 3000ms：大行程移动还没等到回复就被判“接收超时”→ 返回 null →
        // 上层误判“移动失败”并重试，且后续步骤在电机尚未稳定到位时就抓图，导致粗对焦
        // 整段检不出 well 圆、对焦退回边界。（详见 well1 标定日志：仅 2 次超时，均为本 well
        // 首次大行程移动，后续 166 次小步移动 0 超时。）
        // 方案甲：把“移动类命令”与“查询类命令”分开给超时——
        //   · 移动类（电机绝对/相对/复位，命令码 CMD_MOTOR=0x05）：长超时，覆盖最大行程移动耗时。
        //   · 查询类（握手/读EEPROM/读电机位置/设IO等）：下位机立即回复，保持短超时即可。
        /// <summary>移动类命令（电机运动，命令码0x05）的读超时(ms)。需覆盖最大行程移动耗时，默认12000。</summary>
        public int MoveReadTimeoutMs { get; set; } = 12000;
        /// <summary>查询类命令（握手/读EEPROM/读位置/设IO）的读超时(ms)。下位机立即回复，默认3000。</summary>
        public int QueryReadTimeoutMs { get; set; } = 3000;

        public SerialMotor(string portName)
        {
            PortName = portName;
            _port = new SerialPort
            {
                PortName = portName,
                BaudRate = 9600,
                DataBits = 8,
                StopBits = StopBits.One,
                Parity = Parity.None,
                // SerialPort.ReadTimeout 取两者较大值：实际每次读用的超时由 Send() 按命令类型
                // 再细分（见 ReadTimeoutForCmd）。这里设为大值，避免底层 Read 提前抛 TimeoutException。
                ReadTimeout = 12000,
                WriteTimeout = 3000,
            };
        }

        public bool Open()
        {
            try
            {
                if (!_port.IsOpen) _port.Open();
                _port.DiscardInBuffer();
                _port.DiscardOutBuffer();
                return true;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Log?.Invoke($"[{PortName}] 打开串口失败: {ex.Message}");
                return false;
            }
        }

        public void Close()
        {
            try { if (_port.IsOpen) _port.Close(); } catch { }
        }

        /// <summary>
        /// 发送命令帧并读取固定长度回复。返回回复字节（失败返回 null）。
        /// </summary>
        /// <param name="frame">完整命令帧（含校验）</param>
        /// <param name="extraWaitMs">读到回复后额外等待（电机到位延时）</param>
        public byte[] Send(byte[] frame, int extraWaitMs = 0)
        {
            if (!IsOpen && !Open()) return null;

            int replyLen = Protocol.ReplyLength(frame[1]);
            lock (_ioLock)
            {
                try
                {
                    _port.DiscardInBuffer();
                    _port.Write(frame, 0, frame.Length);
                    Log?.Invoke($"[{PortName}] 发送: {ToHex(frame)}");

                    // 方案甲：按命令类型选读超时。移动类命令要等机械到位才回复，耗时随行程增长，
                    // 必须给足超时；查询类命令下位机立即回复，短超时即可（快速失败、不空等）。
                    int readTimeout = ReadTimeoutForCmd(frame[1]);
                    byte[] reply = ReadFixed(replyLen, readTimeout);
                    if (reply == null)
                    {
                        Log?.Invoke($"[{PortName}] 接收超时（期望{replyLen}字节，超时{readTimeout}ms）");
                        return null;
                    }
                    Log?.Invoke($"[{PortName}] 接收: {ToHex(reply)}{(Protocol.CheckChecksum(reply) ? "" : " [校验失败]")}");

                    // 回复 [n-2] 为下位机结果位，非0视为失败（返回null表示操作失败）
                    if (replyLen >= 2 && reply[replyLen - 2] != 0)
                    {
                        Log?.Invoke($"[{PortName}] 下位机结果位非0（操作失败）");
                        return null;
                    }

                    if (extraWaitMs > 0) Thread.Sleep(extraWaitMs);
                    return reply;
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Log?.Invoke($"[{PortName}] 收发异常: {ex.Message}");
                    return null;
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// 按命令码返回该命令的读超时(ms)。方案甲核心：
        /// 移动类命令（CMD_MOTOR=0x05，含绝对/相对/复位运动）要等机械到位才回复，
        /// 回复耗时随移动行程增长（大行程实测 >6 秒），给 MoveReadTimeoutMs（默认12秒）；
        /// 其余查询/设置类命令（握手0x01/读EEPROM0x11/读位置0x18/设IO0x09等）下位机立即回复，
        /// 给 QueryReadTimeoutMs（默认3秒），快速失败不空等。
        /// </summary>
        private int ReadTimeoutForCmd(byte cmd)
            => cmd == Protocol.CMD_MOTOR ? MoveReadTimeoutMs : QueryReadTimeoutMs;

        /// <summary>阻塞读取指定字节数，超时返回 null。</summary>
        private byte[] ReadFixed(int count, int timeoutMs)
        {
            byte[] buf = new byte[count];
            int got = 0;
            var sw = Stopwatch.StartNew();
            while (got < count)
            {
                if (sw.ElapsedMilliseconds > timeoutMs) return null;
                try
                {
                    int n = _port.Read(buf, got, count - got);
                    got += n;
                }
                catch (TimeoutException)
                {
                    if (sw.ElapsedMilliseconds > timeoutMs) return null;
                }
            }
            return buf;
        }

        private static string ToHex(byte[] b)
        {
            if (b == null) return "(null)";
            var sb = new System.Text.StringBuilder(b.Length * 3);
            foreach (var x in b) sb.Append(x.ToString("X2")).Append(' ');
            return sb.ToString().TrimEnd();
        }

        public void Dispose()
        {
            Close();
            _port?.Dispose();
        }
    }
}